Thermally Activated Wide-Gap Semiconductor Single Nanoparticles for Thermal Catalytic Function

本研究では、高温高圧の超音波キャビテーション気泡内で熱励起できる半導体シングルナノ粒子の粒子設計指針を明らかにし、半導体シングルナノ粒子の熱触媒機能を開拓することを目的としている。対象とするナノ粒子は、(1)金ナノクラスター(Au NCs)、及び(2)ジルコニア(ZrO2)ナノ粒子である。AuNCs系では、超音波照射下で発現するAuNCsの熱触媒活性による音増感作用(活性酸素種である一重項酸素、1O2生成)を調査した。Au NCsの1O2生成能における、1)配位子効果(pMBA-Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60)、2)サイズ効果（Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < Au25(pMBA)18）、及び3)超音波照射条件（超音波周波数（200kHz-1000 kHz）及び超音波パワー（1-8 W））の効果を明らかにした。特に、超音波照射条件では、高温高圧超音波キャビテーション気泡のエネルギーが大きい「450kHz」の条件において、AuNCsの熱触媒活性による音増感作用が最大となることが示された。ZrO2ナノ粒子においては、平均粒径80nm、20nm、及び5nmの粒径の異なる3種類のナノ粒子を合成し、その超音波照射下でのZrO2ナノ粒子の熱触媒活性で発現する水分解によるヒドロキシラジカル生成を調査した。その結果、ヒドロキシラジカル生成能は、（5nm）＞（20nm＞（80nm）となり、最も粒径が小さい半導体シングルナノ粒子が高い熱触媒活性能を示すことが明らかとなった。他方、紫外可視光照射によるZrO2ナノ粒子の光触媒活性によるヒドロキシラジカル生成では、ZrO2ナノ粒子（80nm）＞ZrO2ナノ粒子（20nm＞ZrO2シングルナノ粒子（5nm）となり、超音波照射下での熱励起とは異なる粒径依存性を示した。

本研究では、高温高圧の超音波キャビテーション気泡内で熱励起できる半導体シングルナノ粒子の粒子設計指針を明らかにし、半導体シングルナノ粒子の熱触媒機能を開拓することを目的としている。対象とするナノ粒子は、(1)金ナノクラスター(Au NCs)、及び(2)ジルコニア(ZrO2)ナノ粒子である。AuNCs系では、超音波照射下で発現するAuNCsの熱触媒活性による音増感作用(活性酸素種である一重項酸素、1O2生成)を調査した。Au NCsの1O2生成能における、1)配位子効果(pMBA-Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60)、2)サイズ効果（Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < Au25(pMBA)18）、及び3)超音波照射条件（超音波周波数（200kHz-1000 kHz）及び超音波パワー（1-8 W））の効果を明らかにした。特に、超音波照射条件では、高温高圧超音波キャビテーション気泡のエネルギーが大きい「450kHz」の条件において、AuNCsの熱触媒活性による音増感作用が最大となることが示された。ZrO2ナノ粒子においては、平均粒径80nm、20nm、及び5nmの粒径の異なる3種類のナノ粒子を合成し、その超音波照射下でのZrO2ナノ粒子の熱触媒活性で発現する水分解によるヒドロキシラジカル生成を調査した。その結果、ヒドロキシラジカル生成能は、（5nm）＞（20nm＞（80nm）となり、最も粒径が小さい半導体シングルナノ粒子が高い熱触媒活性能を示すことが明らかとなった。他方、紫外可視光照射によるZrO2ナノ粒子の光触媒活性によるヒドロキシラジカル生成では、ZrO2ナノ粒子（80nm）＞ZrO2ナノ粒子（20nm＞ZrO2シングルナノ粒子（5nm）となり、超音波照射下での熱励起とは異なる粒径依存性を示した。