日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 30(3): 85-94 (2013)
doi:10.20731/zeoraito.30.3.85

解説解説

非シリカ系メソポーラス金属酸化物薄膜の新展開Recent Progress of Non-siliceous Mesoporous Metal Oxide Films

1(独)物質・材料研究機構 若手国際研究センターInternational Center for Young Scientists (ICYS), National Institute for Materials Science (NIMS) ◇ 〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1

2(独)物質・材料研究機構 WPI-国際ナノアーキテクトニクス研究拠点World Premier International (WPI) Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS) ◇ 〒305-0044 茨城県つくば市並木1-1

受理日:2013年7月30日Accepted: July 30, 2013
発行日:2013年9月30日Published: September 30, 2013
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メソポーラス物質は,有機鋳型存在下で無機種の加水分解・重縮合反応を行い,有機/無機ハイブリッド複合体を作製し,最後に有機鋳型を除去することで合成できる。有機鋳型の形状・サイズ・配列を調節することで,そのレプリカであるメソポーラス物質の細孔の形状・サイズ・配列も調節可能である。メソポーラス材料の形態は,ナノ粒子,バルク,ファイバーなど多岐にわたるが,特にメソポーラス薄膜はデバイス応用への観点から注目を集めている。ゲスト種の薄膜中へのアクセシビリティや薄膜中でのそれらの拡散性の向上は,デバイス応用上重要になってくるが,通常のメソポーラス薄膜の細孔配向や細孔サイズが必ずしも適しているわけではなかった。また,細孔骨格の組成としてはシリカが一般的であるが,その絶縁性および物性の乏しさなどにより,メソポーラス薄膜の応用範囲が限られてしまっている。したがって,メソポーラス薄膜のさらなる応用展開のためには,非シリカ系物質へ骨格組成を拡大させ,同時に細孔空間をより精密に構造制御させる必要がある。本解説では非シリカ系メソポーラス金属酸化物薄膜に関するこれまでの研究を紹介するとともに,我々が最近着手している一連の研究成果をまとめる。

Synthesis of non-siliceous mesoporous metal oxides has attracted tremendous attention in materials community. Among various morphologies of mesoporous materials, ordered mesoporous films are very attractive for applications in electronics, optics, sensing, etc. Control of the pore architectures in the films, such as vertical mesoporosity and large-sized mesopores, has a significant effect on performance in these applications. Compared to closed pores and cage-type pores, connected mesoporosity allows more effective pore utilization. In particular, vertically connected mesoporosity is much more desirable than horizontally connected mesoporosity, because the vertical orientation exhibits better diffusion of the guest species into the inner mesospace. Unfortunately, 2D hexagonal mesostructures generally tend to lie on the substrate surface. Although some special techniques, such as use of a patterned substrate and magnetic field, have been applied to the creation of vertical mesoporosity in mesoporous silica films, the preparation of non-siliceous mesoporous metal oxide films with vertical mesoporosity is still very challenging and requires further studies. In addition to the pore orientation, it is also very important to fabricate large mesopores since they facilitate the diffusion of guest molecules and can be utilized in emerging applications such as biotechnology involving large target species. In principle, the pore size is determined by the templating micelle. Using long chain surfactants of high molecular weight enables fabrication of ordered large-sized mesoporous materials. It has been recently proven that block copolymers with high molecular weights and big differences in hydrophobicity between the blocks can be directly utilized for the formation of large mesopores. A more facile and straightforward process for synthesizing mesoporous films with desired pore architectures is still needed. In this review, we summary recent progress in the synthesis and applications of non-siliceous mesoporous metal oxide films.

キーワード:メソポーラス物質;メソポーラス薄膜;金属酸化物;チタニア;アルミナ

Key words: mesoporous material; mesoporous film; metal oxide; titania; alumina

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