金属含有ガラスを原料とした環境にやさしい金属ナノ粒子合成系の粒径制御に関する検討

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17892
• 研究機関: 富山高等専門学校
• 研究代表者: 森 康貴 富山高等専門学校, 物質化学工学科, 助教 (90734294)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 銀ナノ粒子 / 粒径制御 / 反応速度 / 自己触媒反応

研究実績の概要

本研究の目的は、有害物質の使用及び排出を伴わずに容易な粒径制御ができる銀ナノ粒子合成系において、粒子生成反応を詳細に検討し、その粒子生成・成長プロセスの解明を目指すものである。本系における銀ナノ粒子の合成は、銀含有ガラス粉末（市販品）をグルコース水溶液中に分散させ、これを加熱することで実施する。平成２７年度では、銀含有ガラス粉末及びグルコース水溶液を用いた銀ナノ粒子合成系について、ナノ粒子の生成速度を反応温度及び原料濃度をパラメータとして評価し、生成する銀ナノ粒子の粒径との相関を検討した。従来の反応条件では加圧滅菌装置を用いて高圧下にて加熱を行うため、反応溶液を経時的に分取して反応速度を評価することは困難であったが、常圧・１００℃以下においても反応が進行することが確認できたため、反応溶液をブロックバスにて加熱し、紫外可視光スペクトルを経時的に測定することにより反応速度を評価した。
銀ナノ粒子の生成量を示す波長400nmにおける吸光度は、検討したいずれの温度（80~95℃）及びグルコース濃度（0.5~4wt%）においても、反応初期～中期において時間とともに下に凸の曲線を描きつつ増加し、反応後期において飽和した。このことより、銀含有ガラス系の銀ナノ粒子の生成反応は、従来の硝酸銀水溶液の還元による生成反応と異なり、自己触媒的であることが示唆された。このことより、銀ナノ粒子の原料となる銀イオンは反応系中に均一には拡散しておらず、銀含有ガラスの内部またはその近傍にて銀ナノ粒子の生成反応が進行していることが推察される。
また、生成される銀ナノ粒子の透過型電子顕微鏡像はいずれの反応条件においても球状であり、その粒径についてはグルコース濃度の増加とともに増大する傾向が観察された一方で、温度及び銀含有ガラスの濃度に関しての相関はみられなかった。

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

当初の計画のとおり、市販品の銀含有ガラスを用いた銀ナノ粒子生成反応に関する実験系の構築及びデータ収集は順調に進行している。その一方で、本系における銀ナノ粒子の生成は銀含有ガラスの内部またはその近傍にて進行していることが推察され、本系における銀ナノ粒子の生成・成長プロセスを解明するためには、反応系中における銀含有ガラスの状態について検討する必要があり、組成が固定された市販品のみの分析では不足であると考えられる。

今後の研究の推進方策

平成２８年度においては、様々な組成を有する銀含有ガラスの合成と、それを用いた銀ナノ粒子の合成反応に関する解析を行い、銀含有ガラスの組成及び反応系中における銀含有ガラスの状態が銀ナノ粒子の生成反応に与える影響について検討する。また、銀含有ガラス内部または近傍において進行する化学反応について評価する方法を検討する。その後は研究の進捗状況が順調である場合には、銀以外の金属ナノ粒子についても当該金属含有ガラス系にて合成を検討する。