2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Novel Catalysis using LASER bonding technique
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19K22187
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
櫻井 英博 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00262147)
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2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザー接合 / レーザーアブレーション / 金属微粒子触媒 / 有機合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「サブナノ秒の狭線幅ジャイアントパルス光の特性を生かし、金属と担体との界面に、通常では生成し得ない活性種を発生させ、それを用いた新規触媒反応の開発を目指す」ものである。具体的には、レーザー接合により貴金属と担体との界面に生じる、低原子価卑金属（０価あるいは１価）を活性中心とする反応開発、および液相レーザーアブレーション技術を用いた、高活性金属ナノ粒子触媒の生成を検討するものである。最終年度はある程度結果が出ているアブレーション技術に絞って検討を行った。
サブナノ秒レーザーの特徴である、低エネルギー状態でのアブレーション条件を用いることで、これまで困難だった高温領域での有機溶媒中でのアブレーションを実現している。今年度は、その詳細なメカニズムを明らかにするために、金をターゲットとした素過程を解析した。その結果、水溶液中と有機溶媒中では、アブレーション効率に影響を与える因子が異なることがわかった。具体的には水溶液中では溶液の粘度が最も大きな影響を与えるのに対し、有機溶媒中では、気液界面が関与したSnyder polarityに大きく依存することを明らかにした。
さらに、芳香族系溶媒を用いた場合に生じるカーボン層の膜厚を制御するのに、ポリスチレンの添加が有効であり、アモルファスカーボン層を2 nm以下に抑えた粒子の作成に成功した。このコンポジットは金のSPRバンドも観測される一方で、カーボン層により極めて強固に安定化を受けているため、さまざまな用途への応用が期待される。
また、サブナノ秒レーザーではこれまで、硬度の大きな金属のアブレーションの例は知られていなかったが、今回、Ruをターゲットにした場合でも、アブレーションが進行することを見出した。しかも通常の化学還元法では得られない、CTAB保護Ruナノ粒子や、NaBH4保護Ruナノ粒子などを調製可能であることを見出した。
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