2016 Fiscal Year Annual Research Report
微粒子の精密ナノ構造化による高機能・省資源化技術の構築
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26709061
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
荻 崇 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30508809)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ構造体 / 噴霧法 / 液相法 / ポーラス微粒子 / 光触媒 / 電極触媒 / 低屈折率材 / 断熱材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は（1）新規ナノ構造体合成装置の作製、エアロゾルの一般動力学方程式の数値計算、ナノ粒子分散液の作製を検討し、その後で（2)各種材料のナノ構造化（ポーラス、中空、モスアイ、コアシェル）と光触媒、蛍光体、電極触媒、磁性体における性能評価を行うことを目的としており、平成28年度は主に、光触媒材料、低屈折率材料、電極触媒材料へ向けた微粒子構造体の開発を行った。
１）低屈折率材料としては、中空構造を持つシリカ微粒子の合成を実施した。H27年度までに合成した中空シリカをビーズミルによってモノマー中に分散し、重合することにより中空シリカのポリマーコンポジットフィルムを作製し、屈折率の測定を行った結果、ポリマーのみの場合の屈折率1.53から1.50まで低下した。
２）光触媒材料としては、火炎噴霧法によるワンステップでポーラス構造を持つ酸化タングステン微粒子の合成を検討した。その結果、火炎噴霧法により合成したポーラス酸化タングステン微粒子は、ナノ粒子の凝集体から構成されており、高い比表面積（75m2/g）を有することがわかった。さらに、得られた酸化タングステンポーラス微粒子に白金を担持させ、光触媒性能を評価した結果、ポーラス構造を有していない酸化タングステンと比較して2倍の速度（k=17.4×10-3/min）でローダミンBを分解することが明らかとなった。
３）電極触媒材料としては、噴霧法を用いた,中実型、中空型、ポーラス型のカーボン微粒子の合成を行った。得られたカーボン微粒子構造体に白金を担持して燃料電池の電極触媒としての性能を評価した結果、ポーラス構造を持つカーボンの方が、高い白金分散性を導き、高い有効触媒表面積（107.4 m2g-1-Pt）と質量比活性（265mA g-1-Pt）を持つことを示した。また、数値計算により最適なポアサイズを明らかとした。
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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
H28度の計画は、低屈折率材料、光触媒材料、電極触媒材料への応用へ向けた微粒子構造体の設計であったが、スイス連邦工科大学およびバンドン工科大学との共同研究の効果もあり、中空微粒子の効率的な合成法とフィルムとの複合化が予定以上に進んだ。また、多孔質構造および中空構造を持つカーボン微粒子の合成と電極触媒特性の評価では、共同で研究している企業のサポートがあり、特性評価が効率的に進んだ。また、さらに、現在、安価で効率的な中空粒子合成プロセスの開発をスイス連邦工科大学と共同で進めており、キャパシタへ用いる中空窒化炭素粒子の合成についても企業と共同で研究を進めている。以上の理由により、当初の予定より研究が進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、本研究課題の最終年度に当たる年であるため、当初の予定を達成すると同時に、これまでに得られた成果を論文発表および国内外の学会で発表する予定である。また、ここまで予想以上に研究が進んでいるため、同様のコンセプトで、新たな機能性材料の構造化に有用であるかどうかを評価する予定である。そのためにも、これまで共同で研究を進めてきたスイス連邦工科大学、バンドン工科大学に加えて、スラバヤ工科大学、シンガポールのナンヤン工科大学、復旦大学など、これまでに交流のある研究者と国際的な協力を行っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
来年度は、本研究課題の最終年度に当たる年だが、ここまで予想以上に研究が進んでおり、同様のコンセプトが来年実施する他の機能性材料の構造化に有用であることが期待され、そのための実験および分析へ回すことを考えて節約した。また、研究課題で得られた一連の成果を国内外の学会および論文にて発表することを想定して節約した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
構造および形態が制御されたナノ粒子材料の合成と性能に関する最終段階の実験、分析に加え、次のステップへ向けた研究の実験、分析に使用する。また本研究課題の研究成果の国内外で発表、論文化のための研究費として使用する。
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