2014 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ磁気流体力学的効果によるキラル界面生成とキラル分子認識
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25390040
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
茂木 巖 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50210084)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロ渦流 / キラリティ / 磁気電気化学 / 磁気流体力学 / アミノ酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁場を印加しながら電析（磁気電析）を行うと，電流と磁場の相互作用でローレンツ力が働き，磁気流体力学的(MHD)効果により電極界面にμm～nmサイズのマイクロMHD渦流が発生する．このような渦流が電析界面にらせん転移を誘発し，キラルな界面が生成するものと考えられている．本研究では，磁気電析がキラル界面を生成する機構を解明し，キラル界面生成の新しい手法を開発することを目的としている．今年度は，下記に列挙するような研究成果が得られた．
１．銅の磁気電析の実験条件を精査し，定電流モードでの磁気電析が界面キラリティを制御するのに適していることを見出した．そのキラル挙動の電析電流依存性の解析から，電極反応における律速過程とMHD渦流の方向によりキラリティの符号が決定されることが明らかとなった．この結果により，界面キラリティの制御の一つの手法を確立できた．
２．初年度に新しい磁気電析法として試みた回転磁気電析法の装置を，より広い周波数範囲で安定に回転磁気電析を行えるように改良した．これによりキラリティの周波数依存性の研究を行い，よりキラル選択性の高い界面を作製することに成功した．
３．磁気電析で観察されるキラル界面形成は，電流方向が逆になる電解エッチングにおいても可能ではないかと発想し，磁気電解エッチングを試み，キラル界面形成に成功した．これにより磁気電気化学プロセスによるキラリティ発現の普遍性を証明することができた．さらに，還元だけではなく酸化プロセスにおいてもキラル界面形成が可能になったので，酸化物などの種々の物質においてキラル界面を作製する道が開けた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究計画とその達成度は以下のとおりである．
計画1. キラル界面形成に適した磁気電析条件の探索から，キラル界面形成機構の解明に迫る．（達成度）銅の磁気電析の実験条件を精査し，キラル界面形成が電析電流に強く依存することを見出した．電極反応における律速過程と電析電流との解析から，律速過程とMHD渦流の方向によりキラリティの符号が決定されることを見出した．この結果から，界面キラリティの制御の一つの指針が得られた．
計画2. 初年度試みた回転磁気電析の手法を引き続き継続・発展させ，回転方向や回転周波数が，キラル界面形成におよぼす効果を調べる．（達成度）初年度に２Hzのみで行っていた回転磁気電析法の装置を，1 ~ 6Hzまでのより広い周波数範囲で安定に回転磁気電析を行えるように改良した．これにより銅の磁気電析において，キラリティの周波数と磁場方向依存性の研究を行い，最適な周波数と磁場を探索して，キラル選択性の高い界面を作製することに成功した．
計画3. 磁気電析とは逆の現象である磁気電解エッチングを試み，キラル界面形成が可能かどうかを調べる． （達成度）銅薄膜の磁気電解エッチングを試み，キラル界面形成に成功した．そのキラル挙動は，エッチング電流と磁場方向に依存することを見出し，最適な条件の探索に成功した．これにより酸化物などの酸化プロセスでの物質合成においても，キラル界面を作製する道が開けた．
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気電気化学手法によるキラル界面形成の研究をさらに推進する．
１．より高選択性のキラル界面形成を目指して，電解溶液に添加剤を加えてキラル挙動への影響を調べる．
２．マイクロMHD渦流とキラル界面形成との関係を解明するために，マイクロ電極において磁気電析を行い，キラル挙動を調べる．
３．今年度改良に成功した回転磁気電析装置を用いて，キラル界面形成における回転と磁場，周波数の関係を明らかにし，その普遍性を確立する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は，今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である．具体的には，電解セルを小型化，高額キラル試薬の使用の少量化などに加え，回転磁気電析装置の作製では，部品のみを購入して自作組み立てしたことで節約したものである．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，平成27年度請求額とあわせ，平成27年度の研究遂行に使用する予定である．具体的には，キラル試薬の購入，論文投稿料，学会発表旅費などである．
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