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階層的多孔構造によるナノ反応担体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15206072
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 無機材料・物性
研究機関京都大学

研究代表者

中西 和樹  京都大学, 理学研究科, 助教授 (00188989)

研究分担者 宇山 浩  大阪大学, 工学研究科, 教授 (70203594)
研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
49,140千円 (直接経費: 37,800千円、間接経費: 11,340千円)
2005年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2004年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2003年度: 36,270千円 (直接経費: 27,900千円、間接経費: 8,370千円)
キーワード階層的多孔構造 / ゾル-ゲル法 / 三次元観察 / シリカ / 流体輸送挙動 / 表面修飾 / 超分子鋳型 / 有機無機ハイブリッド
研究概要

相分離を伴うシリカのゾル-ゲル反応により、マイクロメートル領域に鋭い細孔径分布を持つ多孔性ゲルを作製した。気孔率の異なるマクロ多孔性ゲルに色素修飾されたアルコキシドを用いてフルオレセインを導入し、共焦点顕微鏡を用いた深さの異なる数十枚以上の2次元画像から再構成された3次元座標情報を得た。この座標情報を元に、試料内の骨格とマクロ孔の空間分布を統計的に処理し、細孔径分布、気孔率など、従来間接的な方法で測定されてきた諸物性を、実空間の構造から直接決定する方法を確立した。次に、骨格構造の界面曲率解析を行い、平均曲率、ガウス曲率、およびそれらの面積規格化平均値を算出することにより、マクロ多孔構造を形成している界面の幾何学的特徴を定量化することができた。他方、骨格およびマクロ孔の連続性に着目して、それらのつながりを抽出する細線化の手法を駆使し、マクロ多孔性ゲルの骨格およびマクロ孔の、網目構造中の分岐数の分布を明らかにした。さらに、この空間配置情報を参考にして、テトラポッド型の基本構造の無限繰り返しからなる、共連続マクロ多孔性ゲルのモデル構造を構築し、マクロ孔を流れる流体の輸送挙動をシミュレーションによって予測すると共に、実際の圧力損失データと比較した。圧力損失の気孔率依存性は、実際の多孔材料において、いずれのモデル構造よりも強くなった。実際の多孔材料の骨格の形態を考慮することにより、モデル構造をさらに改良する方法を提案した。マクロ多孔性担体の分離・反応場としての応用において、流体輸送特性と細孔構造との詳細な対応は、ナノ領域の反応とマクロ領域の物質輸送のバランスを決める重要な情報となる。

報告書

(4件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (17件) 図書 (1件) 文献書誌 (3件)

  • [雑誌論文] Sol-gel Process of Oxides Accompanied by Phase Separation2006

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan 79

      ページ: 673-691

    • NAID

      10017498592

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Sol-gel Process of Oxides Accompanied by Phase Separation2006

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan (Account) 79

      ページ: 673-691

    • NAID

      10017498592

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase-Separation-Induced Titania Monoliths with Well-Defined Macropores and Mesostructured Framework from Colloid-Derived Sol-Gel Systems2006

    • 著者名/発表者名
      J.Konishi 他3名
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 18

      ページ: 864-866

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Titania-coated monolithic silica as separation medium for high performance liquid chromatography of phosphorus-containing compounds2005

    • 著者名/発表者名
      S.Miyazaki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Separation Science 28

      ページ: 39-44

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Monolithic Periodic Mesoporous Silica with Well-Defined Macropores2005

    • 著者名/発表者名
      T.Amatani et al.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 17

      ページ: 2114-2119

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Experimental Validation of the Tetrahedral Skeleton Model Pressure Drop Correlation for Silica Monoliths and the Influence of Column Heterogeneity2005

    • 著者名/発表者名
      N.Vervoort et al.
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry 77

      ページ: 3986-3992

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Tailoring Spontaneous Pillar Structure Using Phase-Separating Organosiloxane Sol-Gel Systems in Micro-Fabricated Grooves2005

    • 著者名/発表者名
      K.Kanamori et al.
    • 雑誌名

      Journal of Sol-Gel Science and Technology 35

      ページ: 183-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Organic-inorganic hybrid polysilsesquioxane monoliths with controlled macro- and mesopores2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi, K.Kanamori
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry 15

      ページ: 3776-3786

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Tailoring Spontaneous Pillar Structure Using Phase-Separating Organosiloxane Sol-Gel Systems in Micro-Fabricated Grooves2005

    • 著者名/発表者名
      K.Kanamori et al.
    • 雑誌名

      J.Sol-Gel Sci.Technol. 35

      ページ: 183-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Monolithic O/I-Hybrids with Hierarchically Ordered Meso-and Macropores2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi
    • 雑誌名

      Material Research Society Symposium Proceedings 847

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Monolithic Periodic Mesoporous Silica with Well-Defined Macropores2005

    • 著者名/発表者名
      T.Amatani 他3名
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 17

      ページ: 2114-2119

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Experimental Validation of the Tetrahedral Skeleton Model Pressure Drop Correlation for Silica Monoliths and the Influence of Column Heterogeneity2005

    • 著者名/発表者名
      N.Vervoort 他3名
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry 77

      ページ: 3986-3992

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Tailoring Spontaneous Pillar Structure Using Phase-Separating Organosiloxane Sol-Gel Systems in Micro-Fabricated Grooves2005

    • 著者名/発表者名
      K.Kanamori 他3名
    • 雑誌名

      Journal of Sol-Gel Science and Technology 35

      ページ: 183-191

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Organic-inorganic hybrid polysilsesquioxane monoliths with controlled macro-and mesopores2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi, K.Kanamori
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry 15

      ページ: 3776-3786

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of dye-infiltrated macroporous silica for laser amplification2004

    • 著者名/発表者名
      S.Murai et al.
    • 雑誌名

      Journal of Non-Crystalline Solids 345-346

      ページ: 438-442

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Spontaneous Formation of Hierarchical Macro-Mesoporous Ethane-Silica Monolith2004

    • 著者名/発表者名
      K.Nakanishi et al.
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 16

      ページ: 3652-3658

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Silica monolithic membrane as separation medium : Summable property of different membranes for high-performance liquid chromatographic separation

    • 著者名/発表者名
      K.Hosoya et al.
    • 雑誌名

      Journal of Chromatography A (In press)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 多孔質吸着剤ハンドブック(分担執筆)2005

    • 著者名/発表者名
      中西 和樹
    • 総ページ数
      715
    • 出版者
      フジテクノシステム
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuki Nakanishi: "Macroporous Silica and Alkylene-Bridged Polysilsesquioxane Gels with Templated Nanopores"Material Research Society Symposium Proceedings. 788. L.7.5.1-L.7.5.10 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuyoshi Kanamori: "Three-Dimensional Observation of Phase-Separated Silica-Based Gels Confined between Parallel Plates"Langmuir. 19. 5581-5585 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kazuyoshi Kanamori: "Interface-Directed Web-to-Pillar Transition of Microphase-separated Siloxane Gels"Langmuir. 19. 9171-9103 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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