| 研究課題/領域番号 |
18K04888
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| 研究機関 | 和歌山大学 |
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研究代表者 |
門 晋平 和歌山大学, システム工学部, 助教 (10423253)
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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 | 中空銀ナノシェル / デンドライト状銀ナノ粒子 / 局在表面プラズモン共鳴 |
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| 研究実績の概要 |
前年度までに、中空銀ナノシェルの構造変化の速度論的解析のための時間分解消光スペクトル測定と解析の方法を確立できた。それに基づいて、構造変化の速度論に及ぼす因子として、銀と相互作用することが見込まれるイオンや化合物を添加して、それがナノシェルの生成と構造変化に及ぼす影響を調べた。
反応系に添加するイオンとして、銀塩の溶解度積の小さいハロゲン化物イオンを用い、前年度までのチオシアン酸イオンの結果との比較を試みた。その結果、ハロゲン化物イオンを添加すると、生成するナノシェルの消光スペクトルが顕著に異なり、ある濃度以上の添加ではナノシェルとは特徴が異なるスペクトルが観測された。そして、その影響の度合いと溶解度積との間に相関があることが示唆された。さらに、ハロゲン化物イオンを添加した条件でのナノシェルの生成と構造変化にともなう消光スペクトルの時間変化を調べた。
前年度に見出したデンドライト状(樹枝状)銀ナノ粒子が示すユニークな粒子形状異方性とそれに由来すると考えられる消光スペクトルの顕著なシフトについて、計算機シミュレーションに基づく解釈を試みた。複数の突起を有する計算モデルを構築し、消光スペクトルを計算したところ、モデルの形状異方性に依存して、スペクトルがシフトすることが確認され、実験の消光スペクトルを定性的に再現できた。さらに計算系において、偏光依存性や入射角依存性、近接場について調べた。その結果、デンドライト状銀ナノ粒子は、ナノロッドと同様に突起の先端間の分極に由来する局在表面プラズモン共鳴(LSPR)によって、長波長側の消光ピークを与えることを明らかにした。また、デンドライト状銀ナノ粒子の生成に及ぼす反応因子を引き続き調べるとともに、その時間分解消光スペクトル測定を試み、スペクトルの速度論的解析を試みた。
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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
中空銀ナノシェルの生成と構造変化に対して、粒子そのものがもつ中空ナノ構造と反応系内に存在する化学種が及ぼす影響が明らかになった。ハロゲン化物イオンを添加して反応条件を変えて行った実験では、観測された消光スペクトルを解析することで、チオシアン酸イオンとは別に添加したハロゲン化物イオンがナノシェルの生成と構造変化の両方に対して顕著な影響を及ぼすことがわかった。これらの知見は、中空銀ナノシェルの構造変化の要因の理解とその安定化のための方法の確立にも寄与すると見込まれる。
また、デンドライト状銀ナノ粒子の生成の要因を再検討するとともに、あらたに時間分解スペクトル測定を行うことによって、粒子の生成(つまり、銀ナノ粒子の異方成長)の過程が明らかになってきた。この知見に基づけば、新規な異方成長機構の提案ができると期待される。
次に、粒子構造変化の物理化学的なシミュレーションのモデル構築については、上述の実験結果との対比ができる系を検討するとともに、計算条件にあわせて粗視化した系の確立も検討する必要があると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに得られている中空ナノシェルの生成と構造変化の速度論および影響を及ぼす因子について、それらを説明するためのモデルとメカニズムを明らかにする。近年、報告がいくつかなされている、金属ナノ粒子の構造変化に関する研究を参照しつつ、中空ナノシェルの特徴である空洞(負の曲率を持った表面)の存在に着目してモデルを構築することを試みる。また、これまでの知見をもとに、粒子の構造変化を抑制する因子とその機構について調べる。実験的には、粒子の中空構造をより効果的に安定化するための条件や方法を明らかにすることを試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
想定していなかった実験装置の故障が生じたことにより、計画にずれが生じたため。また、COVID-19の影響による学会キャンセルにともなって旅費等執行において残額が生じたため。
次年度の旅費および論文投稿料等にあてる。
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