超臨界法によるナノ粒子ポリマー創成

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25249108
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 阿尻 雅文 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (60182995)
• 研究分担者: 中山 忠親 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10324849) ; 山口 雅彦 東北大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (30158117) ; 高見 誠一 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40311550) ; 青木 画奈 神戸大学, 自然科学系先端融合研究環重点研究部, 助教 (90332254)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 超臨界 / ナノ結晶 / 有機無機ナノハイブリッド / 酸化セリウム / 水熱合成

研究実績の概要

本年度は、ナノ粒子ポリマーを作成するために必要な表面修飾ナノ粒子の合成を行った。流通式反応装置を用い、高圧ポンプにより蒸留水、硝酸セリウム水溶液と表面修飾剤を送液した。表面修飾剤として両端にアミノ基とカルボキシル基を有する直鎖のアミノ酸を用いた。蒸留水は混合後の温度が反応温度である300 ℃となるように予熱し、Ｔ字部分で原料溶液と混合し、所定の長さの均熱帯を通過後、冷却して回収した。系内の圧力は背圧弁により25 MPaに保った。また、未修飾で合成する場合も同様の操作を行った。回収液は蒸留水で洗浄・遠心分離を行った後、凍結乾燥し固体試料を得た。得られた試料はX線回折、透過型電子顕微鏡、赤外分光法により解析を行った。生成物のXRDパターン測定した結果、全ての条件で酸化セリウムと一致するピークが見られ、表面修飾剤の存在下でも酸化セリウムナノ結晶が合成することを確認した。透過型電子顕微鏡像を測定した結果、未修飾条件で合成した粒子は100 nm程度の粒径で粒子形態が八面体構造であった。一方、表面修飾剤存在下で合成した粒子は、粒径が10 nm程度で球状粒子であることを確認した。これは有機修飾基により粒子の成長表面がキャッピングされ、粒子成長が抑制されたためであると考える。赤外分光法により表面修飾の有無を確認した結果、表面修飾剤存在下で合成した試料は2900～2850 cm-1付近に炭化水素鎖に由来するピークを示したことから、各修飾剤が酸化セリウム粒子に結合していることを確認した。このことから、表面修飾剤のカルボキシ基が酸化セリウム酸化セリウムナノ粒子の表面と結合し、アミノ基を表面に表出することで、ナノ粒子ポリマーの合成を実現する粒子が生成したと結論づける。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Kinetics study to identify reaction-controlled conditions for supercritical hydrothermal nanoparticle synthesis with flow-type reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Aoki, A. Sato, H. Sasaki, AA. Litwinowicz, G. Seong, T. Aida, Hojo, S. Takami, T. Adschiri
  • 雑誌名: JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS 巻: 110 ページ: 161-166
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2015.11.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relationship between size distribution of synthesized nanoparticles and flow and thermal fields in a flow-type reactor for supercritical hydrothermal synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sugioka, K. Ozawa, M. Kubo, T. Tsukada, S. Takami, T. Adschiri, K. Sugimoto, N. Takenaka, Y. Saito
  • 雑誌名: JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS 巻: 109 ページ: 43-50
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2015.11.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tuning surface grafting density of CeO2 nanocrystals with near- and supercritical solvent characteristics (2016)
  • 著者名/発表者名: B .Giroire, C. Slostowski, S. Marre, C. Aymonier, T. Aida, D. Hojo, N .Aoki, S. Takami, T. Adschiri
  • 雑誌名: PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 巻: 18 ページ: 1727-1734
  • DOI: 10.1039/c5cp07034a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magneto-optical Kerr effect characterization of a uniform nanocrystalline Fe3O4 monolayer fabricated on a silicon substrate functionalized with catechol groups (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Hojo, KZ. Suzuki, S. Mizukami, T. Adschiri
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C 巻: 4 ページ: 1263-1270
  • DOI: 10.1039/c5tc04310g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer nanocomposite films with thicknesses (≤ 30 μm) corresponding to the lateral dimension of graphite nanosheets as straigh (2016)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Huynh, D.P., Nakayama, T., Shin, J.H., Suematsu, H., Niihara, K., Sung, K., Lee, Y., Kim, S., Song, Y., Choa, Y.-H
  • 雑誌名: Composites Science and Technology 巻: 127 ページ: 106-112
  • DOI: 10.1016/j.compscitech.2016.03.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of stacked-cup carbon nanotube/polymer nanocomposite films with linear controlled percolation routes (2016)
  • 著者名/発表者名: Huynh, M.T.T., Nakayama, T., Kawamoto, A., Nguyen, S.T., Suzuki, T., Suematsu, H., Niihara, K., Cho, H.-B., Choa, Y.-H.
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics 巻: 171 ページ: 39-44
  • DOI: 10.1016/j.matchemphys.2016.01.027
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Texture-controlled hybrid materials fabricated using nanosecond technology (2016)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Nakayama, T., Huynh, M.T.T., Nguyen, S.T., Jiang, W., Suzuki, T., Suematsu, H., Niihara, K., Shin, J.H., Choa, Y.-H.
  • 雑誌名: Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujutsu Ronbunshi/Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 124 ページ: 197-202
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15215
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Green solvent for green materials: a supercritical hydrothermal method and shape-controlled synthesis of Cr-doped CeO2 nanoparticles (2015)
  • 著者名/発表者名: YZ. Zhu, S. Takami, GY. Seong, M. Dejhosseini, MZ .Hossain, T .Noguchi, D. Hojo, N. Aoki, T. Aida, T. Adschiri
  • 雑誌名: PHILOSOPHICAL TRANSACTIONS OF THE ROYAL SOCIETY A-MATHEMATICAL PHYSICAL AND ENGINEERING SCIENCES 巻: 373 ページ: 20150012
  • DOI: 10.1098/rsta.2015.0012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Beneficial use of CeO2 nanocatalyst for black liquor conversion under sub and supercritical conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Boucard, M. Watanabe, S. Takami, E. Weiss-Hortala, R. Barna, T. Adschiri
  • 雑誌名: JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS 巻: 105 ページ: 66-76
  • DOI: 10.1016/j.supflu.2015.02.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Helicene-grafted Silica Nanoparticles Capture Hetero-double-helix Intermediates During Self-assembly Gel Formation (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Miyagawa, and M. Yamaguchi
  • 雑誌名: Chem. Eur. J 巻: 21 ページ: 8408-8415
  • DOI: 10.1002/chem.201406482
  • 査読あり
• [雑誌論文] Materials Clocking by Silica Nanoparticles Precipitation in Solution Phase that is Tunable by Organic Molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Miyagawa and M. Yamaguchi
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 80 ページ: 1502-1507
  • DOI: 10.1002/cplu.201500300
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 3Equilibrium Shift Induced by Chiral nanoparticle Precipitation in Rhodium-catalyzed Disulfide Exchange Reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Miyagawa, Mieko Arisawa, Masahiko Yamaguchi
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 71 ページ: 4920-4926
  • DOI: 10.1016/j.tet.2015.05.106
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanotwin hardening in a cubic chromium oxide thin film (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Suzuki, T., Nakajima, Y., Matsui, Y., Suematsu, H., Nakayama, T., Niihara, K.
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 3 ページ: 96105
  • DOI: 10.1063/1.4931749
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Graphene oxide as a template for a complex functional oxide (2015)
  • 著者名/発表者名: Boston, R., Bell, A., Ting, V.P., Rhead, A.T., Nakayama, T., Faul, C.F.J., Hall, S.R.
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 17 ページ: 6094\t- 6097
  • DOI: 10.1039/c5ce00922g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of palladium nanoparticles and a grain-size determining equation of pulsed wire discharge in N2, Ar, and He ambient gasses (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Suematsu, H., Sarathi, R., Kikuchi, T., Sasaki, T., Tokoi, Y., Suzuki, T., Nakayama, T., Niihara, K.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 45002
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.045002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of molten-metal corrosion resistant yttria-based refractory by hot-pressing and densification (2015)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, S.T., Nakayama, T., Suematsu, H., Suzuki, T., Nanko, M., Cho, H.-B., Huynh, M.T.T., Jiang, W., Niihara, K.
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 35 ページ: 2651-2662
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.02.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth of chromium nitride thin films with addition of silicon (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Suzuki, T., Endo, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (C) Current Topics in Solid State Physics 巻: 12 ページ: 545-548
  • DOI: 10.1002/pssc.201400281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Electrothermodynamic Power Generation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kim, Y., Kim, J., Yamanaka, S., Nakajima, A., Ogawa, T., Serizawa, T., Tanaka, H., Baba, M., Fukuda, T., Yoshii, K., Takeda, M., Yamada, N., Nakayama, T., Niihara, K.
  • 雑誌名: Advanced Energy Materials 巻: 5 ページ: 1401942
  • DOI: 10.1002/aenm.201401942
  • 査読あり
• [学会発表] Development of Synthetic Reactions Based on Novel Molecular Activation Methods and Studies on Dynamic Functions of Synthetic Helical Molecules and Molecular System (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi
  • 学会等名: 日本化学会 化学会賞受賞講演
  • 発表場所: 同志社大学 （京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 帯電ナノ微粒子の自発的配列を用いた表面プラズモン共鳴構造色 (2016)
  • 著者名/発表者名: 米山貴之、青木画奈、藤井稔
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山 (東京都・大田区)
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Continuous production of nanoparticles by supercritical hydrothermal synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Adschiri
  • 学会等名: 3th International Workshop on WATER DYNAMICS Fluids in Solid Earth・Deep Carbon Cycle・-Deeper, Hotter and Frontier World-
  • 発表場所: 青葉記念会館（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-17 – 2016-03-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supercritical Route for Functional Nano Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Adschiri
  • 学会等名: The World Engineering Conference and Convention
  • 発表場所: 国立京都国際会館 (京都府・京都市)
  • 年月日: 2015-11-29 – 2015-12-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] M. Yamaguchi, Molecular Switching Involving Metastable State Using Synthetic Chiral Helicene Oligomers (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi
  • 学会等名: The 10th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-10)
  • 発表場所: KaoHsiung(Taiwan)
  • 年月日: 2015-11-02 – 2015-11-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic assembly of microspheres into ordered two-dimensional arrays (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanna Aoki and Minoru Fujii
  • 学会等名: 41st. Micro and Nano Engineering
  • 発表場所: Hague（Netherlands）
  • 年月日: 2015-09-21 – 2015-09-24
  • 国際学会
• [学会発表] Supercritical Route as Process Intensification and Sustainability (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Adschiri
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Symposium on Process Intensification and Sustainability
  • 発表場所: Sydney(Australia)
  • 年月日: 2015-09-20 – 2015-09-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超濃厚Nano Fluids とその応用展開 ―超高濃度ナノフルイド、プリンテドエレクトロニクス３Dプリンティング― (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿尻 雅文
  • 学会等名: 化学工学会第47回秋季大会 特別シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of surface-modified metal oxide nanocrystals and their application (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Takami
  • 学会等名: nd Japan-France Symposium on Green-Materials and Advanced Characterization (GMAC2015)
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2015-08-30 – 2015-08-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 帯電ナノ微粒子の自己組織的配列構造を鋳型としたプラズモニックカラーフィルタ形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木画奈、米山貴之、藤井稔
  • 学会等名: 電気学会 マイクロマシン・センサシステム研究会
  • 発表場所: 九州大学医学部百年講堂(福岡県・福岡市）)
  • 年月日: 2015-07-02 – 2015-07-03
• [学会発表] Supercritical Route for Functional Nano Particles (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadafumi Adschiri
  • 学会等名: 8th International Conference on Materials for Advanced Technologies ICMAT2015
  • 発表場所: Singapore (Singapore)
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-03
  • 国際学会 / 招待講演