2016 Fiscal Year Annual Research Report
放射線によるナノ粒子材料創成のその場観察と機能材料の実用化
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15H02342
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山本 孝夫 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00174798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 貴 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70273589)
清野 智史 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90432517)
仁谷 浩明 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (20554603)
堀 史説 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20275291)
水越 克彰 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (60342523)
田中 真悟 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (50357448)
久貝 潤一郎 神戸市立工業高等専門学校, 応用化学科, 准教授 (80617134)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 放射線 / 構造・機能解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線を利用したナノ粒子材料の創製を、協力企業に設置された加速器電子線（4.8 MeV、10 mA）もしくは阪大のCo60ガンマ線照射施設を用いて実施した。昨年度までの検討を生かしつつ、Ptを主元素とする二元系金属ナノ粒子が担体表面に担持した複合ナノ粒子の生成プロセスの解明に向けての検討を行った。これまで独立に検討されていたPtRu、PtRh、PtSn、PtCu系について、可能な限り合成条件を揃えた検討を行い、多くの知見を得た。特に、生成する二元系粒子の構造を支配する要因として、昨年までの検討で明らかとなっていた酸化還元電位差・酸化物生成自由エネルギー・二元系合金状態図の形態等に加えて、出発原料金属イオンの担体への吸着量が強く影響することを見出した。また、カルボン酸ナトリウム保護剤の分子構造とPtCu系の構造、触媒機能の相関について、計算科学的アプローチも含めた検討も行った。保護剤の炭素鎖が長いほど凝集が抑制され、PtへのCuの固溶量が減少することが実験的に明らかとなった。白金表面に保護剤とCuイオンが競争的に吸着することが示唆された。理論計算によってもカルボキシル基の酸素分子がPtと強く相互作用し、電子が白金からカルボキシル基に移動することが明らかとなった。放射線の比較対象として、従来進めてきた超音波法との比較に加え、液中プラズマ法との比較検討を行った。放射線やプラズマ照射により、担体表面の表面改質が起こり、生成する貴金属粒子の担持過程に寄与する可能性が示されている。銀ナノ粒子の抗微生物機構についての検討では、菌に対してだけではなくカビやウイルスにも効果を発揮することを実験的に確認している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
二元系粒子の生成過程について、著しい研究の進捗が見られた。適用する放射線種（電子線とガンマ線）や、放射線法と他手法（超音波法、液中プラズマ法）の比較についての検討も進んでおり、意義あるデータが得られつつある。特に、放射線が照射された水溶液中の反応場において、白金を主元素とする二元系金属ナノ粒子の生成過程に対し、担体の存在がどのような影響を及ぼすかについての新たな知見が得られた。さらなる検討として、次年度にXAFSのin-situ観察を行うことで、さらなる生成機構の解明が期待される。その知見を活用することで、二元系ナノ粒子構造設計が可能になると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ粒子材料の創製には、これまでの蓄積を活かして、ダイナミトロン型加速器電子線とコバルト60ガンマ線の照射施設を利用する。それぞれ、協力関係にある民間施設と阪大の施設を活用する。粒子材料の解析には、放射光（PF、SPring-8、あいちシンクロトロン）を利用したXAFS、収差補正TEM、汎用TEM、XRD（H27年度に更新）、ICP、FTIR等の機器（メンバーの所属機関に整備済み）を用いた分析手法を適用する。これらの実験や観察から得られるデータから、想定される化学反応を組み合わせた粒子創製モデルの検討を進める。H28年度に成果が見られた、照射時の金属前駆体であるイオンの担体表面への吸着率と、照射後に得られたナノ粒子材料の物性に注目していく。さらに、照射で得られる粒子の特異性と機能の相関の追及を継続する。計算科学の手法と組み合わせた研究の萌芽を育て、成果として発表できるレベルにまで高めたい。銀ナノ粒子の抗微生物機構について、銀を取り込んだ微生物の電子顕微鏡観察とXAFSによる銀化学状態評価を駆使して、その発現機構についての検討を進めていく。
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Research Products
(33 results)
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[Journal Article] Synthesis of multicomponent metal nano-particles by gamma-ray irradiation reduction method2016
Author(s)
S. Toda, M. Tanaka, A. Toukai, H. Nakanishi, M. Tani, K. Kozu, K. Mizukoshi, A. Iwase, M. Sakamoto, X. Qiu, F. Hori
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Journal Title
Proceedings of the 51st KURRI Scientific Meeting
Volume: 1
Pages: 30
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[Presentation] 水中プラズマを用いた金属ナノ粒子の合成2016
Author(s)
谷真海, 仲西穂高, 石橋卓憲, 東海旭宏, 西村芳実, 水越克彰, 興津健二, 堀史説, 正橋直哉, 岩瀬彰宏
Organizer
日本金属学会 2016年秋季（第159回）講演大会
Place of Presentation
大阪大学（豊中市・大阪府）
Year and Date
2016-09-21 – 2016-09-23
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