村松研究室・紹介

村松研究室・紹介

多元物質科学研究所 素材工学研究棟１号館

プロセスシステム工学研究部門 ハイブリッドナノ粒子研究分野

2010/10/4

版

村松研究室・紹介

多元物質科学研究所 素材工学研究棟１号館

プロセスシステム工学研究部門 ハイブリッドナノ粒子研究分野

2010/10/4

版

教授：村松淳司 准教授：蟹江澄志 助教：中谷昌史 PD:佐々木隆史

村松研究室・紹介

多元物質科学研究所 素材工学研究棟１号館

プロセスシステム工学研究部門 ハイブリッドナノ粒子研究分野

2010/10/4

版

教授：村松淳司 准教授：蟹江澄志 助教：中谷昌史 PD:佐々木隆史

教授：村松淳司 教授：村松淳司

准教授：蟹江澄志 准教授：蟹江澄志

助教

中谷 昌史 ＰＤ

佐々木 隆史 大学院生

D 山崎 裕一郎 D 松原 正樹 D 制野 友樹 D 柳橋 宣利 M 君島 健之 M 田中 格 M 小田 康史 M 矢吹 純 M 大沼 亜未 M 赤間 佑紀 助教

中谷 昌史 ＰＤ

佐々木 隆史 大学院生

D 山崎 裕一郎 D 松原 正樹 D 制野 友樹 D 柳橋 宣利 M 君島 健之 M 田中 格 M 小田 康史 M 矢吹 純 M 大沼 亜未 M 赤間 佑紀

村松研究室・紹介

多元物質科学研究所 素材工学研究棟１号館

プロセスシステム工学研究部門 ハイブリッドナノ粒子研究分野

2010/10/4

版

教授：村松淳司 准教授：蟹江澄志 助教：中谷昌史 PD:佐々木隆史

佐々木 隆史 大学院生

D 山崎 裕一郎 D 松原 正樹 D 制野 友樹 D 柳橋 宣利 M 君島 健之 M 田中 格 M 小田 康史 M 矢吹 純 M 大沼 亜未 M 赤間 佑紀 M 安 昌圭 学部学生 小林 裕季 西田 怜 研究補佐

RAINY CHOWDHURY 中川 奈穂子

石川 智恵 高橋 道子 秘書

安藤 千尋 高橋 美由紀 佐々木 隆史 大学院生

D 山崎 裕一郎 D 松原 正樹 D 制野 友樹 D 柳橋 宣利 M 君島 健之 M 田中 格 M 小田 康史 M 矢吹 純 M 大沼 亜未 M 赤間 佑紀 M 安 昌圭 学部学生 小林 裕季 西田 怜 研究補佐

RAINY CHOWDHURY 中川 奈穂子

石川 智恵 高橋 道子 秘書

安藤 千尋 高橋 美由紀

キーワード キーワード

 単分散ナノ粒子

 新触媒調製法

 光触媒・燃料電池

 ゼオライト

 ハイブリッドナノ粒子

 有機ー無機ハイブリッド

 半導体ナノドット

 単分散ナノ粒子

 新触媒調製法

 光触媒・燃料電池

 ゼオライト

 ハイブリッドナノ粒子

 有機ー無機ハイブリッド

 半導体ナノドット

別府海地獄

なぜ青いのか？

身近な疑問の解決

別府海地獄のシリカ粒子分散系

身近な疑問の解決

1 μ m

Fe

²

O

³

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

2 μ m

Fe

²

O

³

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

1 μ m

Fe

²

O

³

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

Fe

²

O

³

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

Ni metal

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

CdS

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

BaTiO

₃

50 nm

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

10 nm

SrTiO

₃

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

私たちは粒子の美を追究している

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

TiO

₂

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

AlSO

₄

(OH)

私たちは粒子の美を追究している

実用化合成技術 １バッチ

~ 100g/L .

全く新しい触媒調製法の創製

選択析出法 担持率

20wt%

数

nm

全く新しい触媒調製法の創製

選択析出法 担持率

20wt%

数

nm

1nm

以下の

Au

粒子

Ni/TiO

²

Ni=12wt%

全く新しい触媒調製法の創製

液相還元選択析出法最大担持率

20wt%

数

nm

50 nm

Ni-Zn(NaBH 4 )/SBA-15 全く新しい触媒調製法の創製

液相還元選択析出法最大担持率

20wt%

数

nm

50 nm

Ni-Zn(NaBH 4 )/SBA-15

Pd

²⁰

Te

⁷

全く新しい触媒調製法の創製

液相還元選択析出法最大担持率

20wt%

数

nm

全く新しい触媒調製法の創製

雰囲気制御レーザーアブレーション

base pump multi-target

holder

substrate

mirror

Nd:YAG

pulse laser target

全く新しい触媒調製法の創製

雰囲気制御レーザーアブレーション

10

^-6

10

^-3

10

^-2

1.2

×

10

^-2

1.8

×

10

^-2

10

^-4

1.4

×

10

^-2

1.6

×

10

^-2

2.0

×

10

^-2

1.3

×

10

^-2

CS₂ partial pressure (Torr)

全く新しい触媒調製法の創製

雰囲気制御レーザーアブレーション

10^-6 10^-3 10^-2

薄膜の光吸収スペクトル P_CS2(Torr)

200 400 600 800

0 50 100

 

 

Transmittance (%)

Wavelength (nm)

UV-vis spectra of thin film

全く新しい触媒調製法の創製

雰囲気制御レーザーアブレーション

具体的な研究題目（一部）



非鉛圧電材料用単分散微粒子の開発



光触媒用単分散チタニア粒子の精密形態制御



高導電性スズドープ酸化インジウムナノ粒子の液相一段 合成法の開発とサイズ・形態制御



液相還元選択析出法によるPd-Te, Rh-Teナノコンポ ジット粒子触媒の合成と触媒活性



モバイル用燃料電池リフォーマーの開発



部分硫化チタニア薄膜とCVRD法Ni添加による光触媒の 高活性化



リン脂質部位を有する電場応答性リオトロピック液晶の 創製と組織構造解析



遷移金属ドープ半導体ナノ粒子の合成



単分散ナノ粒子 と有機液晶性分子とのハイブリッド化



非鉛圧電材料用単分散微粒子の開発



光触媒用単分散チタニア粒子の精密形態制御



高導電性スズドープ酸化インジウムナノ粒子の液相一段 合成法の開発とサイズ・形態制御



液相還元選択析出法によるPd-Te, Rh-Teナノコンポ ジット粒子触媒の合成と触媒活性



モバイル用燃料電池リフォーマーの開発



部分硫化チタニア薄膜とCVRD法Ni添加による光触媒の 高活性化



リン脂質部位を有する電場応答性リオトロピック液晶の 創製と組織構造解析



遷移金属ドープ半導体ナノ粒子の合成



単分散ナノ粒子 と有機液晶性分子とのハイブリッド化

実験手法 実験手法

 液相法粒子合成

 ソルボサーマル法

 液晶等有機合成

 触媒反応(酸化,燃料電池他)

 光触媒反応装置(QE)

 機器分析(TEM,SEM,X線他)

 各種分光法(XPS,IR,UV他)

 液相法粒子合成

 ソルボサーマル法

 液晶等有機合成

 触媒反応(酸化,燃料電池他)

 光触媒反応装置(QE)

 機器分析(TEM,SEM,X線他)

 各種分光法(XPS,IR,UV他)

面特異的吸着によるハイブリッド化

H2 H4

単分散 α-Fe₂O₃微粒子 F

F

O P OH O

OH

L1

リン酸基を有する有機液晶性分子

91 nm

サーモトロピック キュービック相

47 nm

サーモトロピック ネマチック相

−有機無機ハイブリッド液晶化の鍵−

用いる無機微粒子の特徴的な形状と優れた単分散性 有機液晶メソゲンの選択と微粒子表面に対して高い 吸着性を示す官能基の導入

単分散α-Fe₂O₃ 粒子 と有機液晶性分子とのハイブリッド化

こういう 粒子は ハイブ リッド化 しない

最適なニオブ酸アルカリ系 圧電材料の量産化技術開発

高性能無鉛圧電アクチュエータの開発

１２

ナノテクノロジー

（水熱合成法）

アクチュエータ技術

セラミックス ナノ粒子

民間企業１ 民間企業２ 民間企業３，４／自動車関連企業

ナノマテリアル セラミックス 電子機器、光学機器、自動車

・新ナノ構造化技術

・緻密微細構造技術

・導電セラミックス技術

・コストダウン技術

実用化技術

・量産安定化技術

・コストダウン技術

・複合化組成技術

・ナノ粒子集積型八面体

積層化の量産化技術

の開発 カメラ用超音波モーター

（環境イメージ）

（二段階焼結）

工業用インクジェットプリンタヘッド

・評価・解析技術

・実装化技術

・コストダウン技術

・駆動制御技術

東北大学 多元物質科学研究所 ナノ粒子合成技術・複合機能化

他大学

粒界微細組織制御・ドメイン制御 八面体粒子

川上 川下

（異業種・異分野） （異業種・異分野）

再委託先

シーズ フィードバック ニーズ

高性能無鉛圧電アクチュエータの開発

村松研で開発したニオブ酸カリウムナトリウム粒子

高性能無鉛圧電アクチュエータの開発

村松研で開発したニオブ酸カリウムナトリウム粒子

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

村松研で開発したITO粒子

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

a

b

a

b

( 200 ) ( 400 )

( 400 ) ( 200 )- -

( 020 ) ( 040 )

( 040 ) ( 020 )-

-

村松研で開発したITO粒子

単分散ITOナノ粒子の合成と 透明導電膜への応用

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

国家プロジェクト「希少金属資源代替材料開発」

ＩＴＯナノ粒子合成

加工技術

インク処方

粒子焼成方法開発 分散・分級技術開発

バインダー・分散剤選定 粘度・表面張力調整

インクジェット法

（Ａ社）

・ ゲルーゾル法

・ 熱分解法

・ 液相還元法

間接合成法

直接合成法

① 形態制御

② 焼結防止剤

③ 液相熱処理法

・ その他の湿式法

高濃度高分散コロイド溶液 静電塗布法

（B社）

低温焼成で高透明性、低抵抗、高耐刷性の膜

インクジェット印刷による膜形成 静電塗布法による膜形成

たとえば、電子ペーパー用ITOナノインク

a

b

a

b

( 200 ) ( 400 )

( 400 ) ( 200 )- -

( 020 ) ( 040 )

( 040 ) ( 020 )-

-

村松研で開発したITO粒子

新エネルギー材料用ナノ粒子の 液相合成法開発

〜新規単分散粒子創製，

サイズ・形態の精密制御〜

C₂H₄O OH₄C₂ N C₂H₄O Ti OH₄C₂ N C₂H₄O Ti OH₄C₂ N

C₂H₄O OH₄C₂

C₂H₄OH Titanium(IV) isopropoxide (TIPO)

Triethanolamine (TEOA) TIPO:TEOA = 1:2

([TIPO]₀ = 0.25 mol dm^-3)

Stable complex

Ti(OH)₄ gel

TiO₂ (anatase)

1st aging (100℃, 1 day)

2nd aging (140℃, 3 days)

[Ti(OC₃H₇)₄]

[N(C

₂

H

₄

OH)

₃

]

Gel-Sol Process

Shape controller

H

₂

O (+HClO

₄

or + NaOH)

Formation Mechanism of

Titania

Time evolution of preparation of monodispersed titania

particles by the Gel-Sol method.

Time evolution of preparation of monodispersed titania

particles by the Gel-Sol method.

0 6 12 18 24

Time (h)

0 0.1 0.2

Concentration (mol dm-3 )

Concentration changes of TiO

₂

, Ti(OH)

₄

, and supernatant Ti

⁴⁺

species during the 2nd aging (pH = 10)

TiO₂

Ti(OH)₄

Supernatant Ti⁴⁺ species

Phase transformation:

Ti(OH)

₄

TiO

₂

http://21coe.jp/mura/

100 ˚C 24 h

140 ˚C

T. Sugimoto, “Monodispersed Particles,”Elsevier, Amsterdam, 2001.

K. Kanie and T. Sugimoto, Chem. Commun., 2004, 1584.

Synthesis of Monodispersed Anisotropic TiO

₂

Particles

Gel-Sol Method: Particle Preparation Technique by using Metal Hydroxide Gels Synthesis of Monodispersed Anisotropic TiO₂ Particles

Sol Formation by Crystal Growth

・Ti(OPrⁱ)₄

・Shape Controller (Amine, Amino Acid)

・pH Controller

・Stabilizer (N(CH₂CH₂OH)₃)

Gel Formation by H-Bonding Network of Ti(OH)₄

Effect of DETA on the shape of TiO₂ particles

[DETA] = 0 0.05 M

200 nm

[TIPO]₀ = 0.25 M,

[TEOA] = 0.50 M; pH 10.5

0.10 M 0.25 M

DETA

CH₂CH₂NH₂

CH₂CH₂NH₂ NH

Shape Control

Shape control of TiO₂ particles by the addition of amines

Primary Amines Secondary Amines Tertiary Amines

(a) ED 0.20M(b) TMD 0.05M

(c) DETA 0.05M(d) TETA 0.05M

(a) (C₂H₅)₂NH 0.05M (a) (CH₃)₃N 0.50M

(b) (C₂H₅)₂NH 0.20M(b) (C₂H₅)₃N 0.20M

ED: NH₂(CH₃)₂NH₂ TMD: NH₂(CH₂)₃NH₂

DETA: NH₂(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH₂ TETA: NH₂(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH₂

200 nm

http://21coe.jp/mura/

Anisotropic TiO

₂

Particles Obtained by the “Gel-Sol” Method

Ethylenediamine Init pH: 10.5

Succinic Acid Init pH: 10.5

Oleic Acid Init pH: 11.5

Oleic Acid Init pH: 9.9 Ethylenediamine

Init pH: 10.5, Seeds

Gluconic Acid Init pH: 9.5

Glutamic Acid Init pH: 10.5

none Init pH: 10.5

T. Sugimoto, X. Zhou, and A. Muramatsu, J. Colloid Interface Sci., 259, 53 (2003).

K. Kanie and T. Sugimoto, Chem. Commun., 2004, 1584.

http://21coe.jp/mura/

Shape Control by Amines and Oleate

Amines

Olate

Parallel to C-axis

Organic Amines Adsorb on TiO₂ Surfaces

Utilization for Organic-Inorganic Hybridization

形態・成長面の液相精密制御による光触媒活性ナノ粒子開発

形態制御ナノ粒子の光触媒活性評価

T1: 不定形; T2, T3: スピンドル; T4: 立方体型

光触媒活性の飛躍的向上が確認

■ 光触媒材料への応用

共同研究をお待ちしております よろしくお願い申し上げます

ｂｙ

村松研究室