表面修飾金ナノ粒子からなる超格子の構築

物質をナノレベルで形、大きさを制御し、その表面状態を設計した表面修飾ナノ粒子を作成し、ナノテクノロジーにおける次世代の代表的なナノ物質を開発する。これまでは長鎖アルカンをチオール基を介して共有結合させた金ナノ粒子が主に研究されてきたが、表面修飾子を安定化させるためにこの方法では、アルカン鎖をかなり長くしなければならず、従って電気的、電子的な性質に大きな制約を受けてきた。また粒子を処理する溶媒も非極性溶媒に限られ、反応上も自由度が制限されていた。本研究ではカルボキシル基を有する短鎖の表面修飾剤、メルカプトコハク酸を成長抑制剤に用いた水溶性のナノ粒子を作成し、これを構成要素とする粒子結晶を作成することを目的とし、その作成に成功した。特別研究員の開発した方法において原料濃度を高め、超音波を用いて一度にg量の金ナノ粒子の作成に成功したため、溶液のpH、温度、粒子濃度をパラメターとして各種条件下での結晶成長の実験が可能となった。得られた良質の結晶の長周期構造のBragg反射において3次までの回折点が得られ、これを解析することにより、この粒子結晶がこれまで報告されてきた他のアルカン鎖を用いた粒子結晶がfcc構造を取るのとは異なり、hcpとなることが分かった。さらに結晶成長の雰囲気気体を空気から極性の有機気体や無極性の有機気体に変化させることにより結晶の形態が球状の稠密凝集体からアモルファス状の多孔性の物質に変化することを見いだした。ナノ粒子の集積体の構造制御に向けた研究が今後進展すると期待される。

物質をナノレベルで形、大きさを制御し、その表面状態を設計した表面修飾ナノ粒子を作成し、ナノテクノロジーにおける次世代の代表的なナノ物質を開発する。これまでは長鎖アルカンをチオール基を介して共有結合させた金ナノ粒子が主に研究されてきたが、表面修飾子を安定化させるためにこの方法では、アルカン鎖をかなり長くしなければならず、従って電気的、電子的な性質に大きな制約を受けてきた。また粒子を処理する溶媒も非極性溶媒に限られ、反応上も自由度が制限されていた。本研究ではカルボキシル基を有する短鎖の表面修飾剤、メルカプトコハク酸を成長抑制剤に用いた水溶性のナノ粒子を作成し、これを構成要素とする粒子結晶を作成することを目的とし、その作成に成功した。特別研究員の開発した方法において原料濃度を高め、超音波を用いて一度にg量の金ナノ粒子の作成に成功したため、溶液のpH、温度、粒子濃度をパラメターとして各種条件下での結晶成長の実験が可能となった。得られた良質の結晶の長周期構造のBragg反射において3次までの回折点が得られ、これを解析することにより、この粒子結晶がこれまで報告されてきた他のアルカン鎖を用いた粒子結晶がfcc構造を取るのとは異なり、hcpとなることが分かった。さらに結晶成長の雰囲気気体を空気から極性の有機気体や無極性の有機気体に変化させることにより結晶の形態が球状の稠密凝集体からアモルファス状の多孔性の物質に変化することを見いだした。ナノ粒子の集積体の構造制御に向けた研究が今後進展すると期待される。