金ナノ粒子結晶の物性

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440212
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 木村 啓作 姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70106160)
• 研究分担者: 佐藤 井一 姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90326299) ; 八尾 浩史 姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20261282)
• キーワード: 金ナノ粒子 / 粒子結晶 / 自己集積単分子膜 / 反射スペクトル / トンネル顕微鏡 / メルカプトコハク酸

研究概要

これまで行われてきた単なるナノ粒子の集積体の研究から、ナノの周期性を有するナノ結晶、更に1粒子の量子サイズ効果を意識した量子サイズ効果状態にある粒子からなる粒子結晶の形成、そして結晶自体の量子性を強く意識したナノ量子結晶の形成を目指した研究を行った。
1)金ナノ超微粒子のコロイド化学的な大量合成法の開発 メルカプトコハク酸存在下における各種、金属塩の水溶液中におけるNaBH4還元剤による大量合成法(0.1〜1g量)の確立。
2)金ナノ粒子結晶の効率的な作成 DLVO理論に基づく気液界面でのfree standing結晶作製法の開発を行った。従来、他グループが行っていたカーボン膜上に溶媒蒸発に伴い結晶を成長させる方法に比較し歪みが少ない、ナノ粒子が気液界面に移動する事によりサイズ選別が同時に行えるという利点を利用し、サイズ分布幅が15%程度の単分散性の良くない試料でもきれいな結晶を得る事ができるようになった。
3)金ナノ粒子結晶の光学スペクトル 金ナノ粒子を結晶とする事により、粒子間の相互作用のないコロイド分散液にも、また分散液を蒸発させて得たアモルファス状の固体試料にも存在しない線幅の鋭い新しい吸収帯が表面プラズマ振動吸収帯(520nm)の低エネルギー側に出現した。
4)金ナノ粒子結晶のSTM測定 金ナノ粒子結晶のSTM測定を行った。国内学会(コロイド討論会、分子構造討論会、物理学会、応用物理学会)および国際会議(NEPTIS10、大阪)で報告した。
5)金ナノ粒子結晶の構造評価 ナノ粒子の量産の成功により良質な結晶が得られ、XRDおよびTED法を併用する事により、格子定数が決められた。ナノ粒子結晶において一般的なfccではなく、hcpとなっている事'が分かった。また結晶中でのナノ粒子のパッキング状態についてもモデルを提案した。
6)化学変調された修飾子を持つナノ粒子の作製と結晶化 MSAはジカルボン酸でありエステル化反応など各種反応により新しい化学種に変換が可能である。また他の水素結合性の残基を有する化合物と結合させる事により粒子の単分子表面を更に修飾する事ができる。ピリジンカルボン酸を混合する事により二次元、三次元の超格子をミクロンスケールで作成する事ができた。

研究成果

• [文献書誌] J.Tominaga, S.Sato, H.Yao, K.Kimura: "Esterification of Surface Modified Silver Nanoparticles with n-Butanol"Chem.Lett.. 526-527 (2002)
• [文献書誌] K.Kimura, S.Takashima, H.Ohshima: "Molecular Approach to the Surface Potential Estimate of Thiolate-Modified Gold Nanoparticles"J.Phys.Chem.. B106. 7260-7266 (2002)
• [文献書誌] T.Onishi, H.Yao, S.Sato, K.Kimura: "Shape Controls of Electrochemically Prepared Gold Nanorods"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27. 159-161 (2002)
• [文献書誌] H.Yao, O.Momozawa, T.Hamatani, K.Kimura: "Stepwise Size-Selective Extraction of Carboxylate Modified Gold Nanoparticles from an Aqueous Suspension into Toluene with Tetraoctylammonium Cations"Chem.Materials. 13(12). 4692-4697 (2001)
• [文献書誌] S.Chen, H.Yao, K.Kimura: "Reversible Transference of Au Nanoparticles across the Water and Toluene Interface : A Langmuir Type Adsorption Mechanism"Langmuir. 17. 733-739 (2001)
• [文献書誌] K.Kimura, S.Sato, H.Yao: "Particle Crystals of Surface Modified Gold Nanoparticles Grown from Water"Chem.Lett.. 372-373 (2001)
• [文献書誌] K.Kimura: ""Electron Spin Resonance (ESR) Spectroscopy of Colloidal Metal Surfaces and Conduction Electrons", in "Encyclopedia of Surface and Colloid Science""Ed. by Arthur Hubbard, Marcel Dekker, Inc., New York. 5640 (2002)