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

2019 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: 清野 智史 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90432517) ; 中川 貴 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (70273589) ; 堀 史説 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20275291) ; 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) ; 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, 研究グループ長 (50357448) ; 久貝 潤一郎 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80617134) ; 水越 克彰 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (60342523)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ナノ粒子 / 放射線 / 触媒 / 抗菌

研究実績の概要

放射線を利用したナノ粒子材料の創製を、協力企業に設置された加速器電子線（4.8 MeV、10 mA）もしくは阪大のコバルト60ガンマ線照射施設を用いて実施した。メソポーラス材料を担体とした貴金属触媒ナノ粒子の合成を試みた。ナノメートルオーダーの微細細孔内でも原料金属イオンの還元およびナノ粒子生成が可能であることを実験的に実証した。また、XAFS法を用いて細孔中の金属の化学状態を評価することで、細孔内での金属イオンの還元挙動を評価した。その結果、ナノ細孔中であっても放射線化学的素過程に従って還元反応が進行することが示唆された。また昨年度より開始した樹脂材料を担体とする貴金属ナノ粒子固定化について、その担持機構の検討を行った。XPS解析により、樹脂表面および担持Pdナノ粒子の化学状態解析を行い、樹脂表面にPdが固定化されていることを明らかにした。また出発原料水溶液に添加する還元助剤の濃度により、貴金属ナノ粒子がどのような化学状態で存在するかが異なることも分かった。それらの結果から、放射線照射により、ABS樹脂表面の改質と貴金属イオンの還元反応が同時に進行し、結果として貴金属ナノ粒子担持に至ることが示唆された。放射線法による担体への貴金属ナノ粒子担持において、担体と貴金属との相互作用の存在を実験的に初めて確認した。なお応用の側面からは、ABS樹脂表面にPdナノ粒子を固定化し触媒として作用させることで、エッチング処理を行っていないにもかかわらず、強固な無電解めっき膜が得られており、将来の実用化が期待される。貴金属以外のナノ粒子合成についての検討および応用に関する検討として、燃料電池用非白金触媒として有望なSnやNbといったナノ粒子合成を試みた。放射線の照射条件や原料水溶液組成を適宜調整することで、粒子生成が可能であることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 放射線還元法を用いたメソポーラスシリカを担体とした貴金属ナノ粒子の合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上垣直人、清野智史、藤枝俊、中川貴、久貝潤一郎、山本孝夫
  • 雑誌名: RADIOISOTOPES 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 放射線化学反応を利用したナノ粒子材料のマテリアルデザイン (2020)
  • 著者名/発表者名: 清野智史
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 55 ページ: 27-30
• [雑誌論文] Preparation of noble metal/graphene nanocompositesusing various excited reaction sites in aqueous system (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukoshi, A. Tokai, A. Abulizi, K. Okitsu
  • 雑誌名: Carbon based nanofillers and their rubber nanocomposites : carbon nano-objects 巻: - ページ: 201-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effectsof Sonication on Photocatalytic Reforming of Aqueous Glycerol Solution (2019)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizukoshi
  • 雑誌名: Ultrasonics Sonochemistry 巻: 51 ページ: 182-185
  • 査読あり
• [学会発表] 放射線還元法によりメソポーラスシリカ細孔内で合成したPtナノ粒子の化学状態の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上垣 直人、清野 智史、久貝 潤一郎、藤枝 俊、中川 貴、山本 孝夫
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会(2020)
• [学会発表] 第一原理計算によるPtCu表面への保護分子吸着構造の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中真悟, 久貝潤一郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会 (2020.3.16, 名古屋大学, 口頭発表中止)
• [学会発表] PF BL-15Aにおける二結晶分光器安定化の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 仁谷浩明、武市泰男、松岡亜衣、五十嵐教之
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 電子線還元法によるPdナノ粒子直接固定化法の開発とエッチングフリー無電解めっきへの応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木雄司、清野智史、石黒文康、大久保雄司、藤枝俊、中川貴、山本孝夫
  • 学会等名: 第21回 関西表面技術フォーラム
• [学会発表] Niフリー無電解金めっき法を用いた磁気ハイパーサーミア用発熱体の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野口浩平、清野智史、藤枝俊、中川貴、山本孝夫
  • 学会等名: 第21回 関西表面技術フォーラム
• [学会発表] 金属銀ナノ粒子の表面保護状態と抗菌性能の関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 眞柄智成、清野智史、射本康夫、西田倫希、中嶋絵里、藤枝俊、 中川貴、山本孝夫
  • 学会等名: 日本防菌防黴学会 第46回年次大会
• [学会発表] 電子線還元法で合成した Pd ナノ粒子の無電解めっき触媒への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清野智史，東宏誠，北晃治，永峯伸吾，藤枝俊，中川貴，山本孝夫
  • 学会等名: ナノ学会第17回大会
• [学会発表] 酸化物に担持したPt触媒のナノ構造と酸化活性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 櫛田萌水, 久貝潤一郎
  • 学会等名: 神戸高専産金学官技術フォーラム’19 ポスター発表 (2019年11月 神戸市産業振興センター)
• [学会発表] 照射還元による金属ナノ粒子のワンポッド合成担持における照射線質依存 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀史説、谷真海、水越克彰、徐ギュウ
  • 学会等名: 日本金属学会
• [学会発表] γ線照射還元法を用いた Cu 系合金ナノ粒子合成における添加イオン濃度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内村祐也、山田智子、戸田晋太郎、徐ギュウ、松井利之、堀史説
  • 学会等名: 日本金属学会
• [学会発表] イオン濃度調整によるγ線照射還元Cu系合金ナノ粒子の合成制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内村祐也、戸田晋太郎、山田智子、松井利之、徐ギュウ、堀史説
  • 学会等名: 京大複合原子力研学術講演会