希土類酸化物のナノ粒子形態制御と、表面官能基を用いて高次配列化したメタ結晶の構築

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本研究課題では有機分子存在下で希土類酸化物ナノ粒子を合成することで、ナノ粒子の形態の制御、粒子表面への官能基の配置を行うとともに、官能基間の相互作用を利用して希土類酸化物ナノ粒子が規則性良く配列した高次配列メタ結晶を実現する。さらに、貴金属ナノ粒子との異種粒子複合化を行い、機能の宝庫とも言える希土類酸化物のナノ粒子を階層的に組織化し、新規磁気的、光学的、電気的物性の創出を目指す。本年度は、上記の目標を達成するために、以下の3つの項目を対象とした研究を行った。1) 希土類酸化物ナノ粒子の構造制御と官能基付与有機分子の存在下で希土類酸化物ナノ粒子の水熱合成を行い、ナノ粒子の形態制御と表面への官能基付与を実現した。修飾剤には、両端に-NH2基、-COOH基、-CHO基を有する直鎖有機分子の他、アミノ酸、ペプチドを用いた。有機分子の極性、反応場のpH, 希土類酸化物の安定面、極性面の表面分極をキーとして構造制御、官能基付与を整理した。2) 希土類酸化物ナノ粒子の高次配列a) 粒子表面官能基間の脱水反応、縮合反応を用いて高次配列を試み、希土類ナノ粒子が規則正しく高次複合配列化した「希土類ナノ粒子のメタ結晶」を創製に成功した。3) 希土類酸化物ナノ粒子と金属ナノ粒子との複合化希土類酸化物ナノ粒子と金属ナノ粒子との複合化を試みた。表面修飾金属ナノ粒子の合成は有機溶媒中における還元などの手法を用いて合成した。一方、希土類酸化物ナノ粒子は、上記の手法を用いて合成した。この表面に、一方に-NH2基、もう一方に-COOH基を配置するなどして、2種類のナノ粒子の親和性を高めた後、混合、凝集させることで、2種類の粒子が均一に分散した複合構造の構築に成功した。