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本研究は、超濃厚系における精密にサイズ制御された単分散金属ナノ粒子合成法の開発を目指すものである。初年度である本年度は、微粒子合成に関する知見の蓄積が多いα-オキシ水酸化鉄(ゲーサイト)およびγ-オキシ水酸化鉄(レピドクロサイト)、マグネタイト等の鉄系の材料をターゲットとした。本研究では、合成系の濃厚化を達成するために粒子前駆体に固体を用いることが特徴のひとつであるが、酸化鉄系においては中間酸化生成物であるgreen rustを出発物質として用いた。
本年度は、以下の技術要素の開発・研究を行った。
(1)微粒子構造制御法の確立:酸化機構について、酸化反応および生成物の構造に対する、酸素分圧、pH、酸化還元電位、共存イオンの影響を反応速度論的見地から系統的に検討した。精密な酸素分圧制御下でgreen rustを酸化した場合、分圧が低い場合にはゲーサイトのみが、分圧が高いほど反応速度は速く、また、レピドクロサイトの生成が促進された。アニオンのナトリウム塩を添加した場合、酸素供給の条件が同じでも、存在しない場合に比べて全反応速度が速くなった。一方、アニオンを添加した場合でも、酸素分圧が極めて低い場合には、γ-オキシ水酸化鉄はほとんど生成しないことから、アニオンの存在は、直接的にレピドクロサイトの生成を促進するものではないことが分かった。アニオンの影響は、Fe(II)からFe(III)への酸化および結晶化の過程においては、反応を促進する形で発現していることを示しており、最終的に生成するオキシ水酸化鉄の構造は、酸化反応速度により強く依存し、これらの制御により生成物の構造を制御できる可能性を示した。
(2)新たな鉄系微粒子合成系の構築:(1)の知見を基に、固体を出発物質とした液相系における微粒子合成法の初期的検討を行い、比較的粒度分布の狭いマグネタイト粒子が得られた。
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