2020 Fiscal Year Research-status Report
International and Interdisciplinary Research in Chemistry between Spatiotemporal Pattern Formation and Molecular Chirality
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20KK0122
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
深見 一弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60452322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡崎 豊 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (20794465)
松本 歩 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (30781322)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Keywords | キラリティ / 自己組織化 / 時空間パターン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では電気化学反応における動的自己組織化のひとつである時空間パターン形成に立脚したらせん状ナノ構造形成と、その応用に取り組んでいる。特に、Ptナノ粒子を担持したシリコン基板をフッ酸と過酸化水素を含むエッチング液に浸漬すると、Ptナノ粒子がシリコンへと貫入し、らせん状ナノポアが自己組織化する。この現象がPtナノ粒子上での過酸化水素還元における時空間パターン形成に起因することは既に明らかにしているが、らせん状ナノポアのらせんピッチ、太さ、長さ、巻き方向を制御する方法は未開拓である。本年度は、これらの課題の中から巻き方向を制御する方法論の開拓を目指し、検討を進めた。有限要素法を用い、電極反応速度、拡散、泳動、電気化学等価回路を考慮した数値シミュレーションにより、Pt上での過酸化水素還元にともなう時空間パターン形成を再現することに成功した。これに加えて、Pt近傍に対流が生じている場合の時空間パターン形成についても検討を進めたところ、極めて強い対流下では対流と逆方向に時空間パターンが回転すること、極めて弱い対流下では対流と同じ方向に時空間パターンが回転することを見出した。Ptナノ粒子を用いたシリコンのエッチングでは強い対流の発生は期待できない。Ptナノ粒子近傍では局所的に弱い対流が発生していることが考えられることから、数値シミュレーションにより明らかとなった弱い対流下での対流と同方向の時空間パターンの回転がらせん状ナノポアの巻き方向を決定していると示唆される結果を得た。
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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
本研究で対象としているシリコンへのらせん状ナノポア形成は、左右の巻き方向が概ね当量得られることが知られていた。これにキラリティを持たせるためには、エッチング時に弱い対流を発生させることが必要であるとのシミュレーション結果が得られており、当初想定していた以上の進捗があった。一方、実際に実験により巻き方向に偏りのあるらせん状ナノポアを形成する検討は、現在検討を進めているところである。以上のことから、プロジェクト全体としては概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
シリコンに形成されるらせん状ナノポアの巻き方向制御を実験により検証する。特に弱い対流下で偏りが期待できることから、人為的な対流の導入や磁場印加下でのMHD（magnetohydrodynamics）対流の導入について検討を進める。また、巻き方向に偏りが発生したシリコンらせん状ナノポアの表面結合状態の分析を進める。この分析はボルドー大学にて振動円二色性分光によって実施する。表面にはSi-HやSi-O-Siなどの結合が存在することが既に明らかとなっており、これらの結合が円二色性を有するか否かを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により、当初予定していたフランスでの現地滞在による研究実施が行えなかったため、旅費は使用しなかった。その他として予定していた電子顕微鏡の利用料等は今期は必要としなかったため、残額が生じた。
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