有機・無機ハイブリッド化による新機能ナノファイバーの創出と応用

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昨年度までにシクロヘキサン系低分子有機ゲル化剤をテンプレートに用いることにより,触媒能や光・電気的特性に優れた遷移金属(Ti,Ta,V)酸化物材料について中空繊維状への構造制御を行ってきた。また,(R,R)および(S,S)のキラリティを有する有機ゲル化剤を新規に合成した。それぞれの光学異性体は左巻き,右巻きのらせん繊維状会合体を形成することが分かった.これらのらせん繊維状会合体をテンプレートに用いた遷移金属(Ti,Ta,V)アルコキシドのゾル-ゲル重合を行うことにより,らせん中空繊維状構造を持つ遷移金属酸化物を調製した.また(R,R)および(S,S)の光学異性ゲル化剤をテンプレートに用いた系において,らせん構造はそれぞれ左巻きおよび右巻きであった.このことから,有機物テンプレートとなる有機ゲル化剤が形成する会合体の構造が,無機物である遷移金属酸化物のナノ構造に完全に転写され,無機材料である遷移金属酸化物にキラリティを導入することに成功した.本年度は優れたゲル化能力を有するL-バリン系誘導体に注目し,アルキル末端に正電荷を導入した新規有機テンプレート材料を合成した。またアルキル鎖の長さを変化させ,形成される繊維状会合体の形態と大きさにどうような相違が現れるか検討した。さらに各種化合物が形成する会合体をテンプレートに用いたチタン及びタンタルのゾル-ゲル重縮合を行い,得られる金属酸化物の形態を観察した。その結果,今回合成した正電荷を有するL-バリン誘導体をテンプレートに用いたゾル-ゲル重合により,シート状または中空繊維状構造の金属酸化物を得ることができた。この金属酸化物の形態は,アルキル鎖の長さが短いL-バリン誘導体を用いた系ではシート状,長いアルキル鎖を持つL-バリン誘導体の系では中空繊維状となった。さらにアルキル鎖の長さを変化させることにより直径および直径分布のことなる金属酸化物中空繊維が得られた。以上の結果から,正電荷を有するL-バリン誘導体は金属酸化物の構造制御における優れた有機物テンプレートとなることが示唆された。またL-バリン誘導体のアルキル鎖を変えることにより,形成される自己会合体の形態と大きさが変化し,この会合体の形態を転写することにより金属酸化物の構造を制御できることがわかった。