メソポーラス金属ファイバーの合成に成功

シリカから金属へ、メソポーラス物質の新展開

2008.03.28

独立行政法人物質・材料研究機構

MANAの山内悠輔若手独立研究者は、ブロックコポリマーの自己組織化で形成する分子集合体を鋳型として用い、電気化学的な手法を適用することによりメソポーラス金属の大細孔径化に成功した。

概要

独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸輝雄) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (拠点長 : 青野正和) の山内悠輔若手独立研究者らは、早稲田大学理工学術院の黒田一幸教授らと共同で、陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型として用い、界面活性剤の自己組織化プロセスを適用することで特異なメソ (ナノ) 空間を持つ金属ファイバーの合成に成功した。
直径数nmの細孔が規則的に配列し、高比表面積を有するメソポーラス物質は、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た。近年、電気化学的手法を用いて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たが、従来のメソポーラス金属の構造は規則性に乏しく、また巨視的なレベルでのメソ細孔の配向制御や形態制御などが困難であった。
こうした困難を克服するため、下記の方法でメソ細孔をもつ金属ファイバーを合成した。陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型として、マクロ細孔の中に自己組織化プロセスによって界面活性剤の規則的な集合体を形成させ、電気化学プロセス (鍍金技術) で金属 (白金) を析出させる。最後に、陽極酸化ポーラスアルミナと界面活性剤を除去することでメソ細孔を有する金属ファイバーを作成する。電子線トモグラフィー⁴⁾によると、メソ細孔はファイバーの長軸に対して垂直に配向しており、ドーナッツ状 (環状) に重なった構造をもつことがわかった。
この規則的なメソ細孔を持つ金属ファイバーは、高い表面積を有し、金属のみの骨格から形成しているため、従来のシリカ系メソポーラス物質では不可能であった電気化学的な幅広い応用が期待される。また、この金属ファイバーの集合体は、ファイバー間のマクロ空間とファイバー中のメソ空間のように大きさの異なる空間が存在した階層構造をもち、外部から様々な物質を取り込みやすい構造になっているため、電極などとして用いると取り込んだ物質が非常に速く拡散できる。本技術は、白金に留まらずほとんどの金属・合金系に適用できるため、金属骨格の組成を変えることによって、バイオセンシング・燃料電池・キャパシターなどの様々な応用展開が期待できる。
本研究成果は、アメリカ化学会の『Journal of the American Chemical Society』誌に速報 (Communication) として近日に発表される。

プレス資料中の図4: メソポーラスPtファイバーの電子線トモグラフィー