液相還元法における核生成-成長プロセス制御による金属ナノ粒子内在欠陥マネジメント

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本研究では、液相還元法で合成される金属ナノ粒子、特にCuナノ粒子において、溶液中でのナノ粒子の核生成、成長挙動が欠陥の導入に及ぼす影響について電気化学的な観点から考察し、析出プロセスと導入される欠陥との相関を明らかにすることで、従来、ナノ粒子に対して行われてきた形態やサイズのコントロールだけでなく、格子欠陥を積極的に利用した物性の制御を可能とし、ナノ粒子の産業上の利用範囲の拡大に寄与する基盤技術を確立する。本年度は，浴中の不純物がCuナノ粒子の析出プロセスにどのような影響を及ぼすかをより詳細に調べるため、比較的結晶性の高いナノ粒子を合成できる還元剤であるヒドラジンを用いたナノ粒子合成浴に対し意図的に不純物を添加していった際のナノ粒子析出挙動および還元剤の酸化活性の変化を電気化学的に評価した。その結果、不純物添加によりナノ粒子の析出速度は低下する一方、還元剤の酸化活性は向上することが分かった。一見相反する結果であるが、これは、析出物が欠陥を多く含む結晶性の乏しい金属ナノ粒子であるため、Cuの酸化還元電位が熱力学的に予想されるよりも卑になることを反映していると考えられ、欠陥を含んだナノ粒子ついての酸化還元挙動を考察する際に、従来の電気化学理論を準安定な系に拡張する必要があることが実験的に示唆された。また、この結果は、不純物の添加により確かにナノ粒子の結晶性を制御することができるが、同時に金属そのものの酸化還元電位や還元剤の活性も変化し得られるナノ粒子の形態やサイズにも影響が及ぶことを意味しており、サイズと欠陥（結晶性）を同時にコントロールするためには、反応条件の精密な制御が要求されることが明らかとなった。