| 研究課題/領域番号 |
25410028
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
田中 秀樹 中央大学, 理工学部, 教授 (40312251)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 銅ナノコロイド / 光還元 / 触媒 / 再生 / 酸化チタンナノ粒子 / 酸化耐性 / 電気伝導性 / カオリナイト |
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| 研究実績の概要 |
金ナノコロイドの代替としての銅ナノコロイドの合成およびその触媒への応用が期待されている。しかし、銅は金に比べてイオン化傾向が高いため、ナノコロイド化のための還元には環境負荷のあるヒドラジン等の過激な試薬を使わざるを得ないことが多かった。また還元できたとしても、反応性の高さから酸化の影響を受けやすく、純銅ナノコロイドとしての物理的・化学的特性を保持するのは容易ではなかった。そこで本研究では、環境負荷の低い光還元法を用いた合成法の確立を目指し、また合成したナノコロイドの酸化耐性に関する評価を行った上で、触媒反応への応用を行うことを目指した。
前年度までに、光触媒である酸化チタンを用いることで、純銅で構成されたナノ粒子を高効率に合成できることを見出していたが、より高い酸化耐性を持ったナノコロイド合成の探索として、層状粘土鉱物であるカオリナイトを用いた方法を試みた。その結果、6ヶ月以上に渡って純銅状態を保ち続ける極めて酸化耐性の高いナノコロイドが得られることがわかった。またこの方法で得られるナノコロイドは、ディスク状の構造を持ったものが主成分であり、比表面積の高い、反応触媒として有用性が示唆されるものであることがわかった。一方、昨年度から手がけ始めた酸化チタン塗布膜上に直接純銅ナノコロイドを生成させる方法では、ナノコロイド堆積薄膜でありながら、金属銅光沢を発するほど、そして実際金属銅に迫る電気伝導度を実測できるほどの膜でありながら、反応によって銅イオンに反転反応を起こし再生可能である、極めて特異な状態になることを見出した。
こうした成果については、海外招待講演3件、国内依頼講演2件、論文発表1件(accepted)、投稿中論文1件を行った。
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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
平成27年度は、酸化チタンを用いて合成した銅ナノコロイドのキャラクタリゼーションを、特にSPring8におけるその場XAFS測定を用いて、アモルファス形態の酸化物も含まない形で得られていることを示し、これを論文発表し掲載可となった。一方、さらなる酸化耐性のある銅ナノコロイドの合成を目指し、層状粘土鉱物であるカオリナイトを用いた方法を確立し、これを論文投稿した。ただし査読意見として、6ヶ月以上にも及ぶ高い酸化耐性は評価されたが、一方で分析法がXRDとUV中心では、アモルファス形態の酸化物の存在を否定出来ない、とされ現在保留となっており、方針ははっきりしているものの追加実験が必須の状況となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
進捗状況でも書いたように、カオリナイト存在下で合成された銅ナノコロイドは、非常に高い酸化耐性に高い関心を集めることができたが、一方でアモルファス形態の酸化物に関して、より高い証明が求められている。これを解決するために、1つは非常に表面敏感な測定法であるXPSによる確認、そしてもう1つは、試料の平均組成をアモルファスも含めて精度よく測定できるXAFS測定(XANESとEXAFS)で証明する予定である。また電荷状態や分散状態の異なるサポナイト等の別種粘土鉱物についても網羅的に探索して、より高い反応性と制御性を持ったナノコロイドの探索、およびその実証を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究は順調に進捗し、論文投稿も行ったが、査読意見として、より高いレベルでの耐酸化耐性に関する証明が求められた結果、現在のところ掲載は保留となっている状況である。そのため、論文掲載に向けて、追加の試料作成とSPring8でのXAFS測定を含めた追加実験が必須の状況であり、そのために差額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
耐酸化耐性に関するより高度な証明には、XPSを用いた表面敏感分析による酸化物の不存在証明および、SPring8におけるXAFS測定によるアモルファス酸化物の可能性まで含めた全構成組成における酸化物の不存在証明の組み合わせが有効と考えられる。これらの実験を実施するために必要な試料、特に作成から1ヶ月以上経過させた試料を用いて、耐酸化耐性を証明することが不可欠である。実際こうして得た試料をXPSおよびXAFS測定する。またこれらの結果を反映させた論文投稿を行う。
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