| 研究課題/領域番号 |
21K12304
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | お茶の水女子大学 |
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研究代表者 |
伊村 くらら お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (60707107)
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| 研究分担者 |
伊村 芳郎 東京理科大学, 工学部工業化学科, 准教授 (70756288)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 界面活性剤 / ナノ結晶 / 貴金属 / ゲル / 抽出 / 循環利用 / 再利用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
非球状形態を有する貴金属ナノ結晶は、高機能触媒として注目されている。その一方で、これらは熱力学的に不安定であり、粒子凝集による機能損失リスクが存在する。本研究では、凝集を回避しながら異方形態貴金属ナノ結晶を抽出分離する「界面活性剤ゲル」の構築を行う。貴金属への高い親和性をもつ界面活性剤を分子膜から段階的に組み上げることで、ナノ結晶の形態に見合う三次元ゲル空間を自在かつ精確に構築する手法を確立する。
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| 研究実績の概要 |
優れた触媒性能を生み出す貴金属ナノ結晶は、機能性材料として広く注目されている。特に、穏和な条件で高効率な化学反応をもたらす高機能ナノ触媒の開発は、近年の重要な課題である。また同時に、希少資源を含むナノ結晶を再利用する技術の確立も望まれている。一方で、機能面に大きな影響をおよぼす形態やサイズを保つには粒子凝集を回避する必要があり、ナノ結晶形態を保持したままでの再利用が理想的である。本研究課題では、ナノ結晶の表面保護剤として界面活性剤を用い、そのゲルを媒体としたナノ結晶抽出とその効率向上を試みている。これまでに、外部条件をさまざまに変化させて界面活性剤のゲル形成能とその分子集積構造を評価してきた。
ナノ結晶を抽出して保持するには、抽出媒体となるゲルの膨潤性を高め、その構造を安定に保つ必要がある。そこで令和4年度には、界面活性剤ゲルの分子集積構造を最適化するため、新たに複合ゲルの形成を試みた。異なる炭化水素鎖長の界面活性剤を混合するとゲル中のラメラ面間隔が拡がり、これが長時間にわたって維持されることを見出した。さらに、この分子集積型の界面活性剤ゲルをより効率的に構築するため、分子膜形成の起点を整える足場として、金属酸化物との複合を行った。アルミナといった金属酸化物微粒子を担体としながら、界面活性剤ゲルを段階的に成長させたところ、分子集積構造の経時安定性が高まることが示された。担体との複合条件が界面活性剤ゲルの分子集積構造におよぼす影響を明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
現在までに、ナノ結晶抽出にむけた、界面活性剤ゲル内部の分子集積構造の最適化を達成した。金属酸化物微粒子を導入することで得られる界面活性剤の会合体について、種々の外部条件に基づいて検討を行い、その構造と特性を明らかにしている。特に、ゲル構造の経時間安定性を導くことで、ゲルの膨潤性といった性質の制御をもたらすことに成功したのは重要である。抽出したナノ結晶を保持するゲルの性状を制御することは、次年度以降のナノ結晶の再分散と再利用において大きな影響をおよぼすと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度では、これまでの研究で得た複合ゲルを用い、貴金属ナノ結晶の抽出回収を行う。抽出媒体となる界面活性剤ゲルがよく膨潤し、かつこの構造が安定に保たれる条件において、より効果的なナノ粒子抽出が達成されると考えている。これまでの研究経過で得られた知見より、金属酸化物微粒子との複合ゲルを用いて、貴金属ナノ粒子の高効率な抽出と長期保持を目指す。
ゲル抽出を経て回収した貴金属ナノ結晶を再び液中に分散し、再分散後の結晶形態とゲル構造の相関を調べ、粒子凝集を引き起こさない抽出法を確立する。さらに、本回収操作がナノ結晶の触媒機能におよぼす影響を検証する。これらを通じて触媒として再利用した場合の性能を評価し、界面活性剤複合ゲルの三次元構造制御によるナノ結晶再利用手法としての確立を目指す。
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