2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26708028
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
山内 悠輔 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (10455272)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 多孔体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒として高い活性を持つことが知られている白金は，現在まで電池などの電極や工業触媒（自動車の場合は排気ガスの浄化触媒）として広く用いられている．白金の表面積を大きくすると，当然露出している白金の表面が増加するため，触媒としての機能が活性化することが期待できる．ナノ構造化することで，通常の粉末よりも大幅に表面積を広くすることが可能になるのである．希少元素の使用量を減らす最近の社会の動きからも，少量の白金で大きい表面積を実現し，高い触媒活性を示す新たな白金ナノ材料の開発が極めて重要な課題である．
我々は，従来から界面活性剤をはじめとする両親媒性分子を用いて，高い表面積を有するナノポーラス物質，主に無機酸化物を骨格とするものを中心に扱い，吸着剤や触媒・触媒担体などをはじめ様々な応用展開を行ってきた．特に，適切な電気化学プロセスと融合させることにより，組成を金属まで拡張可能し，高品質な金属メソ多孔体を作製可能であることを明らかにした．我々のナノポーラス金属は，骨格が金属のみから形成している電気伝導性の高い多孔体であり，従来の無機酸化物系ナノ（メソ）ポーラス物質とは異なる電気化学系への応用が期待される．本研究では，これらのコンセプトをさらに拡張し，（１）手法の一般化，（２）高次構造制御，（３）ブロトタイプの作製を行い，新しい白金ナノ構造体の合成とその物性の評価を中心に展開する．
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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
金属塩を含む低濃度界面活性剤溶液を用いて，電解析出法でナノポーラス金属の薄膜化を検討してきた．電析中には，水溶液中に存在する界面活性剤のミセルが作用極に集積することで，ナノポーラス金属薄膜を簡単に作成できることがわかった．本手法は，電解析出法をベースにしているため，他の金属・合金系への展開が可能であり，様々な応用をターゲットした薄膜合成を行うことができる．臨海ミセル濃度以上の場合，界面活性剤は球状のミセルを形成する．比較的大きな分子集合体を鋳型に用いることで，数nmから100 nm程度まで精密に細孔径を制御できるようになった．このようなコンセプトは，メソポーラスシリカの合成ではよく知られているが，これを金属系に適用した例はいまだにない．金属薄膜のメソ細孔の大きさをコントロールすることにより，細孔内へ入れる分子をサイズにより「ふるい」にかけ，選択的に特定の分子のみを電極中で反応させてセンシングすることも可能になる．現在，予想を上回るインパクトのある成果が出ている．
Nature Communications, 6, Article number: 6608
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノポーラス白金を薄膜として基板に固定化することで，それ自体を電極やセンシングの基盤材料として使用することが可能となる．さらには，リソグラフィーなどのトップダウンのアプローチとの融合により，階層構造有するファイバー電極やマクロ-メソ階層構造電極の合成など，マクロスケールからメソスケールまで階層的に細孔空間をデザインすることができるようになる．また，電極中の反応物の拡散性を向上させるために，電極形状の制御が大切になってくる．鋳型やバターン基板を複合的に用いることにより，ロッド状（1次元）から球状（3次元化）構造まで電極中に作成可能である．合金化やコア-シェル化によっても，さらに電極触媒中の白金の使用量を大幅に低減することができる．今後は，更にナノポーラス金属の精密合成に磨きをかける．
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| Causes of Carryover |
予定していた実験用具を購入する必要がなくなったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度，試薬代として使用する．
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