2021 Fiscal Year Research-status Report
異方形態ナノ結晶の抽出と再利用を指向した機能性界面活性剤ゲルの集積空間制御
| Project/Area Number |
21K12304
|
|---|
| Research Institution | Ochanomizu University |
|---|
Principal Investigator |
伊村 くらら お茶の水女子大学, 基幹研究院, 講師 (60707107)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊村 芳郎 東京理科大学, 工学部工業化学科, 講師 (70756288)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 貴金属 / ナノ結晶 / 界面活性剤 / ゲル / 抽出 / 循環利用 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
穏和で高効率な化学反応をもたらす高機能触媒の開発は、近年の重要な課題となっている。100 nm以下のサイズを持つ貴金属ナノ結晶は、サイズの大きなバルク結晶にはない特異的な触媒性能を生み出すとして注目されてきた。しかし、貴金属は高価で希少な元素であり、ナノ結晶触媒の開発にあたっては、これらを回収し再利用していくことも望まれる。ナノ結晶の機能性に大いに影響しうる「形態」や「サイズ」を維持したまま再利用を行うには、粒子凝集の回避を検討する必要がある。本研究課題では、ナノ結晶の表面保護剤としても作用する界面活性剤に着目し、そのゲルが示す特異的な抽出性能を向上させることを試みた。界面活性剤ゲルは分子集合体の一種であり、分子の集積機構がゲルの内部構造を決定づける。そこで、ナノ結晶を凝集させずに抽出するゲル構造の検討を行い、ナノ結晶が安定に再分散しうる抽出機構の解明と発展を目指している。
研究初年度である令和3年度では、まずゲル化剤となる界面活性剤を合成し、外部条件をさまざまに変化させてゲル化能とその分子集積構造を評価した。X線回折測定により、界面活性剤ゲル内部では炭化水素鎖の副格子が六方晶をとっていることが示され、さらには時間経過とともに直方晶あるいは三斜晶へと変化していくことが明らかとなった。この転移はゲルの収縮も引き起こしており、ナノ結晶を凝集させずに抽出するには好ましいとは言えない。そこで、界面活性剤分子構造の検討を行い、炭化水素鎖長に基づいてこれらの集積構造転移を制御できることを見出した。これにより、ナノ結晶抽出性能の向上に寄与しうるより膨潤した分子集積構造を導き、さらにはそれをより安定に保つことに成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の要である界面活性剤ゲル内部の分子集積構造について、複数の分子構造および外部条件を組み合わせることで、その類型を明らかにした。特に、界面活性剤炭化水素鎖がとるパッキング状態を通じて、ゲル全体の膨潤性といった性質の制御をもたらすことに成功した。ナノ結晶の抽出性能を左右すると考えられるゲルの膨潤性は、本研究課題の今後の遂行においてきわめて重要であり、次年度以降にさらに自由度の高いゲル構築を行うための有用な知見となっている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
ナノ結晶の抽出に最適な界面活性剤ゲルを構築していくため、新たに複合ゲルの形成を試みていく。これまでに、界面活性剤分子がしめす自己集合特性によって、ゲル内部構造をコントロールできることを明らかにした。この分子集積型の界面活性剤ゲルをより正確に、かつ効率的に構築するため、分子膜形成の起点を整える足場の導入を検討する。ゲル化剤となる界面活性剤と金属酸化物の相互作用は、温度やpHといった各種外部条件に依存して変化することがこれまでに分かっている。そこで、令和４年度では、各種金属酸化物の微粒子を担体として界面活性剤ゲルを段階的に成長させ、複合ゲルを形成する。担体との複合条件が界面活性剤ゲルの分子集積構造におよぼす影響を明らかにし、ゲル内部への十分な空間導入を行う。得られた複合ゲルに対して、さまざまな形態のナノ結晶を抽出するゲル回収剤としての有効性を検証していく。
|
| Causes of Carryover |
界面活性剤ゲルの分子集積構造評価を行う中で、ゲル全体の物性に大きく影響する複数の知見が得られた。当初の計画では、分子間の水素結合を中心にゲル形成能の制御を行う予定であったが、これに加えて炭化水素鎖の運動性およびその面内方向のパッキングを考慮に入れる必要が生じた。令和４年度においても引き続き詳細な検証を行うために、研究遂行の経費を一部次年度使用とした。令和４年度では、これらを分子集積構造評価を行うための消耗品費に充てる予定である。
|
