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ナノホールを有するシート状白金ナノ粒子及びその製造法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P08P006651
整理番号 E-033
掲載日 2009年3月27日
出願番号 特願2007-230284
公開番号 特開2009-062571
登録番号 特許第4958109号
出願日 平成19年9月5日(2007.9.5)
公開日 平成21年3月26日(2009.3.26)
登録日 平成24年3月30日(2012.3.30)
発明者
  • 木島 剛
  • 酒井 剛
  • 長友 優
出願人
  • 国立大学法人 宮崎大学
発明の名称 ナノホールを有するシート状白金ナノ粒子及びその製造法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】触媒や電極などとして使用することができる新規な細孔形状、新規なサイズを有するシート状白金ナノ粒子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】貴金属元素である白金(Pt)、白金(Pt)と他の貴金属、若しくは白金(Pt)と卑金属よってその骨格が構成され、かつ厚さ2~25nm、外径30~600nmの単結晶質シートであって、直径1~3.5nmの六角形若しくは円形、又は幅1~3.5nm、長さ3.5~10nmの楕円形若しくは長方形の凹面状ナノホールが、4~5nmのほぼ等間隔又は1~5nmの不等間隔で配列した構造を有することを特徴とするシート状白金ナノ粒子である。また、白金錯化合物等、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる一種類の非イオン界面活性剤、若しくはもう一種の非イオン界面活性剤を加えた合計二種類の非イオン界面活性剤、並びに水からなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させることにより、シート状白金ナノ粒子を製造する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


エネルギー変換および物質変換のための各種電極触媒及びガス拡散電極は、一般に、カーボン等の導電性担体に、金属塩の水溶液あるいはコロイド分散系を用いて金属成分を導入したのち、焼成、水素還元などの処理を行い調製する方法(非特許文献1)や、CVDなどの気相法を用いて調製される。つまり、電極触媒は、固体担体の表面に金属粒子を担持した複合粒子の形で調製され、その活性は、金属種はもとより、担持された金属微粒子の大きさ、結晶面の種類、担体の種類などによって変化し、微粒子の形状および大きさの制御は特に重要である。



このため、貴金属触媒および貴金属電極触媒の調製法として、上記の一般的な方法を様々に工夫することに加えて、ポリビニルピロリドンなどの保護剤存在下で液相還元し貴金属コロイドを作製する方法(非特許文献2)なども開発されてきている。



最近では、メソポーラスシリカを鋳型とする光還元、Hガス及び電着法を用いた還元により白金ナノワイヤが得られており、(非特許文献3、4)また、パラジウムについても、シリカを鋳型として、その細孔径に応じた直径および長さをもつナノワイヤが合成されている(非特許文献5)。また、三次元細孔構造をもつメソポーラスシリカを鋳型とする水素還元により、白金ワイヤが三次元網目状に連結し、シリカ壁の厚さに相当する直径約3 nmの細孔をもつポーラス白金粒子が得られているが(非特許文献6)、いずれもカーボン上への担持についての言及はない。



一方、本発明者らは、二種類の界面活性剤から成る液晶を鋳型として塩化白金酸を還元する手法を開発し、還元剤および白金塩の種類によって、外径6~7nm、内径3~4nmの白金、パラジウムなどの貴金属ナノチューブおよびスポンジ状貴金属ナノ粒子およびスポンジ状貴金属ナノ粒子担持カーボンを製造した(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。



しかしながら、上記の文献に開示されている貴金属ナノ構造体は、あくまで独立して生成するバルクの超微粉やスポンジ状白金担持カーボンであり、ナノホールを有するシート状白金ナノ粒子についての言及はない。




【非特許文献1】富永博夫ほか1名、化学総説「触媒設計」、日本化学会編、1982年、p.50-63

【非特許文献2】N. Toshimaほか1名、Bull.Chem. Soc. Jpn., 65, 400 (1992)

【非特許文献3】M. Sasakiほか6名、Microporous Mesoporous Mater., 21, 597 (1998).

【非特許文献4】Z. Liuほか7名、Angew.Chem. Int. Ed., 39, 3107 (2000).

【非特許文献5】K-. B. Leeほか2名、 Adv. Mater., 13, 7, 517 (2001).

【非特許文献6】H. J. Shinほか3名J.Am. Chem. Soc., 123, 1246-1247 (2001).

【特許文献1】木島 剛、特許第3842177号公報

【特許文献2】木島 剛 ほか1名、特開2006-045582号公報

【特許文献3】木島 剛 ほか1名、特開2006-228450号公報

産業上の利用分野


本発明は、金属白金の化学的、電気化学的及び磁気的特性を利用した燃料電池用触媒、自動車排ガス処理用触媒等の産業及び環境分野における各種化学反応に対する触媒、電気分解用電極等の各種電気化学反応に対する電極、又は、温度、圧力、ガスセンサ素子等のフォトニクス・エレクトロニクス・情報技術用基礎素材若しくは機能素子などとして使用される白金を主成分とし、ナノホールを有するシート状金属ナノ粒子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
貴金属元素である白金(Pt)よってその骨格が構成され、かつ厚さ2~25nm、外径30~600nmの単結晶質シート状粒子であって、直径1~3.5nmの六角形若しくは円形、又は幅1~3.5nm、長さ3.5~10nmの楕円形若しくは長方形の凹面状ナノホールが、4~5nmのほぼ等間隔又は1~5nmの不等間隔で配列した構造を有することを特徴とするシート状白金ナノ粒子。

【請求項2】
貴金属元素である白金(Pt)と、貴金属元素である金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、及びルテニウム(Ru)よりなる群から選択された一種以上の元素を任意の割合で混和した組織によってその骨格が構成され、かつ厚さ2~25nm、外径30~600nmの単結晶質シート状粒子であって、直径1~3.5nmの六角形若しくは円形、又は幅1~3.5nm、長さ3.5~10nmの楕円形若しくは長方形の凹面状ナノホールが、4~5nmのほぼ等間隔又は1~5nmの不等間隔で配列した構造を有することを特徴とするシート状貴金属ナノ粒子。

【請求項3】
貴金属元素である白金(Pt)と、卑金属元素から選択された一種以上の元素を任意の割合で混和した組織によってその骨格が構成され、かつ厚さ2~25nm、外径30~600nmの単結晶質シート状粒子であって、直径1~3.5nmの六角形若しくは円形、又は幅1~3.5nm、長さ3.5~10nmの楕円形若しくは長方形の凹面状ナノホールが、4~5nmのほぼ等間隔又は1~5nmの不等間隔で配列した構造を有することを特徴とするシート状貴金属ナノ粒子。

【請求項4】
白金錯化合物、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤、若しくは、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤とポリオキシエチレンアルキルエーテル類よりなる非イオン界面活性剤の合わせて二種類の界面活性剤、並びに水からなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させることにより、請求項1に記載のシート状白金ナノ粒子を製造することを特徴とするシート状白金ナノ粒子の製造方法。

【請求項5】
白金錯化合物と、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、及びルテニウム(Ru)よりなる群から選択された一種以上の元素の貴金属塩若しくは貴金属錯化合物、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤、若しくは、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤とポリオキシエチレンアルキルエーテル類よりなる非イオン界面活性剤の合わせて二種類の界面活性剤、並びに水からなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させることにより、請求項2に記載のシート状貴金属ナノ粒子を製造することを特徴とする貴金属ナノ粒子の製造方法。

【請求項6】
白金錯化合物と、卑金属元素よりなる群から選択された一種以上の元素の卑金属塩、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤、若しくは、ポリオキシエチレンソルビタン不飽和脂肪酸エステルよりなる非イオン界面活性剤とポリオキシエチレンアルキルエーテル類よりなる非イオン界面活性剤の合わせて二種類の界面活性剤、並びに水からなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させることにより、請求項3に記載のシート状貴金属ナノ粒子を製造することを特徴とする貴金属ナノ粒子の製造方法。
産業区分
  • 加工
  • 高分子化合物
  • その他機械要素
  • 省エネルギー
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007230284thum.jpg
出願権利状態 権利存続中


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