Precision Synthesis of Microcrystalline Particles with a Hierarchical Hollow Structure

多级中空结构微晶颗粒的精密合成

基本信息

批准号：
22K04946
负责人：
柴史之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，多重シェル構造などの階層的中空構造をもつ無機微結晶粒子の精密合成と，その物理化学的原理の理解を目的としたものである。本年度はこのような構造を構築するための基本要素の検討として，中空構造を自発的に形成することがわかっているヘキサシアニド鉄酸マンガン（Mn-HCF）について，立方体中空粒子のサイズ制御方法の検討を行った。加えて，テンプレート材料候補であるヘキサシアニド鉄酸ランタン（La-HCF）粒子の形態制御方法を検討した。Mn-HCFのサイズ制御に関しては，①簡便に作成できるプルシアンブルー（PB）ナノ粒子を用いた種粒子法と，②アルカリ金属イオン添加による小サイズ化の効果を検討した。①についてはPBナノ粒子の添加量を増やすほど，生成するMn-HCF中空粒子のサイズが小さくなったことから，PBナノ粒子がMn-HCF析出のための核として有効に機能することが示された。また②については，アルカリ金属イオンの添加量に応じてMn-HCF中空粒子のサイズが小さくなる傾向があること，およびその効果がイオン種により異なることを見いだした。これらの成果は，今後様々なサイズの多重殻中空粒子を合成するための基盤技術となる。一方，六方晶であるLa-HCFに関しては③硝酸ランタンとフェリシアン化カリウムの混合水溶液に還元剤を作用させることで，双晶発生による興味深い形状の微結晶粒子が合成できることを見いだした。また④この反応条件に錯形成剤を共存させることで双晶発生を抑えて，六角形の板状ないし柱状粒子が得られることも確認できた。これらは多彩な形態を有する階層構造粒子の形成における基礎的知見であり，今後の研究において重要な役割を果たすものと考えられる。

本研究的目的是精确合成具有多壳结构等分级中空结构的无机微晶颗粒，并了解其物理化学原理。今年，作为构建这种结构的基本元素的研究，我们将研究一种控制六氰化铁酸锰（Mn-HCF）立方空心颗粒尺寸的方法，已知六氰化铁酸锰会自发形成空心结构I。做到了。此外，我们研究了一种控制六氰化高铁酸镧（La-HCF）颗粒形貌的方法，这是一种候选模板材料。关于Mn-HCF的尺寸控制，我们研究了（1）使用易于生产的普鲁士蓝（PB）纳米颗粒的种子颗粒法，以及（2）通过添加碱金属离子来减小尺寸的效果。对于①，随着PB纳米颗粒添加量的增加，形成的Mn-HCF空心颗粒的尺寸变小，表明PB纳米颗粒有效地充当了Mn-HCF沉淀Ta的核。关于②，我们发现Mn-HCF中空颗粒的尺寸随着碱金属离子的添加量而趋于减小，并且这种效果根据离子类型而不同。这些成果将成为未来合成各种尺寸多壳空心颗粒的基础技术。另一方面，对于六方晶体La-HCF，我们发现通过将还原剂应用于硝酸镧和铁氰化钾的混合水溶液，可以通过产生孪晶来合成具有有趣形状的微晶颗粒。我们还证实，(4)通过在这些反应条件下共存络合剂，可以抑制孪晶，并且可以获得六方板状或柱状颗粒。这些是形成具有多种形态的分级结构颗粒的基本发现，预计将在未来的研究中发挥重要作用。