放射線によるナノ粒子材料創成のその場観察と機能材料の実用化

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02342
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山本 孝夫 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00174798)
• 研究分担者: 中川 貴 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70273589) ; 清野 智史 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90432517) ; 仁谷 浩明 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (20554603) ; 堀 史説 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20275291) ; 水越 克彰 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (60342523) ; 秋田 知樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域 電池技術研究部門 ナノ材料科学研究グループ, 研究グループ長 (80356344) ; 田中 真悟 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域 電池技術研究部門 ナノ材料科学研究グループ, 主任研究員 (50357448) ; 久貝 潤一郎 神戸市立工業高等専門学校, 応用化学科, 准教授 (80617134)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ナノ粒子 / 放射線 / 構造・機能解析

研究実績の概要

ナノ粒子材料の創製には、これまでの蓄積を活かして、協力企業に設置された加速器電子線（4.8MeV、10mA）と阪大のCo60γ線照射施設を利用した。貴金属ナノ粒子触媒の関連では、既に着手していたPtSn、PtRu、PtCuの二元系の研究を展開し、新たにPtRhの系にも着手した。粒子構造解析には、放射光を利用したXAFSと収差補正TEMを併用して、UPD法と照射を組み合わせた粒径制御したPtPd系の詳細な観察と、構造とPEFCの陰極触媒活性の相関を抽出した。本予算によりXRDは装置を更新した。これまで蓄積されてきたデータを整理し、酸化物共存・コアシェル・合金といった多様な構造の出現の支配要因を探った結果、酸化還元電位、酸化物生成自由エネルギー、二元系合金状態図の形態などを抽出し、想定される二元系ナノ粒子の生成化学反応の創成モデルの検討を開始した。PtCu系の合成時の添加剤と得られる二元構造との相関を実験的に見出したので、これを説明するモデルを案出しこれを計算化学的手法で検証するアプローチを開始した。銀担持による衛生繊維材料の合成と抗菌などの機能評価の実験を進め、抗菌性の発現の原因となる銀のナノ構造や化学形の調査をSEMやXAFS法をそれぞれ用いて調べる実験を立ち上げた。大腸菌のSEM観察も開始した。

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

XAFSのin-situ観察系を立ち上げる予定であったが、システム検討の段階に止まり、試作や実験の段階に至らなかった。しかし、二元系粒子の合成制御と触媒活性との相関については進捗が著しい。特にUPD(Under Potential Deposition)法を新たに導入し照射合成法と組合せた新たな合成ルートを開拓した。表面にPtの単原子層を持ち内部がPdであるコアシェル構造を保ちながら、粒子径が連続的に変化する試料セットを調製できた。これは特筆すべきである。
また、銀担持繊維の抗菌性能との比較対照とするためのデータとして、銀添加の有無の両条件での大腸菌の形態を、生体観察用の前処理を施してSEM撮影する試みを開始した。初歩的な観察結果を収集しつつある。また、繊維に担持した銀のXANESスペクトルから化学系を探る初歩的実験を開始し、意義あるデータが得られる見通しが付いた。

今後の研究の推進方策

初年度に開始した予備的な、新たな試料調製ルート、計算化学的検証、銀と大腸菌の存在形態の観察技術、をそれぞれ既存の知見や技術とくみあわせて発展させる。システムの検討に止まっているいｉn-situ観察系は試作の段階に進める。

研究成果

• [雑誌論文] Radiolytic preparation of thin Au film directly on resin substrate using high-energy electron beam (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Ohkubo, Satoshi Seino, Takashi Nakagawa, Junichiro Kugai, Koji Ueno, Takao A Yamamoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 604 ページ: 63-68
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2016.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of organic stabilizers on Pt-Cu nanoparticle structure in liquid-phase syntheses:Control of crystal growth and copper reoxidation (2016)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Kugai, Emiko Dodo, Satoshi Seino, Takashi Nakagawa Tomohisa Okazaki,, Takao A Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Nanoparticle Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s11051-016-3367-4
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of pH on performance of sodium phosphinate for decreasing the particle size (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Ohkubo, Satoshi Seino, Takashi Nakagawa, Koji Ueno, and Takao A. Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Experimental Nanoscience 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1080/17458080.2015.1136848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of pH on Nanoparticle Structure in Radiochemical Synthesis of PtCu Alloy Supported on γ-Fe2O3 and Carbon (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Okazaki, Satoshi Seino, Junichiro Kugai, Yuji Ohkubo, Takashi Nakagawa, and Takao A.Yamamoto
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1557/adv.2016.30
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Antiviral Activity of Silver Nanoparticles Immobilized onto Textile Fabrics Synthesized by Radiochemical Process (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Seino, Yasuo Imoto, Tomoya Kosaka, Tomoki Nishida, Takashi Nakagawa, Takao A. Yamamoto
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1557/adv.2016.43
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of carbon-supported PtRh random alloy nanoparticles using electron beam irradiation reduction method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Matsuura, Satoshi Seino, Tomohisa, Okazaki,Tomoki Akita, Takashi Nakagawa, Takao A. Yamamoto
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 122 ページ: 9-14
  • DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.01.005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mass production of highly loaded and highly dispersed PtRu/C catalysts for methanol oxidation using an electron-beam irradiation reduction method (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Ohkubo, Satoru Kageyama, Satoshi Seino, Takashi Nakagawa, Junichiro Kugai, Koji Ueno, and Takao A. Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Experimental Nanoscience, 巻: 11 ページ: 123-137
  • DOI: 10.1080/17458080.2015.1031197
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-step synthesis of graphene-Pt nanocomposites by gamma-ray irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Tokai, K. Okitsu, F. Hori, Y. Mizukoshi and A. Iwase
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 123 ページ: 68-72
  • DOI: 0.1016/j.radphyschem.2016.02.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiochemical synthesis of silver nanoparticles onto textile fabrics and their antibacterial activity (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Seino, Yasuo Imoto, Daijiro Kitagawa, Yoshiki Kubo, Tomoya Kosaka, Takao Kojima, Hiroaki Nitani, Takashi Nakagawa & Takao A. Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Science and Technology 巻: 2015 ページ: 1
  • DOI: 10.1080/00223131.2015.1087890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of reduction enhancer on a radiolytic synthesis of carbon-supported Pt-Cu nanoparticles and their structural and electrochemical properties (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Kugai, Chihiro Kubota, Tomohisa Okazaki, Satoshi Seino, Takashi Nakagawa, Hiroaki Nitani, Takao A Yamamoto
  • 雑誌名: Journal of Nanoparticle Research 巻: 17(239) ページ: 14
  • DOI: 10.1007/s11051-015-3048-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supporting of pristine TiO2 with noble metals to enhance the oxidation and mineralization of paracetamol by sonolysis and sonophotolysis (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Ziylan Yavas, Y. Mizukoshi, Y. Maeda and N. H. Ince
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 172-173 ページ: 7-17
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.02.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen Fixation in an Aqueous Solution by a Novel Flow Plasma System (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukoshi, R. Katagiri, H. Horibe, S. Hatanaka, M. Asano and Y. Nishimura
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44(4) ページ: 495-496
  • DOI: 10.1246/cl.141174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of metal nanoparticles under the gamma-ray irradiation field (2015)
  • 著者名/発表者名: F.Hori, T.Hori, A.Tohkai, H.Nakanishi, A.Iwase, M.Sakamoto
  • 雑誌名: KURRI Progress Report 巻: 2014 ページ: 98
• [雑誌論文] Kinetic characteristics of oxygen-enhanced water gas shift on CeO2-supported Pt-Cu and Pd-Cu bimetallic catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichiro Kugai，Elise B. Fox，Chunshan Song
  • 雑誌名: Applied Catalysis A:General 巻: 497 ページ: 31-41
  • DOI: 10.1016/j.apcata.2015.02.033
  • 査読あり
• [学会発表] 液相還元法を用いて合成したPt-Cu合金触媒のメタノール酸化活性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉祐作，久貝潤一郎
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2016-03-29 – 2016-03-31
• [学会発表] Radiochemical synthesis of Ag nanoparticles and their antimicrobial effeciency (2016)
  • 著者名/発表者名: SEINO, Satoshi; IMOTO, Yasuo; KOSAKA, Tomoya; JONOUCHI, Masayuki; NISHIDA, Tomoki; NAKAGAWA, Takashi; YAMAMOTO, Takao A
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] 光触媒を用いた水溶液からの水素発生おける犠牲剤分子内OH基の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仲西 穂高、水越 克彰、興津 健二、堀 史説、岩瀬 彰宏、正橋 直哉
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] 各種励起場を利用した貴金属ナノ粒子担持グラフェンの合成と触媒活性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東海 旭宏、興津 健二、堀 史説、水越 克彰、西村 芳実、堀部 博志、岩瀬 彰宏
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] 電子線還元法によるPtM/Cナノ粒子 (M = Rh、Ru、Cu、Sn)の合成と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡崎倫久、清野智史、大久保雄司、久貝潤一郎、中川貴、山本孝夫
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期(第158回)大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23 – 2016-03-25
• [学会発表] γ線照射還元での銅ナノ粒子合成における異種元素添加による安定化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀 史説、堀達朗、田中元彬、岩瀬彰宏、阪本雅昭、秋田知樹、田口 昇
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23 – 2016-03-25
• [学会発表] セミマイクロXAFSビームラインBL-15A1の整備状況 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仁谷浩明、武市泰男、松岡亜衣、小山篤、五十嵐教之、清水伸隆、木村正雄
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ2015・第33回PFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-16
• [学会発表] 硬X線XAFSビームラインの近況 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仁谷浩明、丹羽尉博、武市泰男、阿部仁、木村正雄
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ2015・第33回PFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-16
• [学会発表] ガンマ線およびプラズマによるグラフェン-パラジウムナノコンポジットの合成と触媒活性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東海 旭宏、興津 健二、堀 史説、水越 克彰、西村 芳実、堀部 博志、岩瀬 彰宏
  • 学会等名: 化学工学会 第81年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] ソリューションプラズマを用いた金属電極を発生源とする水中でのナノ粒子の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仲西 穂高、石橋 卓憲、堀部 博志、西村 芳実、秋田 知樹、田口 昇、水越 克彰、興津 健二、堀 史説、岩瀬 彰宏、正橋 直哉
  • 学会等名: 化学工学会 第81年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-15
• [学会発表] γ線照射によるグラフェン-Ptナノコンポジットの合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東海旭宏、仲西穂高、田中元彬、水越克彰、興津健二、阪本雅昭、堀史説
  • 学会等名: 第50回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所
  • 年月日: 2016-01-27
• [学会発表] γ線照射還元法によるCu2元系合金ナノ微粒子の作成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中元彬、岩瀬彰宏、田口 昇、秋田知樹、阪本雅昭、堀 史説
  • 学会等名: 材料物性工学談話会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-01-27
• [学会発表] PF BL15A1におけるセミマイクロビームXAFS/XRF/XRD複合測定システムの開発状況 (2016)
  • 著者名/発表者名: 仁谷浩明、武市泰男、松岡亜衣、小山篤、五十嵐教之、清水伸隆、木村正雄
  • 学会等名: 第29回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 柏の葉カンファレンスセンター
  • 年月日: 2016-01-09 – 2016-01-11
• [学会発表] Photocatalytic hydrogen evolution from glycerol aqueous solution (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukoshi, H. Nakanishi, F. Hori, K. Okitsu, A. Iwase, Y. Maeda, N. Masahashi
  • 学会等名: 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societie
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化鉄中空微粒子の内部に金ナノ粒子を担持する手法の開発と特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菅 健斗、清野智史、中川 貴、山本孝夫
  • 学会等名: IEEE関西四国磁性研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] 超音波およびγ線照射還元法を用いたPtナノ粒子担持グラフェンの合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東海旭宏、興津健二、堀 史説、水越克彰、岩瀬彰宏
  • 学会等名: 第２４回ソノケミストリー討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2015-10-23 – 2015-10-24
• [学会発表] グリセリン水溶液の光触媒改質における超音波照射効果の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 仲西穂高、水越克彰、興津健二、堀 史説、岩瀬彰宏、正橋直哉
  • 学会等名: 第２４回ソノケミストリー討論会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2015-10-23 – 2015-10-24
• [学会発表] EXAFS解析によるナノ粒子の構造評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中川 貴、仁谷 浩明、清野 智史、山本 孝夫
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [学会発表] 固体高分子形燃料電池用カソード触媒に向けた PdコアPtシェルナノ粒子の作製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 草分剛瑠、 岡崎倫久、 清野智史、 中川貴、 山本孝夫
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [学会発表] 放射線還元法によるカーボン担持PtRh合金粒子の合成と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松浦祥之、岡崎倫久、清野智史、中川貴、山本孝夫
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [学会発表] 放射線還元法におけるPtCu原料イオン状態のナノ粒子構造への影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡崎倫久、 久貝潤一郎、 大竹宏明、 松浦祥之、 清野智史、 中川貴、 山本孝夫
  • 学会等名: 日本金属学会2015年秋季講演大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [学会発表] 多価アルコール燃料の酸化挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久貝潤一郎, 清野智史, 中川貴, 山本孝夫
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学
  • 年月日: 2015-09-11 – 2015-09-12
• [学会発表] 工業用電子線照射施設を利用した機能ナノ材料の創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本孝夫、中川 貴、清野智史、岡崎倫久、上野浩二
  • 学会等名: 日本原子力学会2015年秋の大会
  • 発表場所: 静岡大学
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] 電子線還元法によるPtRu/Cナノ粒子合成におけるカーボン担体の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大竹宏明、岡崎倫久、清野智史、中川 貴、仁谷浩明、山本孝夫
  • 学会等名: XAFS夏の学校2015
  • 発表場所: 八王子セミナーハウス
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-09
• [学会発表] 電子線還元法を用いたPtRh合金ナノ粒子のXAFS解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡崎倫久、 松浦祥之、 清野智史、 中川貴、 仁谷浩明、 山本孝夫
  • 学会等名: XAFS夏の学校2015
  • 発表場所: 八王子セミナーハウス
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-09
• [学会発表] 内部に金ナノ粒子を担持した中空酸化鉄微粒子の合成とその評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菅健斗, 清野 智史, 中川 貴，山本 孝夫
  • 学会等名: 第39回磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-09-06 – 2018-09-08
• [学会発表] PF BL15A1セミマイクロビームXAFS/XRD実験ステーションの現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 仁谷浩明、武市泰男、五十嵐教之
  • 学会等名: 第18回XAFS討論会
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 年月日: 2015-07-29 – 2015-07-31
• [学会発表] ナノ粒子のライフサイエンスおよび医学分野への利用に向けて (2015)
  • 著者名/発表者名: 中川 貴
  • 学会等名: 第52回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-07-06 – 2015-07-08
• [学会発表] 磁性ナノ粒子のバイオ・医療への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中川 貴
  • 学会等名: 第52回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-07-06 – 2015-07-06
  • 招待講演
• [学会発表] γ線照射を用いたグラフェンの表面改質およびPtナノ粒子との複合化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東海旭宏、興津健二、堀 史説、水越克彰、岩瀬彰宏
  • 学会等名: ナノ学会第１３回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-13
• [学会発表] 金属ナノ粒子担持TiO2光触媒を用いたグリセリン水溶液改質による水素生成機構の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 仲西穂高、水越克彰、興津健二、堀 史説、岩瀬彰宏、正橋直哉、岩瀬彰宏
  • 学会等名: ナノ学会第１３回大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-13
• [備考] 科研費Gr活動
  • URL: http://www.mit.eng.osaka-u.ac.jp/mt2/html/kenkyu/activity.html