| 研究課題/領域番号 |
20K05267
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
鍋谷 悠 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50457826)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ナノスクロール / ナノシート / アゾベンゼン / 光運動 / チタン酸 / チタンニオブ酸 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、新たな光応答性ナノスクロールの作製と光運動機能の機能発現メカニズム解明を目的とし、ナノシートの表面構造とアゾベンゼン分子のアルキル鎖構造に着目して、チタン酸およびチタンニオブ酸ナノシートとアゾベンゼン誘導体の複合体作製に取り組んだ。
異なる表面構造をもつナノシートとして、酸化チタンを基本構造にもつチタン酸ナノシートに着目した。炭酸セシウムと酸化チタンを焼成して合成した層状チタン酸塩について、硝酸により層間のセシウムイオンとイオン交換した後、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドもしくはプロピルアミンをチタン酸層間へインターカレーションすることによりナノシート状に剥離した。作製したチタン酸ナノシート分散液に多フッ素化アルキルアゾベンゼン誘導体を混合・加熱撹拌したところ、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いた場合では変化がなかったが、プロピルアミンを用いて作製したナノシート分散液ではシート状構造が針状構造に変化することを原子間力顕微鏡により明らかにした。この針状構造は、チタン酸ナノスクロール形成を示していると考えられる。以上のことから、本研究の目的である新規光応答性ナノスクロール作製に成功した。また、内部構造の異なるナノスクロールを作製できたことから、内部構造と光運動機能の関係を議論できるので、非常に意義があると考えられる。
また、チタン酸よりも電荷密度が小さいチタンニオブ酸についても同様に、チタンニオブ酸カリウムを合成し、酸処理を経てプロピルアミンをインターカレーションすることによりチタンニオブ酸のナノシート化が可能であることを見出した。１枚のナノシートとして剥離できればナノスクロール化可能であると考えられ、アゾベンゼンとの複合化を現在検討しており、光運動機能の機能発現メカニズム解明につながると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
初年度の計画としては、チタン酸およびチタンニオブ酸ナノシートを作製し、多フッ素化アルキルアゾベンゼン誘導体との複合化を検討して光応答性のチタン酸ナノスクロールおよびチタンニオブ酸ナノスクロールを作製する予定であった。チタン酸ナノスクロールについては、ナノシート化条件の探索に多くの時間を費やしたものの約40%の収率でナノスクロール化を達成したが、チタンニオブ酸ナノスクロールについては、ナノシートの単層剥離を実現したまでで、ナノスクロール化が現時点で達成できていない。
初年度の状況としては、新型コロナウイルス感染症拡大防止対策により大学内への立ち入りが厳しく制限されていたため、初年度前半のほとんどについて実験活動が実施できなかった。このため、研究計画を一部変更し、文献調査やこれまで測定したデータの解析を中心に進めると共に、実験活動が再開された10月以降は、次年度以降に検討を予定していた異なるアルキル鎖長をもつアゾベンゼン誘導体を用いたナノスクロール作製を前倒しして研究を進めた。異なるアルキル鎖長をもつアゾベンゼン誘導体(炭素数4の誘導体)においてもこれまで検討してきたニオブ酸ナノシートのナノスクロール化が可能であることを見出したが、全体としての進捗状況はやや遅れていると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策として、チタンニオブ酸についてはナノシート化が達成できているので、アゾベンゼン誘導体によるナノスクロール化を進める。また、チタン酸ナノスクロールおよびチタンニオブ酸ナノスクロールについて原子間力顕微鏡を用いて光反応による形態変化解析を順次進めていくことを考えている。
新型コロナウイルス感染症拡大は終息している段階ではないので、今後も影響が続くと予想されるため、異なるアルキル鎖長をもつアゾベンゼン誘導体によるナノスクロール化も並行して効率よく研究を進め、研究の進捗状況により、チタン酸およびチタンニオブ酸のナノスクロールよりも先に、異なるアルキル鎖長をもつアゾベンゼン誘導体によるナノスクロールについて検討を進めるなど、状況を判断して進めていく予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度には、チタン酸ナノスクロールおよびチタンニオブ酸ナノスクロールの作製に用いる試薬や実験器具の経費を計上していたが、新型コロナウイルス感染症拡大防止対策により初年度の4月から9月までは大学内への立ち入りが厳しく制限されていたため、実験活動を十分に推進することができなかった。このため、次年度使用額が生じた。
生じた次年度使用額については、ナノスクロール作製の検討に引き続き使用する予定であり、また、翌年度分として請求した助成金については、当初の計画通り作製したナノスクロールの光反応および原子間力顕微鏡による形態観察に使用する予定である。
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