動的ナノ粒子の特性解析

• 研究課題/領域番号: 21H04639
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 中西 英行 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20619655)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 41,470千円 (直接経費: 31,900千円、間接経費: 9,570千円); 2025年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2024年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2023年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2021年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: 結晶成長 / 結合エネルギー / 結合サイト / ナノ結晶 / 粒径制御 / 形状制御 / 表面原子配列 / 配位数 / 電子状態

研究開始時の研究の概要

現代の技術社会を支える材料は、高分子、金属、セラミックスに大別することができる。この中で、金属は、優れた熱伝導性、電気伝導性、触媒作用を有する事が特長であるが、標準環境温度圧力（SATP）付近で固体状態にあり、加工しづらい欠点がある。この研究では、SATP付近で、わずかな環境の変化によって融解する特殊な金属ナノ結晶の性質を明らかにする。

研究実績の概要

研究の目的と研究実施計画に沿って、前年度に引き続き、今年度も溶媒中における有機分子と金属ナノ結晶の特性について調べた。核生成させた後、段階的に核成長させて合成した、単分散な金属ナノ結晶において、平均粒径によって、金属と有機分子の結合と解離のしやすさが大きく変化することを定量的に明らかにした。また、異なる合成温度で作製した金属ナノ結晶において、平均粒径がほぼ一定の条件にも関わらず、合成温度によって、結合と解離のしやすさは、同様に、大きく変化することが観察された。これらの結果から、金属ナノ結晶の表面に露出している金属原子の配列によって、分子の結合の安定性が決定づけられると考えられた。実験で得られた結合と解離のしやすさを特徴付けるパラメータの値は、過去の研究で報告された平滑な金属に作用する有機分子の場合と比べて、大きく異なる値を示し、本研究で着目している反応系においては、結合が不安定で、有機分子が金属ナノ結晶から外れやすいことが定量的に示された。その特性に基づいて、合理的な金属ナノ結晶の利用方法も検討した。具体的に、その独自の特性を活用し、合理的な方法で有機分子を金属ナノ結晶から外すと、室温付近でも、金属ナノ結晶は不安定化し、結晶は粗大化して、連結した金属の構造体へと発達させることができた。一般に、有機分子が表面に結合している状態では、金属ナノ結晶の間の電子移動は大きく抑制されるため、金属ナノ結晶の多層膜は絶縁体に近い電気伝導率を示す。それに対して、連結した構造（形態）に発達させた金属は、本来の金属に近い、高い電気伝導率を示すことが確認された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究実施計画の通り、順調に進んでいるため。

今後の研究の推進方策

目的とする金属ナノ結晶の性質について引き続き詳しく調べていく。

研究成果

• [国際共同研究] BUTE(ハンガリー)
• [国際共同研究] Mahatma Gandhi Central University,(インド)
• [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)
• [国際共同研究] ブダペスト工科経済大学(ハンガリー)
• [国際共同研究] BUTE(ハンガリー)
• [雑誌論文] Synergistic Effect of Nickel and Cobalt in Nanowire Array for High Energy Storage with Rapid Charge Transfer in Asymmetric Supercapacitor (2023)
  • 著者名/発表者名: Pandey Ravi Ranjan、Kashyap Yashvant、Andola Anshu、Nakanishi Hideyuki、Pandey Rakesh K.
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: 8 号: 29
  • DOI: 10.1002/slct.202302042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oppositely Charged Nanoparticles Precipitate Not Only at the Point of Overall Electroneutrality (2023)
  • 著者名/発表者名: Itatani Masaki、Hollo Gabor、Zambo Daniel、Nakanishi Hideyuki、Deak Andras、Lagzi Istvan
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 14 号: 40 ページ: 9003-9010
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c01857
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Core?Shell Ni/Ni(OH)₂ Nanowire Array for Asymmetric Supercapacitors (2023)
  • 著者名/発表者名: Andola Anshu、Pandey Ravi Ranjan、Kashyap Yashvant、Pandey Himani、Nakanishi Hideyuki、Pandey Rakesh K.
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 7 号: 2 ページ: 1701-1712
  • DOI: 10.1021/acsanm.3c04816
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Situ Observation of Perovskite Quantum Dots Driven by Photopolymerization Controlled Using a Digital Micromirror Device (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hayato、Lagzi Istv?n、Nakanishi Hideyuki
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 12 号: 5 ページ: 2302574-2302574
  • DOI: 10.1002/adom.202302574
  • 国際共著
• [雑誌論文] Patterning Perovskite Quantum Dots Using Photopolymerization (2023)
  • 著者名/発表者名: Morinaga Mamoru、Iwaki Takuto、Tanaka Hayato、Lagzi Istv?n、Nakanishi Hideyuki
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 15 号: 13 ページ: 17152-17162
  • DOI: 10.1021/acsami.2c23162
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Self-assembly of graphene oxide flakes for smart and multifunctional coating with reversible formation of wrinkling patterns (2022)
  • 著者名/発表者名: Su Xinran、Pandey Rakesh K.、Ma Junhao、Lim Wei Chun、Ao Chi Kit、Liu Changhui、Nakanishi Hideyuki、Soh Siowling
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 18 号: 18 ページ: 3546-3556
  • DOI: 10.1039/d1sm01834e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glycocalyx Components Detune the Cellular Uptake of Gold Nanoparticles in a Size- and Charge-Dependent Manner (2022)
  • 著者名/発表者名: Peter Beatrix、Kanyo Nicolett、Kovacs Kinga Dora、Kov?cs Viktor、Szekacs Inna、P?cz B?la、Moln?r Kinga、Nakanishi Hideyuki、Lagzi Istvan、Horvath Robert
  • 雑誌名: ACS Applied Bio Materials 巻: 6 号: 1 ページ: 64-73
  • DOI: 10.1021/acsabm.2c00595
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Metastable nanoporous palladium evolving from palladium nanocrystals (2021)
  • 著者名/発表者名: Teraji, S., Samitsu, S., Tran-Cong-Miyata, Q., Norisuye, T. & Nakanishi, H.
  • 雑誌名: ChemNanoMat 巻: 7 号: 10 ページ: 1099-1103
  • DOI: 10.1002/cnma.202100299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of non-autonomous pH oscillators and the existence of chemical beat phenomenon in a neutralization reaction (2021)
  • 著者名/発表者名: Lawson, H. S., Hollo, G., Nemet, N., Teraji, S., Nakanishi, H., Horvath, R. & Lagzi, I.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 11 号: 1 ページ: 11011-11011
  • DOI: 10.1038/s41598-021-90301-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Patterning silver nanowires by inducing transient concentration gradients in reaction mixtures (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, H., Morinaga, M., Tran-Cong-Miyata, Q., Norisuye, T., Hollo, G., Lagzi, I. & Nakanishi, H.
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 13 号: 50 ページ: 60462-60470
  • DOI: 10.1021/acsami.1c19433
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Patterning Nanocrystals Using Photopolymerization (2024)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Nakanishi
  • 学会等名: Japanese-Hungarian Workshop on Nonlinear Dynamics in Colloids and Interface Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] デジタルマイクロミラーデバイスを利用したペロブスカイト量子ドットのパターニング (2024)
  • 著者名/発表者名: 中西英行
  • 学会等名: 第7回 NEXT高分子（関西）交流会
• [学会発表] Patterning Perovskite Quantum Dots Using Photopolymerization (2024)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Nakanishi
  • 学会等名: International Conference on Recent Trends in Chemical Sciences (RTCS-2024)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子を利用した導電性高分子の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小島渚, 中西英行
  • 学会等名: 第72回高分子学会年次大会
• [学会発表] 銀ナノ粒子の構造発展の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新屋敷大志, 中西英行
  • 学会等名: 第72回高分子学会年次大会
• [学会発表] パターン光照射によるペロブスカイト量子ドットのパターニング (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩城卓利, 森永守, 森脇光滝, 中西英行
  • 学会等名: 第72回高分子学会年次大会
• [学会発表] 光重合によるナノ結晶のパターニング (2023)
  • 著者名/発表者名: 森永守, 船曳貴夫, 田中敬人, 中西英行
  • 学会等名: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [学会発表] 内部に金属を組み込んだ伸縮性導体の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福井康平, 綾井康平, 中西英行
  • 学会等名: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [学会発表] 室温で融解する金属ナノ結晶の特性解析とポリマー材料への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 射場亮, 水口帆乃香, 中西英行
  • 学会等名: 第32回ポリマー材料フォーラム
• [学会発表] 無機/金属複合系高分子材料の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中西英行
  • 学会等名: 第166回ニューガラス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 光を用いたペロブスカイト量子ドットのパターニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 森永守、岩城卓利、中西英行
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] 熱力学的駆動力を利用したペロブスカイト量子ドットのパターニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩城卓利、森永守、中西英行
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
• [学会発表] 金属ナノ粒子をパターニングしたポリマーフィルムの作製 (2021)
  • 著者名/発表者名: 船曳貴夫・森永守・則末智久・中西英行
  • 学会等名: 第70回高分子討論会
• [学会発表] 光重合反応によるペロブスカイト量子ドットのパターニング (2021)
  • 著者名/発表者名: 森永守・船曳貴夫・則末智久・中西英行
  • 学会等名: 第70回高分子討論会