| 研究課題/領域番号 |
18H02062
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
菅原 義之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50196698)
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| 研究分担者 |
塚原 剛彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (10401126)
井戸田 直和 法政大学, 生命科学部, 講師 (60451796)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | マイクロリアクター / ナノシート / ナノ粒子 / 表面修飾 |
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| 研究実績の概要 |
金属酸化物ナノ粒子や金属酸化物ナノシートなどの金属酸化物ナノ材料は，その大きさが十分小さい場合は，金属酸化物が有する特性に加えて透光性を示すことから，有機高分子を用いた有機－無機ハイブリッド材料のナノフィラーとして広く検討されている．しかし，金属酸化物ナノ材料は凝集してしまうと透光性が失われるため，表面修飾により有機官能基を金属酸化物ナノ材料の表面に固定化し，有機高分子マトリクス中での高分散を達成することが必要となる．そこで本研究では，効率的な金属酸化物ナノ粒子・ナノシートの表面修飾法として，マイクロリアクターを用いた二相流による表面修飾法の開発を目的としている．本年度は，これまで報告されていない液-液二相系による無機ナノシートの表面修飾の条件探索を目的として，ｍLスケールでの液-液二相系を用いて，無機ナノシートの表面修飾を行った．
本年度は，イオン交換性層状ペロブスカイト（HLaNb2O7・xH2O，HLaNb）ナノシートの水分散液とリン酸オレイルを溶解したシクロヘキサンを用い，ガラス容器に液-液二相系を形成させ，界面でのリン酸オレイルによる表面修飾を行った．HLaNbナノシートの水分散液は，テトラブチルアンモニウムイオンを層間に導入した後，超音波を用いた剥離により調製した．二相状態を形成させた後，界面に泡立ちが起きないように水相とシクロヘキサン相をゆっくり撹拌した．最初は水相は白濁し，シクロヘキサン相は透明であったが，徐々に水相は透明となり，シクロヘキサン相は白濁した．シクロヘキサン相の生成物は，ナノシートの表面にリン酸オレイル基が固定化されたものであった．水相のｐHが高いと反応が進行しないことから，ナノシート表面のテトラブチルアンモニウムイオンがプロトンと交換されることにより，反応が進行していることが推定された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
2018年度の成果は，マイクロリアクターにおける二相流による表面修飾をナノシートに適用するための基礎的検討に相当し，この結果からHLaNbナノシートの水分散液ととリン酸オレイルを溶解したシクロヘキサンを用いたマイクロリアクターにおける二相流による表面修飾へ展開する．
ｍLスケールでの液-液二相系は，金属あるいは金属酸化物のナノ粒子の表面修飾には広く応用されてきた．その際，水相にあるナノ粒子が修飾後に有機相に移動する”相間移動“現象が知られている．2018年度の結果は，”相間移動“がナノシートでも起こることを見出しており，同様の現象がマイクロリアクターの二相流でも期待できる．
加えて，2018年度の成果は，新しいナノシートの表面修飾法と考えており，表面修飾技術の発展の観点からも重要な進展であると考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
金属酸化物ナノ粒子については，予備的検討の結果を踏まえ，2019年度はマイクロリアクターを用いた表面修飾の最適条件の探索を予定している．金属酸化物ナノシートについては，2018年度のｍLスケールでの液-液二相系の結果と予備的検討結果を踏まえ，マイクロリアクターを用いた表面修飾の条件探索を予定している．金属酸化物ナノ粒子・ナノシートの表面修飾後，生成物の分析を固体高分解能核磁気共鳴分光分析，赤外分光分析，走査型電子顕微鏡，元素分析等により行い，その結果を作製条件にフィードバックすることにより研究を推進する．
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