| 研究課題/領域番号 |
25420814
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 旭川工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
高田 知哉 旭川工業高等専門学校, 物質化学工学科, 准教授 (00342444)
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| 研究分担者 |
阿部 薫明 北海道大学, 歯学研究科(研究院), 助教 (40374566)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ナノカーボン / 光電子発生 / 解離性電子付着 / 表面修飾 |
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| 研究概要 |
平成２５年度においては、ハロゲン化ベンジル誘導体ー光電子発生剤混合系での光反応によって生じるベンジルラジカル誘導体を多層カーボンナノチューブ（MWCNTs）に直接付加させることで表面修飾を行うことを試みた。また、得られた修飾MWCNTs表面上の官能基の化学分析による定量を試みた。
実験方法は次の通りである。多層カーボンナノチューブと４－（クロロメチル）安息香酸のジメチルホルムアミド溶液を調製し（光電子発生剤のトリフェニルアミンを加えたものと加えないものを用意した）、室温にてアルゴンガスを通じながら、波長300～600nmの光を２４時間照射して表面修飾MWCNTsを得た。MWCNTsに導入された官能基（4-カルボキシベンジル基）の量は、酸塩基滴定（逆滴定）にて調べた。この方法では、表面修飾されたMWCNTsを濃度既知の水酸化ナトリウム水溶液にて中和したのち、中和前後の水酸化ナトリウム水溶液の濃度変化を酸塩基滴定で測定した。
この反応では、はじめにクロロメチル安息香酸からのC－Cl結合切断（光電子発生剤からの電子の付着による Cl-イオンの脱離、あるいは直接励起によるCl原子の脱離）で４－カルボキシベンジルラジカルが生じ、これがMWCNTs表面を攻撃することでカルボキシル基が導入される。光反応前後のMWCNTsを水に分散させたところ、反応前のものに比べて著しい親水化が確認され、カルボキシル基が導入されたことが示唆された。逆滴定による定量では、光電子発生剤のある場合とない場合のいずれでもカルボキシル基の導入が確認されたが、光電子発生剤のない場合のほうがある場合よりもカルボキシル基の導入密度が高いことが示され、予想と反する結果となった。この理由としては、複数の芳香環をもつ光電子発生剤がMWCNTs上に吸着し、ラジカルとMWCNTsとの反応を阻害した可能性があると考えている。
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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
当初の計画のうち、反応に関与するラジカル種の電子スピン共鳴（ESR）による直接観察は現状ではできていない。また、MWCNTsとラジカル種の結合形成の観察（各種分光測定および熱分析）も十分進行していない。これらの内容については平成２６年度において取り組む必要がある。
平成２５年度の研究では、光電子発生剤が反応を阻害する可能性が示唆されたが、このことは当初から想定されていた問題である。今後、芳香環を含まない電子発生剤を探索し、官能基導入率が向上するか否かを確かめる必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２６年度には、平成２５年度の研究で十分に進捗しなかった部分（反応種の構造解析、結合形成の確認、光電子発生剤の選択指針の検討）に引き続き取り組むとともに、当初の計画で予定されている高分子とナノカーボンの光反応での結合形成について検討する。具体的には、光照射によりベンジルラジカル誘導体を生じる構造をもつ高分子（例えばポリスチレン側鎖上にハロゲン化メチル基を有するような高分子）の合成方法について検討し、合成を試みる。目的とする高分子が得られたならば、液体中にて高分子とナノカーボンを混合・分散させ、光反応を行い結合が形成されるかどうかを観察する。ここで、高分子とナノカーボンが十分混合した状態を達成するには、溶液の濃度・粘度、溶媒の種類、分散剤の種類などの要素を詳細に検討し条件を最適化する必要があるため、溶液に関わる諸条件とナノカーボンの分散性との関係についても調べる。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成２５年度において未解決となった内容（反応ラジカル種の構造解析、共有結合形成の分光学的確認、光電子発生剤の選択についての検討）に関わる支出が想定を下回った。また、多くの物品等が、想定の価格よりも安価に入手できた。さらに、論文発表の機会がなかったため、英文校正や投稿料などの支出がなかった。
前年度からの継続課題に引き続き取り組むための費用として捉え、主に物品費および旅費として使用する。また、論文投稿を予定しているため、投稿料・英文校正料としても使用する。
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