2013 Fiscal Year Research-status Report
固体－液体界面へのイオン照射による触媒微粒子担持法の開発
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25390141
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
小林 知洋 独立行政法人理化学研究所, 山崎原子物理研究室, 専任研究員 (40282496)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 触媒粒子 / イオンビーム / キャピラリー / 集束イオンビーム |
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| Research Abstract |
先細のガラスキャピラリーによりイオンビームを集束し、先端に設けた隔壁を通過させて液体中にビームを射出することが可能となっている。この技術により、これまで技術的制約から難しかった固体－液体界面におけるイオンビームによる励起を利用した新しい表面修飾法や加工法に関する研究への道が開かれた。これまでの研究により、MeV級のプロトン照射により、材料表面において局所的に化学反応を進行出来ることが明らかになった。本研究では液体中における金属イオンの還元反応に着目し、触媒として利用できるナノ粒子の生成を目的としている。
平成25年度は、ミクロンオーダーで位置制御可能な3軸試料ステージとガラスシャーレ、および光学顕微鏡を用いて照射体系を構築した後、実験を開始した。生成対象は触媒能を有する白金ナノ粒子とし、溶液にはヘキサクロリド白金(IV)酸水溶液に還元剤としてエタノールを添加したものを用いた。ターゲットとしては、ガラス状炭素およびカーボンクロスを用いた。
種々の照射条件（照射電流値、照射時間、ビームスキャン速度、溶液濃度etc.）を試行し、ターゲット上に数nmから数百nmの白金粒子が生成することを確認した。今回用いたキャピラリーの先端径は0.2mmであるが、ビーム中心と外周部では外周部の方が粒径の成長が速いことが判明した。これはビーム中心部では白金イオンの拡散が粒子成長の律速段階となっていることを示している。
次年度以降は試料―キャピラリー間距離およびビームスキャン速度の最適化により、数nm径の白金微粒子が均一に生成される条件を探索し、作製した試料の電気化学測定を行う。
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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
計画に挙げた照射体系の構築、およびターゲットの照射による変質評価を予定通り行い。白金の生成実験が開始出来た。電子顕微鏡および特性X線による構造・組成評価についても予定通り行った。ただし、粒子サイズを制御するという点については十分に達成できておらず、この部分については次年度に検証を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
白金の析出実験を継続する。また、白金以外の金属について、対象を卑金属を含む広範囲に設定し析出挙動を検証する。還元剤の成分が金属粒子に混入する可能性があることから、詳細な組成分析を行う。ただし近年、白金以外の金属と炭素の複合粒子が触媒特性を示した例などが報告されており。不純物の混入は必ずしも否定的な効果をもたらすとは言えない。良い分散状態（粒子サイズ、粒子数、面内および深さ方向分布）が得られた試料に対して、電気化学測定を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度以降、加速器の運転に伴う消耗品費の増大が見込まれたため、予定していた購入備品を自作または既存装置からの流用・借用に切り替えた。
加速器イオン源に用いるアルカリ金属（セシウム、ルビジウム）の購入費の増額と、金属析出に用いる試薬の購入費として使用する計画である。
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