| 研究課題/領域番号 |
22K05034
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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32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
西山 嘉男 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (40617487)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 貴金属ナノ粒子 / 生成ダイナミクス / 過渡回折格子法 / プラズモニックナノ粒子 / 界面 / 時間分解分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
サイズや形状に応じて変化する、光をナノメートル領域で増強させるといった、特殊な性質をもつ金や銀（貴金属）のナノ粒子を自在に合成する上で、その生成機構の解明や制御は非常に重要である。本研究では、貴金属ナノ粒子が生成する過程を時間分解分光によってリアルタイムで観測し、それを固体液体間の界面で実現することで、ナノ粒子生成反応の変化を明らかにする。これにより、界面を利用した新しいナノ粒子合成反応につながる知見を得ることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、金属ナノ粒子生成過程の解明とその制御を目指して、バルク溶液とともに
界面での生成ダイナミクスを実時間観測することによって、ナノ粒子生成が反応場の特性に応じてどのように機能するかを明らかにする。
過渡回折格子（TG）法を用いて、バルク水溶液中の銀ナノ粒子生成過程にオキシカルボン酸（グリコール酸、リンゴ酸、クエン酸）が与える効果を検討した。銀ナノ粒子の保護剤として用いられるこれらのオキシカルボン酸は、光還元による反応開始直後に生成する銀二量体カチオンと錯形成することがわかり、錯形成速度はカルボキシル基数に応じて増大（クエン酸＞クエン酸＞グリコール酸）することが明らかとなった。最終的なナノ粒子生成速度もカルボキシル基の数に応じて遅くなることから、錯形成による安定化がナノ粒子の生成速度を決定する重要な要因となることが示された。また、溶融シリカ表面上での銀イオンおよび光還元剤含有水溶液に紫外光照射を行うことで、時間とともに全内部反射光強度の変化が観測され、生成過程を示唆する結果が得られた。
一方、生成した銀ナノ粒子は短時間かつ高いS/N比でTG測定による粒径計測ができることが明らかになり、これを用いてTG法によるサブマイクロメートルサイズのプラスチック粒子のサイズ評価を試みた。銀ナノ粒子修飾のプラスチック微粒子は元の微粒子の粒径を再現する結果が得られ、銀ナノ粒子がマイクロプラスチックの迅速な粒径評価のプローブとなることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
光還元による金属ナノ粒子生成の固液界面計測に関しては、全内部反射光の変化から生成過程を示唆する結果が得られているものの、当初の見込みよりも測定感度が低く、再現性、定量性には一層の感度向上を必要とする。一方で、バルクでの過渡回折格子測定では銀ナノ粒子生成ダイナミクスに与える配位子の効果を明らかにし、界面計測への基礎的な知見は得られつつある。また、銀ナノ粒子がマイクロメートルサイズの微粒子のサイズ評価に適用できる新たな研究展開への可能性も得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
固液界面計測に関しては、貴金属薄膜を蒸着するなど、微小領域を検出するための感度向上につながる対策を実施する。バルクでの過渡回折格子測定ではオキシカルボン酸と同様にナノ粒子の保護剤に利用される高分子が配位子として銀ナノ粒子生成ダイナミクスに与える効果を明らかにする。また、銀ナノ粒子を修飾したマイクロ粒子のサイズ計測に関して適用範囲を明らかにする。
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