Collective motions of catalytic particles driven by chemical reations

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昨年度は、有機燃料の種類・濃度によって、界面が丸みを帯びたクラスターを形成したり、界面が角ばったクラスターを形成したりといった、多様な集団運動パターンが発現することがわかった。昨年度の結果を踏まえ、本年度は、この集団運動の形態を有機燃料置換や制限空間を利用して制御することを試みた。有機燃料置換に関する研究では、溶質の拡散によって、Pt粒子を取り巻く媒質を置換できる実験系を構築した。例えば、純水をエタノール水溶液に置換した際のPt粒子の運動パターン変化を観察したところ、Pt粒子は初めブラウン運動をしているが、エタノール水溶液に置換することで、Pt粒子が次第に集合して滑らかな界面を持つクラスターが形成される。また、エタノール水溶液を2-プロパノール水溶液に置換すると、エタノール水溶液中では滑らかな界面を持ったクラスターを形成したが、2-プロパノール水溶液に置換後は角ばった界面を持ったクラスターへと形態が変化することを観察できた。また、制限空間に関する検討では、幅100 μmサイズの溝を持ったマイクロチャネル近傍でPt粒子の集団運動を観察すると、Pt粒子が溝内に次第に集合して円環溝を覆い尽くすといった新規な集団運動パターンを見出した。本研究で得られた知見を基に自走性物体の集団運動に関する研究が進展すれば、集団運動の形態や発現場所を自由にコントロールすることが可能となり、革新的な化学システムの創出に繋がると考えられる。