オルガノアルコキシシランの自己組織化による無機-有機ナノ組織体の構築と機能化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350356
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 黒田 一幸 早稲田大学, 理工学部, 教授 (90130872)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 下嶋 敦 日本学術振興会, 特別研究員(PD) ; 菅原 義之 早稲田大学, 理工学部, 教授 (50196698)
• Keywords: 無機有機ハイブリッド / オルガノアルコキシシラン / ゾルゲル法 / シリカ多孔体 / 自己組織化

Research Abstract

1)新規シロキサンオリゴマーの自己組織化によるハイブリッドナノ構造体の合成
炭素数6から18のアルキルシランに3つのトリメトキシシリル基が結合した構造のシロキサンオリゴマーを合成し、アルキル鎖長変化による生成物の構造変化について調査した。酸性条件下での加水分解、縮重合反応によって得られた各試料のXRD分析、およびTEM観察の結果、炭素数が6から10の系において二次元ヘキサゴナル状の構造、一方、炭素数が14以上では層状構造が形成されていることがわかった。このような集合構造の変化に伴って、アルキル鎖のコンフォメーションが変化していることが確認された。さらに、ヘキサゴナル構造のハイブリッドのついては、焼成による有機成分の除去後もナノ構造が保持され、窒素吸着測定によりマイクロポーラスシリカの形成が示された。出発分子のさらなる設計として、ブチル基の末端にフェニルを有する分子を用いた結果、上記の炭素数6から10の系と類似の二次元ヘキサゴナル構造が形成されていることがわかった。
2)アルコキシトリクロロシランからの層状シリカ-アルコールナノ複合体の合成
上記の系では、疎水性の有機基とSiが安定なSi-C結合でつながっていたが、有機基をSi-O-C結合を介して導入した系への展開を試みた。そのモデルケースとして、疎水基として長鎖アルコキシ基を有するアルコキシトリクロロシランを合成した。アニリン存在下で水を添加することによって、Si-Cl基の優先的な加水分解反応が進行し両親媒性のアルコキシシラントリオールが生成した。得られた溶液を冷却することによって板状の粒子が析出し、乾燥後の自色粉末の構造解析により、層状シリカとアルコールからなる層状物質が形成されたことが確認された。

Research Products

• [Publications] Y.Fujimoto, A.Shimojima, K.Kuroda: "Formation of Layered Silica-Alcohol Nanostructured Materials from Alkoxytrichlorosilanes"Chemistry of Materials. 25(23). 4768-4774 (2003)
• [Publications] N.Umeda, A.Shimojima, K.Kuroda: "Synthesis of Multilayered Silica-Based Hybrid Films from Difunctional Organosilanes by Co-Hydrolysis and Polycondensation with Tetraalkoxysilane"Journal of Organometallic Chemistry. 686. 223-227 (2003)
• [Publications] A.Shimojima, K.Kuroda: "Direct Formation of Mesostructured Silica-Based Hybrids from Novel Siloxane Oligomers with Long Alkyl Chains"angewandte Chemie International Edition. 42. 4057-4060 (2003)