2020 Fiscal Year Research-status Report
溶液合成における透析の精密化による無機酸化物半導体ナノ粒子の光機能化
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19K05013
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
上川 直文 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60282448)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 透析 / 分散 / ナノ粒子 / フォトクロミズム / リン酸カルシウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度については、コロイド化学的溶液プロセスの中の「透析」過程に重点を置き、その精密化について透析溶媒の最適化の観点から透析時の科学的条件の制御を中心に検討を進めた。2019年度の検討では、基本的に粒径選択的な物質透過である透析プロセスについて溶液中での水和イオンの脱水縮合反応の進展による分子量増加とそれに続く粒径変化による膜透過性の変化を利用した無機ナノ粒子を実現した。2020年度においては透析溶媒に無機陽イオンの加水分解反応を制御する効果の高い溶質を溶解した溶媒を用い、透析を適切に用いる事で加水分解による粒成長を制御し、さらに粒径および形態を制御することが出来ることを確認した。また、透析により発生するナノ粒子への機能性分子の複合化により表面特性制御による分散安定性制御を行うと共に、ナノ粒子表面での吸着・配位機能性有機分子との相互作用による電子光機能の高度化についても検討を行った。
具体的な物質系として、第１に層状チタン酸およびアナターゼ型酸化チタンナノ粒子のカルボン酸修飾によるフォトクロミック特性の制御について検討した。塩化チタンのエチレングリコール溶液を透析によりチタン酸化物に変換する際に、クエン酸などの強くキレート配位子含有溶液にて透析をすることでTiイオンの光還元によるクロミック特性を制御することが出来た。第二に代表的なリン酸カルシウムであるヒドロキシアパタイトの合成においてポリリン酸水溶液による透析によりその粒径をシングルナノ領域で制御すると共に分散特性を制御することを実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロイド化学的溶液プロセスとして大きく「透析」と「解膠」がある。２０２０年度は「透析」についてについて重点的に検討することにより、100nm以下の粒径領域における酸化物ナノ粒子の粒径形態制御技術と共に、機能性有機分子との複合化を実現する方法を明らかにすることが出来た。この手法は、透析溶媒の組成を段階的に制御することで粒径制御と共に有機分子による表面修飾やナノコンポジットの生成を実現する方法である。本研究計画において想定していた、電場の印加などの外場の影響による制御でなく化学的な環境制御によるものであり、電場などの物理的環境制御と独立した新しい手法であると共に効果的にナノ粒子の制御を行う事を実現した。この手法により、チタン酸化物の光励起と励起電子によるTiイオンの光還元そして有機分子への正孔のトラップを効率よく実現することが可能となり高感度なフォトクロミック特性を有するチタン酸化物ナノ粒子系を創生することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、研究計画にも記載しているように、コロイド化学的プロセスによる透析および解膠時の物理的環境制御を用い溶液中ナノ粒子生成プロセスの制御について集中的に検討する。具体的には、透析膜を透過する形での電場印加によるイオンの透過性制御による加水分解反応の超精密制御を行う。この方法では、粒成長過程を速度論的に精緻にコントロールすることで粒径分布に対しても精緻な制御をすることを目指す。また、透析膜では通常陽イオンは透析膜内部から外部への拡散が主な過程であるが、外部から内部への陽イオン移動を取り入れることでナノ粒子のコアシェル化などより高度な制御を実現する手法について検討を進め最終年度として研究を完成させる。
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| Causes of Carryover |
2020年度前半期において研究室活動が制限されたため支出額が予定額よりも下回った。そのため今年度外場印加による透析過程制御などの実験を前年度に引き続き継続するため前年度からの引継ぎ研究費を使用していく。
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Research Products
(11 results)
