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キーワード：
金ナノ粒子/金クラスター/金ナノロッド/多元系金ナノ粒子/構造・物性/表面化学/形態制御/単分散化/固定化/分光イメージング/プラズモニクス/金ナノ粒子ペースト/バイオセンシング/イムノクロマト診断薬/触媒作用/環境保全
刊行にあたって
<普及版の刊行にあたって>
本書は2009年に『金ナノテクノロジー』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。
シーエムシー出版 編集部
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【第I編】 【金ナノテクノロジー序論】
第1章 寸法を小さくすると何が変わるか?
1 はじめに
2 表面原子の割合の増加
3 熱的性質
3.1 融点
3.2 デバイ温度
4 光吸収特性
5 電子状態
6 化学反応性
7 おわりに
【第I編】 第2章 新しい視点から見た金ナノ粒子のサイズ形態制御技術の背景
1 はじめに
2 一般則
2.1 単分散化の条件
2.1.1 核生成期と成長期の分離
2.1.2 成長の自動停止による単分散化
2.1.3 種粒子による単分散化
2.2 サイズの制御
2.2.1 LaMer機構によるサイズ制御
2.2.2 ゲルーゾル系におけるサイズ制御
2.2.3 種粒子によるサイズ制御
2.3 形状の制御
2.3.1 単結晶粒子の形状
2.3.2 双晶粒子の形状
2.3.3 螺旋転位による単結晶粒子の形状制御
3 金ナノ粒子のサイズ形態制御
3.1 合成系
3.1.1 水溶液系
3.1.2 油溶液系
3.1.3 ポリオール系
3.1.4 逆ミセル系
3.1.5 油水2相系
3.1.6 油固水3相系
3.1.7 固水2相系
3.2 サイズ制御
3.3 形態制御
3.3.1 球形粒子
3.3.2 立方体,立方8面体,8面体粒子
3.3.3 棒状粒子
3.3.4 正3角形および6角形平板粒子
3.3.5 4面体,10面体,20面体粒子
3.3.6 中空型粒子
4 おわりに
【第II編】 【金ナノ粒子・クラスターの調整】
第3章 金クラスターのサイズ制御:気相生成と液相合成
1 真空中での金クラスター生成
1.1 なぜ気相に孤立化させるか?
1.2 研究方法と研究事例
1.2.1 生成法
1.2.2 生成分布と安定性
1.2.3 電子構造
1.2.4 幾何構造
1.2.5 反応性
2 溶液中での金クラスター合成
2.1 溶液中でのサイズ選択的合成法
2.2 合成例
2.2.1 ホスフィン保護金クラスター
2.2.2 チオラート保護金クラスター
2.2.3 ポリマー,デンドリマー保護金クラスター
3 まとめ
【第II編】 第4章 金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 ナノ粒子の製法戦略
3 金ナノ粒子の調製
3.1 NaBH4還元法
3.2 アルコール還元法
3.3 クエン酸還元法
3.4 錯体熱分解法
3.5 超音波法
3.6 プレートの製法
3.7 液中レーザーアビュレーション
4 おわりに
【第II編】 第5章 金ナノロッドの調製
1 はじめに
2 金ナノロッドの「発見」
3 界面活性剤溶液を用いた金ナノロッドの調製
3.1 電解法
3.2 シーディング法
3.3 光反応法
4 おわりに
【第II編】 第6章 多元系金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 多元系金ナノ粒子の構造
3 多元系金ナノ粒子の調製法
4 多元系合金ナノ粒子の構造制御
5 多元系金ナノ粒子の応用
【第II編】 第7章 金属錯体熱分解法による金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 金(I)―チオレート錯体の熱分解法による金ナノ粒子の調製
3 アミン共存下での金(I)―チオレート錯体の熱分解法による金ナノ粒子の粒子径制御
4 単分散金ナノ粒子の調製のための金(I)錯体の分子設計
5 熱分解法による金―銀合金ナノ粒子の調製
6 金ナノ粒子ペーストへの応用
7 おわりに
【第II編】 第8章 金ナノ粒子・クラスターの分散・固定化法概論
1 はじめに
2 金をナノ粒子やクラスターとして担体上に分散・固定化する方法とその分類
3 金ナノ粒子の接合構造の制御
4 金粒子径の制御
5 不純物の制御
6 おわりに
【第II編】 第9章 金属酸化物への担持
1 はじめに
2 含浸法
3 共沈法
4 析出沈殿法
5 有機金属錯体を用いる方法
5.1 液相法
5.2 イオン交換法
5.3 気相法
5.4 固相混合法
6 アークプラズマ法
7 おわりに
【第II編】 第10章 炭素および高分子への担持
1 はじめに
2 コロイド固定化法
3 析出還元法
4 気相グラフティング法
5 固相混合法
6 炭素および高分子に担持した金ナノ粒子の触媒特性
7 おわりに
【第III編】 【金ナノ粒子・クラスターの構造と物性】
第11章 金の表面化学
1 はじめに
2 金単結晶
2.1 金単結晶表面の酸化特性
2.2 金単結晶表面上でのCO吸着
2.3 酸化した金単結晶表面上でのCO酸化反応
2.4 酸化した金単結晶表面上でのプロピレン酸化反応
3 酸化物担持金モデル触媒
3.1 低配位金原子の存在
3.2 担体―金の間の電荷移動
3.3 量子サイズ効果
【第III編】 第12章 金クラスターの計算化学
1 はじめに
2 有機・無機複合磁性体の理論的研究
3 金クラスターの水分添加効果
4 PVP保護コロイドによる金クラスターの活性化
5 おわりに
【第III編】 第13章 金ナノ粒子の多面体構造
1 はじめに
2 多面体構造とHRTEM観察
2.1 面取り8面体構造(TOh)とその他の結晶性粒子
2.2 5角10面体構造(Dh)
2.3 正20面体構造(Ih)
3 多面体構造の成長とサイズ・温度に関する安定性
3.1 多面体構造の相対的安定性のサイズ依存性(計算)
3.2 多面体構造の成長・熱処理効果・液固転移による構造形成のサイズ依存性(実験)
4 おわりに
【第III編】 第14章 金ナノ粒子の担体との接合構造
1 はじめに
2 電子顕微鏡による界面構造観察
2.1 高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)法
2.2 高角環状暗視野走査型透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)法
3 Au/TiO2触媒の観察
4 Au-TiO2界面の高分解能HAADF-STEM観察
5 Au/CeO2触媒の観察
6 Au-CeO2界面の高分解能HAADF-STEM像
7 おわりに
【第III編】 第15章 Auを中心とする貴金属ナノ粒子磁性から見る物質科学
1 はじめに
2 貴金属ナノ粒子の磁化測定と磁性出現問題
3 表面効果と保護材効果の重要性
4 ナノ粒子の分析のまとめ
5 XMCDによる原子選択的な磁化測定
6 ナノ粒子からバルク物質へ
7 ナノ粒子のESRと非線形効果
8 ESRによるナノ磁性のメカニズムの分析
9 まとめの議論と展望
【第III編】 第16章 単一金ナノ粒子の分光イメージング
1 はじめに
2 金ナノ粒子の光学応答
3 単一ナノ粒子の光散乱分光
3.1 レイリー散乱分光の測定原理
3.2 顕微光散乱分光装置
4 分光イメージング
5 おわりに
【第III編】 第17章 金の触媒作用におけるサイズ効果
1 はじめに
2 サイズ効果
2.1 サイズ効果とは
2.2 サイズ効果の各論
2.2.1 一酸化炭素の酸化反応
2.2.2 グルコースの液相での選択酸素酸化
2.2.3 その他
2.3 クラスター領域への展開において留意すべき点
3 金ナノ粒子の粒径の取り扱いの実際
3.1 サイズ効果を測定する上で必要なこと
3.2 粒子・クラスターサイズの分析法の選択
3.3 なぜ統計処理が重要なのか?
3.4 「見えないこと」=「存在しないこと」か
3.5 粒径のサンプル数
3.6 ヒストグラムと誤差表現
3.7 実際の例
4 おわりに
【第IV編】 【ナノゴールドの応用】
第18章 金ナノ粒子が拓くプラズモニクス
1 はじめに
2 金ナノ粒子の特性
3 光エネルギー変換の例
4 金ナノロッドでみる応用例
4.1 センシング
4.2 メモリへの応用
4.3 イメージングへの応用
4.4 バイオ方面への展開
5 実用面でみるプラズモニクスの将来性
5.1 技術革新の方向性
5.2 技術の展開領域
6 おわりに
【第IV編】 第19章 金ナノ粒子が拓くフォトニクス
1 はじめに
2 金ナノ粒子ドープガラス
3 金ナノ粒子ドープ非線形薄膜
3.1 半導体:コアシェル複合ナノ粒子
3.2 金ナノ粒子の連結
3.3 形状に異方性をもった金ナノ粒子
【第IV編】 第20章 金ナノ粒子が拓くエレクトロニクス
1 はじめに
2 CnS-Auナノ粒子の単一粒子電子物性
3 配位子間π-π相互作用による微細金ナノ粒子六方晶二次元超格子の創製
3.1 π共役有機配位子を用いた微細Auナノ粒子の合成
3.2 非平衡自己集合による微細Auナノ粒子二次元超格子の創製と粒子間距離制御
3.3 微細Auナノ粒子二次元超格子の長距離規則化
4 大環状π共役部位のAuナノ粒子への面配位によるトンネル抵抗低減
5 おわりに
【第IV編】 第21章 色材としての濃厚金ナノ粒子ペースト
1 はじめに
2 濃厚金ナノ粒子ペーストの製造
2.1 基本プロセス
2.2 多段階合成
3 プラズモン・カラー
3.1 塗料用着色剤としての利用
3.2 カラーバリエーション
4 金属調コーティング
5 おわりに
【第IV編】 第22章 金ナノ粒子の表面プラズモン励起を利用する質量分析
1 はじめに
2 金ナノ微粒子と分析技術との接点
3 LDI-MS法の現状
4 金ナノ微粒子のLDI-MS法における利用法
5 SP-LDI-MSにおけるイオン化機構へのアプローチ
6 SP-LDI-MS法の検出限界の向上へのアプローチ
7 実試料測定に向けた様々な試料分子の測定
8 まとめと今後の展望
【第IV編】 第23章 金ナノ粒子を用いるバイオセンシング
1 金ナノ粒子の分散・凝集を利用した可視バイオセンシング
2 架橋型金ナノ粒子凝集
3 非架橋型金ナノ粒子凝集((a)表面電荷の変化)
4 非架橋型金ナノ粒子凝集((b)表面性質の変化)
5 おわりに
【第IV編】 第24章 金コロイドのイムノクロマト診断薬への応用
1 はじめに―背景―
2 イムノクロマト診断薬に用いられる金コロイドの性質,特徴
2.1 表面プラズモン(SPR)効果
2.2 安定性と抗体や抗原との反応性
2.3 粒子の大きさと感度
2.4 粒子径のばらつきとその影響
3 イムノクロマト診断薬の構造とメカニズム
3.1 体外診断薬とイムノクロマト
3.2 イムノクロマトの構造
3.3 イムノクロマトの操作法とそのメカニズム
4 応用例,現状の問題とこれからの期待
4.1 hCG
4.2 PSA
4.3 Flu
4.4 その他への応用,食の安全と信頼される流通
4.4.1 Pork
4.4.2 Alle
5 おわりに―将来のあるべき姿は―
【第IV編】 第25章 金ナノ粒子の触媒作用と環境保全への応用
1 はじめに
2 金が触媒として働くための条件
2.1 金が触媒となる4つの条件
2.2 金ナノ粒子触媒の3要素
2.3 金触媒の活性サイト
3 室温空気浄化
3.1 CO酸化
3.2 HCHO酸化
3.3 アンモニア,トリメチルアミンの酸化分解
4 大気環境保全
4.1 ダイオキシンの低温分解
4.2 ディーゼルNOxの低減
4.3 水素の製造と生成
5 グリーン・サスティナブル・ケミストリーの開拓
5.1 高難度選択酸化:プロピレンの気相一段エポキシ化
5.2 特異な生成物選択性:エタノールの酸化とグルコースの酸化
5.3 反応基質選択性:エチレングリコールとメタノールからの一段エステル合成
5.4 官能基選択性:α,β不飽和アルデヒドの選択的水素化など
5.5 Slmple Chemistry
5.6 均一系触媒の代替:オレフィンのヒドロホルミル化
6 結び:将来展望
第1章 寸法を小さくすると何が変わるか?
1 はじめに
2 表面原子の割合の増加
3 熱的性質
3.1 融点
3.2 デバイ温度
4 光吸収特性
5 電子状態
6 化学反応性
7 おわりに
【第I編】 第2章 新しい視点から見た金ナノ粒子のサイズ形態制御技術の背景
1 はじめに
2 一般則
2.1 単分散化の条件
2.1.1 核生成期と成長期の分離
2.1.2 成長の自動停止による単分散化
2.1.3 種粒子による単分散化
2.2 サイズの制御
2.2.1 LaMer機構によるサイズ制御
2.2.2 ゲルーゾル系におけるサイズ制御
2.2.3 種粒子によるサイズ制御
2.3 形状の制御
2.3.1 単結晶粒子の形状
2.3.2 双晶粒子の形状
2.3.3 螺旋転位による単結晶粒子の形状制御
3 金ナノ粒子のサイズ形態制御
3.1 合成系
3.1.1 水溶液系
3.1.2 油溶液系
3.1.3 ポリオール系
3.1.4 逆ミセル系
3.1.5 油水2相系
3.1.6 油固水3相系
3.1.7 固水2相系
3.2 サイズ制御
3.3 形態制御
3.3.1 球形粒子
3.3.2 立方体,立方8面体,8面体粒子
3.3.3 棒状粒子
3.3.4 正3角形および6角形平板粒子
3.3.5 4面体,10面体,20面体粒子
3.3.6 中空型粒子
4 おわりに
【第II編】 【金ナノ粒子・クラスターの調整】
第3章 金クラスターのサイズ制御:気相生成と液相合成
1 真空中での金クラスター生成
1.1 なぜ気相に孤立化させるか?
1.2 研究方法と研究事例
1.2.1 生成法
1.2.2 生成分布と安定性
1.2.3 電子構造
1.2.4 幾何構造
1.2.5 反応性
2 溶液中での金クラスター合成
2.1 溶液中でのサイズ選択的合成法
2.2 合成例
2.2.1 ホスフィン保護金クラスター
2.2.2 チオラート保護金クラスター
2.2.3 ポリマー,デンドリマー保護金クラスター
3 まとめ
【第II編】 第4章 金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 ナノ粒子の製法戦略
3 金ナノ粒子の調製
3.1 NaBH4還元法
3.2 アルコール還元法
3.3 クエン酸還元法
3.4 錯体熱分解法
3.5 超音波法
3.6 プレートの製法
3.7 液中レーザーアビュレーション
4 おわりに
【第II編】 第5章 金ナノロッドの調製
1 はじめに
2 金ナノロッドの「発見」
3 界面活性剤溶液を用いた金ナノロッドの調製
3.1 電解法
3.2 シーディング法
3.3 光反応法
4 おわりに
【第II編】 第6章 多元系金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 多元系金ナノ粒子の構造
3 多元系金ナノ粒子の調製法
4 多元系合金ナノ粒子の構造制御
5 多元系金ナノ粒子の応用
【第II編】 第7章 金属錯体熱分解法による金ナノ粒子の調製
1 はじめに
2 金(I)―チオレート錯体の熱分解法による金ナノ粒子の調製
3 アミン共存下での金(I)―チオレート錯体の熱分解法による金ナノ粒子の粒子径制御
4 単分散金ナノ粒子の調製のための金(I)錯体の分子設計
5 熱分解法による金―銀合金ナノ粒子の調製
6 金ナノ粒子ペーストへの応用
7 おわりに
【第II編】 第8章 金ナノ粒子・クラスターの分散・固定化法概論
1 はじめに
2 金をナノ粒子やクラスターとして担体上に分散・固定化する方法とその分類
3 金ナノ粒子の接合構造の制御
4 金粒子径の制御
5 不純物の制御
6 おわりに
【第II編】 第9章 金属酸化物への担持
1 はじめに
2 含浸法
3 共沈法
4 析出沈殿法
5 有機金属錯体を用いる方法
5.1 液相法
5.2 イオン交換法
5.3 気相法
5.4 固相混合法
6 アークプラズマ法
7 おわりに
【第II編】 第10章 炭素および高分子への担持
1 はじめに
2 コロイド固定化法
3 析出還元法
4 気相グラフティング法
5 固相混合法
6 炭素および高分子に担持した金ナノ粒子の触媒特性
7 おわりに
【第III編】 【金ナノ粒子・クラスターの構造と物性】
第11章 金の表面化学
1 はじめに
2 金単結晶
2.1 金単結晶表面の酸化特性
2.2 金単結晶表面上でのCO吸着
2.3 酸化した金単結晶表面上でのCO酸化反応
2.4 酸化した金単結晶表面上でのプロピレン酸化反応
3 酸化物担持金モデル触媒
3.1 低配位金原子の存在
3.2 担体―金の間の電荷移動
3.3 量子サイズ効果
【第III編】 第12章 金クラスターの計算化学
1 はじめに
2 有機・無機複合磁性体の理論的研究
3 金クラスターの水分添加効果
4 PVP保護コロイドによる金クラスターの活性化
5 おわりに
【第III編】 第13章 金ナノ粒子の多面体構造
1 はじめに
2 多面体構造とHRTEM観察
2.1 面取り8面体構造(TOh)とその他の結晶性粒子
2.2 5角10面体構造(Dh)
2.3 正20面体構造(Ih)
3 多面体構造の成長とサイズ・温度に関する安定性
3.1 多面体構造の相対的安定性のサイズ依存性(計算)
3.2 多面体構造の成長・熱処理効果・液固転移による構造形成のサイズ依存性(実験)
4 おわりに
【第III編】 第14章 金ナノ粒子の担体との接合構造
1 はじめに
2 電子顕微鏡による界面構造観察
2.1 高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)法
2.2 高角環状暗視野走査型透過電子顕微鏡(HAADF-STEM)法
3 Au/TiO2触媒の観察
4 Au-TiO2界面の高分解能HAADF-STEM観察
5 Au/CeO2触媒の観察
6 Au-CeO2界面の高分解能HAADF-STEM像
7 おわりに
【第III編】 第15章 Auを中心とする貴金属ナノ粒子磁性から見る物質科学
1 はじめに
2 貴金属ナノ粒子の磁化測定と磁性出現問題
3 表面効果と保護材効果の重要性
4 ナノ粒子の分析のまとめ
5 XMCDによる原子選択的な磁化測定
6 ナノ粒子からバルク物質へ
7 ナノ粒子のESRと非線形効果
8 ESRによるナノ磁性のメカニズムの分析
9 まとめの議論と展望
【第III編】 第16章 単一金ナノ粒子の分光イメージング
1 はじめに
2 金ナノ粒子の光学応答
3 単一ナノ粒子の光散乱分光
3.1 レイリー散乱分光の測定原理
3.2 顕微光散乱分光装置
4 分光イメージング
5 おわりに
【第III編】 第17章 金の触媒作用におけるサイズ効果
1 はじめに
2 サイズ効果
2.1 サイズ効果とは
2.2 サイズ効果の各論
2.2.1 一酸化炭素の酸化反応
2.2.2 グルコースの液相での選択酸素酸化
2.2.3 その他
2.3 クラスター領域への展開において留意すべき点
3 金ナノ粒子の粒径の取り扱いの実際
3.1 サイズ効果を測定する上で必要なこと
3.2 粒子・クラスターサイズの分析法の選択
3.3 なぜ統計処理が重要なのか?
3.4 「見えないこと」=「存在しないこと」か
3.5 粒径のサンプル数
3.6 ヒストグラムと誤差表現
3.7 実際の例
4 おわりに
【第IV編】 【ナノゴールドの応用】
第18章 金ナノ粒子が拓くプラズモニクス
1 はじめに
2 金ナノ粒子の特性
3 光エネルギー変換の例
4 金ナノロッドでみる応用例
4.1 センシング
4.2 メモリへの応用
4.3 イメージングへの応用
4.4 バイオ方面への展開
5 実用面でみるプラズモニクスの将来性
5.1 技術革新の方向性
5.2 技術の展開領域
6 おわりに
【第IV編】 第19章 金ナノ粒子が拓くフォトニクス
1 はじめに
2 金ナノ粒子ドープガラス
3 金ナノ粒子ドープ非線形薄膜
3.1 半導体:コアシェル複合ナノ粒子
3.2 金ナノ粒子の連結
3.3 形状に異方性をもった金ナノ粒子
【第IV編】 第20章 金ナノ粒子が拓くエレクトロニクス
1 はじめに
2 CnS-Auナノ粒子の単一粒子電子物性
3 配位子間π-π相互作用による微細金ナノ粒子六方晶二次元超格子の創製
3.1 π共役有機配位子を用いた微細Auナノ粒子の合成
3.2 非平衡自己集合による微細Auナノ粒子二次元超格子の創製と粒子間距離制御
3.3 微細Auナノ粒子二次元超格子の長距離規則化
4 大環状π共役部位のAuナノ粒子への面配位によるトンネル抵抗低減
5 おわりに
【第IV編】 第21章 色材としての濃厚金ナノ粒子ペースト
1 はじめに
2 濃厚金ナノ粒子ペーストの製造
2.1 基本プロセス
2.2 多段階合成
3 プラズモン・カラー
3.1 塗料用着色剤としての利用
3.2 カラーバリエーション
4 金属調コーティング
5 おわりに
【第IV編】 第22章 金ナノ粒子の表面プラズモン励起を利用する質量分析
1 はじめに
2 金ナノ微粒子と分析技術との接点
3 LDI-MS法の現状
4 金ナノ微粒子のLDI-MS法における利用法
5 SP-LDI-MSにおけるイオン化機構へのアプローチ
6 SP-LDI-MS法の検出限界の向上へのアプローチ
7 実試料測定に向けた様々な試料分子の測定
8 まとめと今後の展望
【第IV編】 第23章 金ナノ粒子を用いるバイオセンシング
1 金ナノ粒子の分散・凝集を利用した可視バイオセンシング
2 架橋型金ナノ粒子凝集
3 非架橋型金ナノ粒子凝集((a)表面電荷の変化)
4 非架橋型金ナノ粒子凝集((b)表面性質の変化)
5 おわりに
【第IV編】 第24章 金コロイドのイムノクロマト診断薬への応用
1 はじめに―背景―
2 イムノクロマト診断薬に用いられる金コロイドの性質,特徴
2.1 表面プラズモン(SPR)効果
2.2 安定性と抗体や抗原との反応性
2.3 粒子の大きさと感度
2.4 粒子径のばらつきとその影響
3 イムノクロマト診断薬の構造とメカニズム
3.1 体外診断薬とイムノクロマト
3.2 イムノクロマトの構造
3.3 イムノクロマトの操作法とそのメカニズム
4 応用例,現状の問題とこれからの期待
4.1 hCG
4.2 PSA
4.3 Flu
4.4 その他への応用,食の安全と信頼される流通
4.4.1 Pork
4.4.2 Alle
5 おわりに―将来のあるべき姿は―
【第IV編】 第25章 金ナノ粒子の触媒作用と環境保全への応用
1 はじめに
2 金が触媒として働くための条件
2.1 金が触媒となる4つの条件
2.2 金ナノ粒子触媒の3要素
2.3 金触媒の活性サイト
3 室温空気浄化
3.1 CO酸化
3.2 HCHO酸化
3.3 アンモニア,トリメチルアミンの酸化分解
4 大気環境保全
4.1 ダイオキシンの低温分解
4.2 ディーゼルNOxの低減
4.3 水素の製造と生成
5 グリーン・サスティナブル・ケミストリーの開拓
5.1 高難度選択酸化:プロピレンの気相一段エポキシ化
5.2 特異な生成物選択性:エタノールの酸化とグルコースの酸化
5.3 反応基質選択性:エチレングリコールとメタノールからの一段エステル合成
5.4 官能基選択性:α,β不飽和アルデヒドの選択的水素化など
5.5 Slmple Chemistry
5.6 均一系触媒の代替:オレフィンのヒドロホルミル化
6 結び:将来展望
