| 研究課題/領域番号 |
21H04683
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小西 克明 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (80234798)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| キーワード | 金属クラスター / 界面活性剤 / 自己組織化 / ナノ結晶 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、配位子保護クラスターを単位コンポーネントとして用い、超分子的手法を用いて構造が制御された集積体を構築し、クラスターが単一分子として示す優れた特性を基盤とするユニークな創発的機能を開拓することを目的としている。本年度には特に、外部構造制御剤としてアニオン性界面活性剤を用いた場合に得られるクラスターナノ結晶に関して重点的に検討を行った。
自己組織性をもつドデシル硫酸ナトリウム(SDS)共存下で、カチオン性8核金クラスターを集積化させると100nm程のサイズの球状ミセルが形成され、そこに超音波照射を行うと、同程度のサイズを有する角張った結晶様物質へとナノスケールでの構造転移を起こす。この際、同時に著しい凝集誘起型の発光増大も観察される。本年度は、この超音波によって誘起される構造転移について溶液中のX線散乱を用いて詳細に調べた。その結果、調製直後の球状ミセルはほぼアモルファスのに対して、超音波照射後には明確な結晶性の増大が確認され、SDSシェルの内部でクラスター集合体の結晶化がおこり、結果的にナノサイズの結晶が選択的に形成されることが判明した。種々のコントロール実験から、SDSシェルはクラスターを包含するナノエンベロープとしての役割を担っていると結論した。すなわち、分子集合体としてのフレキシブルな性質のために、内包したクラスターの結晶化に伴うナノレベルのモルフォロジーの変化に容易に対応できるが、クラスターの外部への放出を防止できる程度には十分な頑強性を有しているものと考えられる。また、アニオン性のSDSにかわって中性の界面活性剤を用いた場合、同様のナノ結晶化がおきるが、そのモルフォロジー、発光応答性が著しく異なることを予備的に見出した。
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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
本研究では、金属クラスターがもつ優れた特性に注目し、有機保護配位子・対イオンの自己組織化、金属間相互作用、動的共有結合特性等を活用して、配向・距離が規定されたクラスター組織構造を構築方法論を確立し、複数クラスター間でのシナジー効果によって発現する創発的機能を開拓することを目的としている。本年度は、昨年度までに見出したアニオン性の界面活性剤を外部構造制御剤として用いた場合に得られるナノ結晶構造について詳細な解析を行うとともに、種々のコントロール実験から界面活性剤シェルの役割について重要な知見を得た。予備実験からも今後に展開可能な興味深い知見、成果が得られており、おおむね計画通りに順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに蓄積された知見を基盤として、クラスター集積構造の同定・制御をすすめるとともに、組織化された集積体ならではの特性と相関する創発的機能の開拓を進める。特に、アニオン性界面活性剤を外部構造制御剤として形成させた結晶性クラスター集積体については、同時に顕著な凝集誘起発光の増大を示す。そこでこの発光特性を蛍光寿命、量子収率等の観点から精査し、アモルファス構造と結晶構造の差異、特に組織化された構造をもつ結晶性集積体の発光の起源について構造との相関を確立する。また、予備的に見出されている中性界面活性剤の存在下で形成された異なるサイズ、モルフォロジー、発光特性を有するナノ結晶についても同様に検討し、構造制御剤のナノ結晶構造への影響に関して洞察を深める。一方、配位子間での分子間相互作用を駆動力として生成するクラスターナノ集積構造についても、構造同定を透過型電子顕微鏡、X線散乱を中心に用いて進めるとともに、超分子集積体の形成、解離の制御法を確立し、クラスター固有の光特性情報に転写、変換、出力するシステムの構築を検討する。
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