2021 Fiscal Year Research-status Report
Electric field-assisted nanocatalysis within a hollow compartment
| Project/Area Number |
21K14491
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
渡部 花奈子 東北大学, 工学研究科, 助教 (30847249)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 触媒システム / ナノ粒子 / 中空粒子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は、1) 触媒粒子を格納する中空シリカ殻(シェル)の多孔性制御および、2) シェル内外の物質拡散挙動の観察、3) 液中で観察可能な電子顕微鏡を用いた金ナノ粒子の運動観察を行った。
1) 触媒粒子を格納した中空シリカシェルの多孔性(porosity)は、反応物および生成物の拡散性に大きく影響するため、シェルの多孔性を制御するための実験条件を検討した。中実シリカ粒子表面に表面保護剤となるカチオン性高分子を修飾し、水中で粒子内部のみを溶解させることで中空シリカ粒子を合成した。この溶解プロセスにおける反応温度を調整することで、シェルの多孔性を制御可能であることが示唆された。
2) 大きさの異なるイオンを用いてシェル内外の物質拡散挙動を評価した。シェル外に存在するイオンがシェル内に拡散するのに要する時間は、シェルの多孔性に強く依存することを明らかにした。
3) 水中に分散した粒子が観察可能な電子顕微鏡を用いて、金ナノ粒子(粒径約30および60 nm)の運動観察を試みた。外部交流電場が作用していない状態では、ナノ粒子はシェル内部でブラウン運動する様子が認められた。電場を印加すると、ナノ粒子は電場印加方向に規則運動することがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた通り、中空シリカシェルの多孔性制御の検討およびシェル内でのナノ粒子運動挙動観察を実施できた。以上より、令和3年度の進捗状況はおおむね順調に進行していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度の研究結果で、中空シリカシェルの多孔性がシェルを介した物質拡散に大きく影響を与えることが明らかになった。そのため、令和4年度も引き続きシェルの多孔性と物質拡散の関係をより詳細に調査する。シェルの細孔径を狙った通りに設計するために、界面活性剤を鋳型としたメソポーラスシリカを中空シェルの材料として選定する。また、共焦点顕微鏡で観察可能なサイズ(数百ナノメートル)の触媒粒子を格納した中空シリカ粒子の合成も試みる。蛍光色素をモデル分子とし、シェル内外の物質拡散挙動を共焦点顕微鏡により評価する。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により、発表を予定していた学会が延期または中止となった。また、計画当初は顕微鏡使用料等の設備費を計上していたが、令和3年度は主に粒子合成に注力したため、その費用が大幅に抑えられた。繰り越し分の助成金については、令和4年度に国際共同研究を推進するための海外旅費や共焦点顕微鏡観察に使用する物品の購入に充てる予定である。
|
