2015 Fiscal Year Research-status Report
有機分子組織体テンプレートによるナノ形態制御複合酸化チタン材料調製法の開発
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25420737
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
高橋 政志 東京都市大学, 工学部, 教授 (90328930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
江場 宏美 東京都市大学, 工学部, 准教授 (90354175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 二酸化チタン薄膜 / 相分離LB膜 / 有機分子組織体 / 蒸発誘起自己組織化 / 色素増感太陽電池 / テンプレート法 / 光触媒 / メソポーラスチタニア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では様々な有機分子集合体を反応マトリックスとして用いることで複合酸化チタン材料を調製するプロセスの開発を目的としている。研究課題の集大成として、H27年度は「長鎖アルキルアミンベースの混合LB膜」および「高分子界面活性剤の蒸発誘起自己組織化膜」をテンプレートとして利用するTiO2材料調製法の開発に関する研究を発展させるとともに、新たに「キトサン吸着シリカ粒子表面へのTiO2コーティング」および「シリカ粒子をテンプレートとする中空TiO2粒子の調製」の2つの課題に取り組んだ。
具体的には、「長鎖アルキルアミンベースの混合LB膜」ではテンプレートとなるLB膜の膜物質としてオクタデシルアミン/長鎖フルオロカルボン酸混合系と2-スルホネート脂肪酸アルキルエステルナトリウム塩/ポリビニルアミンの系を追加し、主としてAFMを使って二次元面内の相分離状態を観察し、チタニア前駆体水溶液の作用によって得られるTiO2薄膜のモルフォロジーとの相関について確認した。「高分子界面活性剤の蒸発誘起自己組織化膜」では両親媒性トリブロック共重合体をP123からF127に換え、得られる多孔性TiO2薄膜の構造と色素増感太陽電池（DSSC）特性への影響を比較した。一方、新たな研究課題に関しては、シリカ微粒子表面へのTiO2薄膜コーティングのためキトサン吸着膜をテンプレートとするプロセスの検証を行った。また、エマルション中でのチタンアルコキシドのゾルゲル反応にシリカ粒子を添加することでTiO2-SiO2粒子を調製し、これよりシリカを除去することで中空球構造を有するTiO2粒子の作製を行った。さらにこの中空球の内壁に白金担持を試み、これらの中空球構造や内部白金担持が試料の光触媒活性に及ぼす影響について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成27年度の各課題において、以下に示す有用な知見が得られた。
「長鎖アルキルアミンベースの混合LB膜」では膜中の相分離に基づくTiO2薄膜の直接パターニング挙動解明のため、新たに2種類の膜物質系（パーフルオロカルボン酸との混合LB膜およびポリビニルアミンとのポリイオンコンプレックスLB膜）を検討した。その結果、TiO2の生成量はテンプレートLB膜中のアミノ基に依存して変化し、ポイオンコンプレックスLB膜ではチタニア前駆体水溶液への浸漬過程で起こる膜の再配置が低減できることを明らかにしている。
「高分子界面活性剤の蒸発誘起自己組織化膜」ではプルロニックF127からメソポーラスTiO2薄膜を作製し、前年度のP123の結果と比較した。これらのTiO2は規則的な多孔質構造を有し、鋳型分子の構造を反映してP123は10nm、F127では12nmの細孔配列が観察された。この結果はP123のTiO2薄膜の方がより大きい比表面積をもつことを示唆しており、DSSCへの応用でも色素吸着性が良好で高いセル性能を示すことを確認している。
新規課題では「シリカ表面のキトサン吸着膜」をテンプレートに用いてコア-シェル型SiO2-TiO2粒子を作製し、DSSC作用極への適用を試みた。SEM観察より、シリカ表面に厚さ15～25nmの均一なTiO2シェル形成を確認したが、膜厚が薄いため十分なセル性能が得られなかった。一方、「シリカ粒子をテンプレートとする中空TiO2粒子の調製」では、エマルション中でのチタンアルコキシドの反応過程にシリカを添加し、得られる粒子からシリカ除去することで中空球構造を導入し、さらに中空球内壁への白金担持により光触媒活性が向上することを認めた。
上記のとおり、実験結果においては一定の成果が得られたが、当初予想よりも学内業務でエフォートが割かれたため成果のアウトプットの点では課題が残っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定していた3年間の研究期間を1年延長し、昨年度に実施した4つの課題についてさらなる深化と完結をはかる。具体的には、チタニア材料の構造制御に関する知見を補完するため、引き続き物質系や実験条件を変えて多様なテンプレートを調製し、これらのモルフォロジーがチタニア薄膜や微粒子の構造に及ぼす影響を探索する。特に、今年度はセルロースナノ材料に注目し、LB膜や蒸発誘起自己組織化テンプレートとの複合化による効果を検証していく。同時に、未発表の成果を中心に学会発表を行い、あわせて論文投稿にも注力する。
研究の推進にあたり担当学生4名を配置し、並行してこれらの研究課題の実施にあたることとする。
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| Causes of Carryover |
平成27年度の執行は概ね計画にしたがって支出したが、平成28年度も研究課題を継続することになったため、必要となる予算を若干残すこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金は研究継続のための消耗品（試薬やガラス器具類）の購入に充てる。
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