2021 Fiscal Year Research-status Report

Light-triggered on-demand synthesis of functional metal nanoparticles

Research Project

Project/Area Number	20K21109
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	白石康浩大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (70343259)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	平井隆之大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (80208800)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2023-03-31
Keywords	金属ナノ粒子 / 光 / オンデマンド合成 / 光還元 / 機能性 / 過酸化水素 / 水素
Outline of Annual Research Achievements	申請者らが独自に見出した安息香酸を還元剤・安定化剤として光化学的に金属ナノ粒子を合成する方法に基づき、機能性金属ナノ粒子を「光」により精密に合成する革新的ナノプロセシング技術の開発に挑戦する。三年間の研究により、(1) Auナノ粒子生成のメカニズムの解明に基づく本合成法の基礎固めを行うほか、得られた知見に基づき、(2) 異種金属ナノ粒子の合成、ならびに (3) コアシェルおよび合金ナノ粒子の合成に展開する。これらの研究を通して、サイズ・組成・モルフォロジーを精密に制御した機能性金属ナノ粒子を欲しい位置に欲しいだけ作成する新技術を開発する。 2021年度は、前年度までに得られた知見を発展させ、従来の湿式合成法では困難な異種金属ナノ粒子（Ag、Cu、Pt、Pdなど）の合成に取り組んだ。各種金属塩化物を前駆体としてナノ粒子合成を行った。安息香酸－金属塩化物錯体の光励起による酸化・還元反応により、Auナノ粒子の場合と同じく、各種金属ナノ粒子が生成することを見出した。一方、AgおよびCuなどの還元されやすい金属イオンを用いた場合にはナノ粒子が生成しやすいが、Pt、Pdの場合には粒子の生成量が極めて少ないことが分かった。また、グラフェンナノ粒子を助触媒とする窒化炭素を半導体とするメタルフリー光触媒の開発にも取り組んだ。合成したメタルフリー触媒が過酸化水素水溶液への可視光照射によりH2を生成させることを見出し、エネルギーキャリアとして有望視される過酸化水素からのオンデマンドH2生成を実現できる可能性があることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 安息香酸を還元剤・安定化剤として用いる各種金属ナノ粒子合成が可能であること、またその合成しやすさが各種金属に依存することを見出している。さらに、メカニズムと粒径制御に関する知見が蓄積されてきており、今後の研究課題を順調にクリアできる感触を得ている。それゆえ、区分②に該当すると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	これまでの検討により得られた知見に基づき、異種の金属塩化物を原料として、コアシェルおよび合金ナノ粒子などの機能性ナノ粒子の合成に挑戦する。①コアシェルナノ粒子に関しては、安息香酸誘導体存在下での光照射により調整した金属ナノ粒子溶液に対して、異種の金属塩化物を加えてさらに光照射することにより方法により取り組む。②合金ナノ粒子に関しては、安息香酸誘導体を含む水溶液に異種の金属塩化物を同時に加えて光照射を行う方法により取り組む。これらの三年間の研究を総合しナノ粒子合成法ならびにそのサイズ制御法についてまとめるとともに、コアシェル・合金などの機能性ナノ粒子合成法として確立させる。