分子技術を活用して「金」ナノ空間の制御に成功 !
孔の大きさを自由に制御できる金ナノ多孔体を実現
独立行政法人物質・材料研究機構 (NIMS)
NIMS MANA山内悠輔独立研究者らは、国内外の研究機関との国際共同研究において、高分子を鋳型として活用することで、均一で規則的なナノ空間を持つ金ナノ多孔体の開発に成功しました。
概要
- 独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 潮田 資勝) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (MANA) 山内悠輔独立研究者らは、国内外の研究機関との国際共同研究において、高分子を鋳型として活用することで、均一で規則的なナノ空間を持つ金ナノ多孔体の開発に成功しました。
- 内部に直径数ナノメートルの細孔状の空間が配列し、体積に比べて大きな表面積を有するナノ多孔体は、これまでにない新たな化学反応の場をもつ材料として期待され、触媒材料及び吸着材料等へ向けた研究・開発が活発に行われてきました。特に金ナノ多孔体は、エレクトロニクスから触媒、医学にいたるまで、様々な分野での応用が提案され、金ナノ粒子、金ナノロッド、金ナノワイヤなどさまざまな形状が報告されています。しかし、これら従来の金ナノ多孔体は、構造の規則性が乏しく、孔の大きさを自由に制御できる金ナノ多孔体の創出が望まれていました。
- 近年、両親媒性分子 (界面活性剤など) を鋳型として用いることで金属骨格を有するメソポーラス金属の合成も可能となってきました。そこで本研究では、疎水性と親水性の性質をあわせ持つ高分子 (両親媒性ブロックコポリマー) の希薄溶液中で濃度を調整することで、均一なサイズの球状ミセル (分子集合体) を形成しました。これらを鋳型として用いて、精密な電解析出の制御のもとに金イオンを還元させた結果、ミセルのサイズに応じたナノ細孔を膜一面に形成することに成功しました。
- 得られた金ナノ多孔体の細孔中には、特徴的な高強度電場が確認され、表面増強ラマン散乱 (SERS) が観測されるなどの特徴を有しています。今後、分子センシングのためのSERS活性基板や電極触媒など、様々な応用が期待されます。さらに本技術は、金に留まらず、様々な金属・合金系に適用でき、またブロックコポリマーの分子サイズを変えることで、より広範囲で細孔径を制御することが可能なため、組成・構造の両面から用途にあった金属ナノ空間材料をテーラーメイドでデザインすることができます。
- 本研究は、 (独) 科学技術振興機構 国際科学技術協力基盤整備事業「バイオエレクトロニクスおよびバイオフォトニクス」分野のプロジェクトの一部として行われ、英国科学雑誌「Nature Communications」 オンライン版 (DOI:10.1038/ncomms7608) で日本時間平成27年3月23日19:00 (現地時間23日10:00) に公開されます。
プレスリリースの図4 : ミセルのサイズを変化させて作製した金ナノ多孔体の電子顕微鏡写真。右に行くほど孔のサイズが大きくなっている。
