バルク金属を原料とするSDGs指向超音波固液系金属ナノ粒子合成プロセスの構築

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初年度は以下の2項目を実施した。 [項目1.超音波固液系反応場における金属ナノ粒子が生成する金属と有機溶媒の組み合わせの探索]においては、金属ナノ粒子が析出するための様々な金属種と溶媒の組み合わせと、また超音波周波数・超音波出力・溶媒温度を探索・検討した。様々な金属と溶媒の組み合わせにより超音波を照射し、金属ナノ粒子が生成しやすい組み合わせにおいて、金属と溶媒の物性に相関性を見出した。特に金属ガリウムにおいては、超音波による低温合金ナノ粒子化だけではなく、このガリウム合金ナノ粒子を用いた酸化物合成まで展開し、室温で他金属をドープした酸化ガリウムナノ粒子を合成するまでに至った。この超音波による室温合金ナノ粒子合成と室温ドープ酸化ガリウムナノ粒子合成の画期的な成果については、Ultrasonic Sonochemistry 誌（IF:9.336）に掲載された。[項目2.超音波固液系反応場の現象解明と最適化によるSDGs指向の金属ナノ粒子合成手法の構築]においては、項目1の現象解明のための反応場分析、および原料と反応場の制御によるサステナブルな合成手法の検討を行った。原料と超音波反応場の状態観察の実験として、アルコール中での酸化金水和物と酸化銀の超音波照射実験を実施した。酸化金水和物は、室温でわずか10分の超音波照射で金に還元する。一方酸化銀は完全還元するまで180分程度の照射時間を有する。この分解時間の差は、分解における酸化物のギブスエネルギーの差であり、超音波キャビテーションによるミクロの爆発が貴金属酸化物の還元を促進していることを立証した。また酸化金水和物と酸化銀の混合物はわずか10分の還元時間で、金銀の合金が室温で生成することを見出した。この画期的な結果もUltrasonic Sonochemistry 誌（IF:9.336）に掲載された。