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微小プラズマと微小液滴を融合したナノ粒子生成:微小反応場の特異性の解明

Research Project

Project/Area Number 18J15442
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionOsaka City University
Research Fellow 岡本 拓也  大阪市立大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsナノ粒子 / フェムト秒レーザー / プラズマ / マイクロ流路 / エマルション / 微小液滴 / 界面 / 粒径制御
Outline of Annual Research Achievements

本研究は微小反応場におけるナノ粒子の生成、成長、そして凝集について基礎的な知見を得ることを目的とした。本年度は金属錯体の溶液試料と貧溶媒を撹拌試料して生じる微小液滴がナノ粒子の形態および粒子径に及ぼす効果の解明、およびマイクロ流路によりサイズを制御した液滴中での微小プラズマ発生について研究活動を行った。ヘキサン/塩化金酸水溶液、およびフェロセンヘキサン溶液/水の撹拌により水中油滴型のエマルションを形成し、原料が水に溶解する条件と有機溶媒に溶解する条件にてフェムト秒レーザーをそれぞれ照射した。ヘキサン/塩化金酸水溶液の水中油滴型エマルションへのレーザー照射では、キャッピング剤を用いることなく直径10 nm未満の大きさの金ナノ粒子の生成に成功した。レーザー照射時間にかかわらず平均粒子径は5 nm程度で一定であった。さらに、乾燥により金ナノ粒子は円形状に濃縮されつつも凝集しないことが分かった。金ナノ粒子の1次粒子が液滴表面に捕捉されることで粒子成長が抑制されると結論した。なお、この研究に基づいた論文はアメリカ化学会のLangmuirに掲載された。一方、フェロセンヘキサン溶液/水の水中油滴型エマルションへのレーザー照射では、油相側に原料分子が溶解しているにもかかわらず、レーザー照射後の水相において10 nm未満の鉄ナノ粒子が分散して得られることを見出した。また、原料濃度を10倍にしても、レーザーの照射時間にかかわらず、平均粒子径は10 nm未満のままであった。フェロセンを溶解したヘキサン液滴が微小な反応場として機能し、粒子および鉄原子の凝集が抑制されると結論した。さらに、市販のシリコン樹脂製マイクロ流路を用いて液滴のサイズ制御条件の検討を行った。微小液滴内でのナノ粒子生成に向けて、レーザー照射系の構築や、マイクロ流路内における各試料の流速条件およびレーザー照射条件の最適化を行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Effects of Ligand and Solvent on the Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles from Fe(acac)<sub>3</sub> Solution by Femtosecond Laser Irradiation2020

    • Author(s)
      Takuya Okamoto, Takahiro Nakamura, Y. O. Tahara, Makoto Miyata, Kenji Sakota, Tomoyuki Yatsuhashi
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 49 Issue: 1 Pages: 75-78

    • DOI

      10.1246/cl.190751

    • NAID

      130007782552

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis of Bare Iron Nanoparticles from Ferrocene Hexane Solution by Femtosecond Laser Pulses2019

    • Author(s)
      T. Okamoto, T. Nakamura, R. Kihara, T. Asahi, K. Sakota, T. Yatsuhashi
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 19 Pages: 12123-12129

    • DOI

      10.1002/cphc.201800436

    • NAID

      120006734420

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 微小プラズマと微小液滴を融合したナノ粒子生成2019

    • Author(s)
      岡本拓也、中村貴宏、迫田憲治、八ッ橋知幸
    • Organizer
      第9回 物質・デバイス領域共同研究拠点活動報告会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒レーザーによる金ナノ粒子の生成:微小液滴表面を利用した粒径および分散制御2019

    • Author(s)
      岡本拓也、中村貴宏、迫田憲治、八ッ橋知幸
    • Organizer
      第19回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of gold nanoparticles by laser induced plasma on micro-droplets2019

    • Author(s)
      岡本拓也、中村貴宏、迫田憲治、八ッ橋知幸
    • Organizer
      日本化学会 第99春季年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of single-nano-sized Au nanoparticles from liquid/liquid dispersion system by femtosecond laser irradiation2018

    • Author(s)
      Takuya Okamoto, Takahiro Nakamura, Tomoyuki Yatsuhashi
    • Organizer
      5th International Conference on Advanced Nanoparticle Generation and Excitation by Lasers in Liquids (ANGEL)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザー誘起プラズマと液液分散系を融合したシングルナノサイズ金ナノ粒子の生成2018

    • Author(s)
      岡本拓也、中村貴宏、迫田憲治、八ッ橋知幸
    • Organizer
      第61回 放射線化学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小プラズマと微小液滴を融合したナノ粒子生成2018

    • Author(s)
      岡本拓也、中村貴宏、迫田憲治、八ッ橋知幸
    • Organizer
      第18回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Synthesis of Gold Nanoparticles by Combination of Laser Induced Plasma and Liquid-Liquid Dispersion System2018

    • Author(s)
      Takuya Okamoto, Takahiro Nakamura, Kenji Sakota, Tomoyuki Yatshuhashi
    • Organizer
      10th Asian and Oceanian Photochemistry Conference (APC2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 大阪市立大学 大学院理学研究科 物質分子系専攻 光物理化学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/laser/laserj.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 物質・デバイス領域共同研究拠点 成果一覧

    • URL

      http://five-star.tagen.tohoku.ac.jp/news/result/detail.php?id=425

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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