2014 Fiscal Year Research-status Report
アルコキシド法を用いた新規な多孔性粒子合成プロセスの開発
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26420675
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
小島 隆 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70333896)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 金属酸化物 / 粒子 / 多孔性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属アルコキシドの加水分解・重縮合反応条件を精査し、部分溶出によるマクロ孔の形成と、低温での結晶化が可能な粒子の調製条件を検討した。まず、アルコキシド法を用いて均一な外形を有し、かつ重縮合度の低い水和酸化物粒子を合成した。得られた粒子をアルコールで洗浄し、粒子表面部の部分的な溶出によるマクロ孔の構築を試みた。多孔性粒子の結晶化は、温水または水熱処理により行った。また、当初の予定よりも水和酸化物粒子合成に関する検討が順調に進んだため、調製した多孔性粒子を原料とし、各種複合酸化物の合成も試みた。以下に具体的な実績を挙げる。
１. チタニア系・ジルコニア系・タンタル系に関して、多孔性水和酸化物粒子の生成条件を精査した。アセトニトリルとブタノールの混合溶媒中で、各種金属アルコキシドをアンモニア水で加水分解・熟成することにより、均一な粒径を有する水和酸化物粒子を合成した。また、得られた水和酸化物粒子をアルコールで洗浄し、多孔化を試みた。結果として、従来よりも穏やかな加水分解条件で水和酸化物粒子を合成することによって、粒子がより多孔化しやすくなることが判明した。また、多孔化が生じるような重縮合度の低い粒子は、温水・水熱処理による結晶化や、他の金属イオンとの反応が、より容易になることを見いだした。
2. 多孔性の水和チタニア粒子を原料として用い、他の金属イオンと共に水熱処理することにより、多孔性の複合酸化物粒子の合成を試みた。その結果、チタン酸ストロンチウム系・チタン酸ナトリウム系において、他のチタニア系粒子を原料に用いるよりも低温で、高比表面積を有する結晶性粒子の合成を可能にした。この際、チタン酸ストロンチウム系では原料のマクロ孔構造が維持されていた。また、他の原料では合成が困難であったチタン酸ビスマス系粒子の合成も可能であった。
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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
粒子合成時における加水分解を、より緩やかな条件で行うことによって、従来よりも低温での温水・水熱処理によって結晶化できる水和酸化物粒子の調製を可能とした。また、穏やかな条件で加水分解を行った粒子は、溶出によってマクロ孔が形成されやすく、化学的反応性にも優れるため、複合酸化物粒子の低温合成に非常に適していることも明らかとなった。さらに、複合酸化物の種類によっては、原料となる水和酸化物の外観およびマクロ孔構造を維持できることも判明した。複合酸化物粒子の合成に関しては、平成27年度の達成目標に近い成果が得られており、当初の計画以上に研究が進展している。しかしながら、粒子表面部におけるマクロ孔の形成自体は可能であるものの、その微構造の制御に関しては進展があまり見られないため、研究全体としては、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に引き続いて多孔性の水和酸化物粒子の合成条件を詳細に検討する。特に細孔構造の制御に関して検討を行う。また、本研究の手法によって合成が可能な複合酸化物系の探索を行う。主に以下の２項目について重点的に検討するが、研究が順調に推移した場合には、次年度に行う予定であった、多孔性粒子表面への金属ナノ粒子担持に関しても本格的に検討を開始する。
1. 主にチタニア系・ジルコニア系・酸化タンタル系において、水和酸化物粒子の細孔構造制御手法を確立する。特に、水和酸化物粒子中における重縮合度が、細孔の微構造に与える影響を精査し、本手法の基礎技術を確立する。加水分解条件の制御のみでは細孔構造の制御が困難である場合には、溶出に用いる溶媒や錯化剤の検討を行う予定である。
2. 多孔性の水和酸化物粒子を主たる原料とし、多孔性の複合酸化物粒子の合成を試みる。特に、水和チタニア・水和酸化タンタルを原料とした複合酸化物に関し、広範囲に検討を行う。また、合成した複合酸化物粒子の特性評価も並行して行う予定である。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた複数の設備備品の購入を見合わせ、一台の設備備品の購入に切り替えた。結果として設備備品の購入額が減ったため、次年度使用額が生じた。
研究当初は、粒子合成後の温度管理や、粒子結晶化時の分散状態（撹拌）制御が重要であると想定していたため、温度管理および高温下での撹拌に用いる複数の低額機器を購入する予定であった。研究の進展に伴い、原料混合時の湿度管理が、粒子合成時の温度および結晶化時の撹拌よりも粒子の微構造に影響を与えやすいことが判明した。このため、購入機器を真空置換が可能なグローブボックス一台に変更した。結果として20万円程度の次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は比較的少額であるため、実験用試薬等の消耗品費として使用する予定である。また、平成28年度を中心に行う予定である金属ナノ粒子の担持に関する研究は、消耗品費（金属系試薬）を多く必要とするため、研究全体が順調に進展した場合には、次年度使用額を用いて検討を本格的に開始する。
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