核生成過程の確率論的モデリングに基づくナノ粒子径分布の予測手法開発

基于成核过程随机建模的纳米颗粒尺寸分布预测方法的开发

• 批准号: 17H06793
• 负责人: 平塚 龍将
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-08-25 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17H06793/
• 关键词: 核生成理論; マイクロリアクタ; Stochastic nucleation; 核生成; Stochastic; 分子シミュレーション; マイクリリアクター

ナノ粒子の物性に大きな影響を与える粒子径分布を制御するためには，ナノ粒子合成過程における核生成挙動の理解が必要不可欠である。ナノ粒子の核は極めて小さく，また迅速に発生するので，その検知や均一な実験条件の設定が困難であったことから，これまでナノ粒子の核生成過程の系統的な理解が得られなかった。こういった現状に対し，本研究ではマイクロリアクタを用いた「均一な反応場の創出」により問題を解決し，ナノ粒子の核生成を速度論的・確率論的な理解を試みる。本年度は，予備的検討として，種々の条件における金ナノ粒子合成を試みた。金イオン源である塩化金酸（HAuCl4）水溶液および還元剤である水素化ホウ素ナトリウム（NaBH4）水溶液をそれぞれシリンジポンプによりマイクロリアクタに導入し，急速混合させた。金イオンの還元，核生成，粒子成長を経て得られた金ナノ粒子を透過型電子顕微鏡（TEM）および動的光散乱法（DLS）を用いて観察した。DLSにより10 nmから100 nmにおよぶ幅広い粒子径分布が得られ，これは金ナノ粒子が凝集していることを示唆している。また，TEM像から金ナノ粒子の多くが実際に凝集していることを確認した。この凝集を防ぐために保護剤として分子量55000のポリビニルピドリドン（PVP）をあらかじめHAuCl4水溶液に溶解させた。この水溶液を還元剤水溶液とマイクロリアクタにより混合させ，金ナノ粒子を合成したところ，単分散な金ナノ粒子分散液を得た。また，少なくとも10日間は分散安定であることも確認した。

为了控制粒度分布，这对纳米颗粒的物理特性有重大影响，必须了解纳米颗粒合成过程中的成核行为。由于纳米颗粒的核非常小且产生迅速，因此很难检测到它们并设置均匀的实验条件，因此迄今尚未获得对纳米颗粒成核过程的系统理解。为了应对这种当前情况，本研究通过使用微反应器“创建统一的反应场”解决了问题，并试图以动力学和概率的方式理解纳米颗粒的成核。今年，我们试图在各种条件下作为一项初步研究合成金纳米颗粒。使用Inringe泵将氯龙酸的水溶液（Haucl4）作为金离子源和硼氢化钠（NABH4）水溶液作为还原剂引入微反应器，并将混合物快速混合。使用透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）观察到通过还原，成核和颗粒生长获得的金纳米颗粒。 DLS提供的粒度分布范围从10到100 nm，表明金纳米颗粒是聚集的。此外，从TEM图像中证实了许多金纳米颗粒实际上被结合了。为了防止这种聚集，将其分子量为55,000的聚乙烯基苯基酮（PVP）事先溶解在Haucl4水溶液中，作为保护剂。该水溶液与使用微反应器合成金纳米颗粒的水还原剂溶液混合，从而导致金纳米颗粒的单分散分散体。还可以确定分散稳定至少10天。