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メソポーラス材料

国内特許コード P110003035
整理番号 A122P172
掲載日 2011年6月15日
出願番号 特願2002-212714
公開番号 特開2004-051573
登録番号 特許第4266294号
出願日 平成14年7月22日(2002.7.22)
公開日 平成16年2月19日(2004.2.19)
登録日 平成21年2月27日(2009.2.27)
発明者
  • 稲垣 伸二
  • カプール マヘンドラ
  • 後藤 康友
  • ヤン チーホア
出願人
  • 株式会社豊田中央研究所
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 メソポーラス材料
発明の概要 【課題】反応分子を細孔内の特定の位置に反応の進行に有利な配向状態で規則的に配列させて固定することができ、然も、該反応分子の特定のサイトを選択的に活性化することができ、所望の分子サイズと分子構造を有する反応生成物を高い収率で得ることができる特殊反応場を容易に構築可能なメソポーラス材料の提供。
【解決手段】メソポーラス材料は、中心細孔直径が1~30nmである複数の細孔を有し、炭素原子を1以上有する2価以上の有機基と、2価以上の有機基中の同一若しくは異なる炭素原子に結合した2以上の金属原子と、各金属原子に結合した1以上の酸素原子と、各金属原子に酸素原子を介して結合する1以上の特性基とを有する。この骨格構造に含まれる特性基のうち、少なくとも複数の細孔の内壁面に存在する特性基には、陽イオン交換基が更に結合している。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


メソ孔(直径2~50nmの細孔)を有する金属酸化物からなる多孔質材料は、数百m2/gを超すような非常に大きな比表面積を有しているため、機能性分子等の比較的大きな分子の合成用触媒の担体や、吸着剤、分離剤等として使用可能であると考えられており、近年盛んに開発研究がなされている。



例えば、特開2001-114790号公報には、有機無機の両方の表面特性を示し、吸着剤としての性能が高く、加熱等による性能劣化の少ない多孔質粒子が提案されている。この多孔質粒子は、炭素原子を1以上有する有機基(2価以上)と、該有機基中の同一若しくは異なる炭素原子に結合した2以上の金属原子と、該金属原子に結合した1以上の酸素原子とからなる骨格を有する結晶性の有機無機複合材料からなり、球状、六角柱状又は十八面体状の粒子の形状を有しており、且つ該粒子の表面及び内部に細孔が形成されている。



また、この公報には、上記有機基に陽イオン交換能を有する陽イオン交換基(スルフォン基、カルボキシル基等)を更に結合させた構造を有する多孔質粒子も開示されている。これにより、例えば、多孔質粒子のイオン伝導率の向上を図ることや、イオン交換基の種類によっては多孔質粒子の固体酸或いは固体酸触媒としての応用を図ることができる。

産業上の利用分野


本発明は、メソポーラス材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
中心細孔直径が1~30nmである複数の細孔を有するメソポーラス材料であって、
炭素原子を1以上有する2価以上の有機基と、
前記2価以上の有機基中の同一若しくは異なる炭素原子に結合した2以上の金属原子と、
前記各金属原子に結合した1以上の酸素原子と、
前記酸素原子を介して前記各金属原子に結合しており、かつ、炭素原子を1以上有する1以上の特性基と、
含む骨格を有しており、
前記骨格に含まれる前記特性基のうち、少なくとも前記複数の細孔の内壁面に存在する前記特性基には、陽イオン交換能を有するイオン交換基が更に結合していること、
を特徴とするメソポーラス材料。

【請求項2】
前記骨格が、下記一般式(1)で表される構成単位の少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項1に記載のメソポーラス材料。
【化1】


[式(1)中、R1は炭素原子を1以上有する2価以上の有機基を示し、
1は金属原子を示し、
2は炭化水素基を示し、
xはM1の価数から1を差し引いた整数を示し、
nは1以上x以下の整数を示し、
mは2以上の整数を示す。
ただし、M1が結合するR1中の炭素は同一でも異なっていてもよく、少なくとも前記複数の細孔の内壁面に存在するR2には、陽イオン交換能を有するイオン交換基が更に結合している。]

【請求項3】
前記骨格が、下記一般式(2)で表される構成単位の少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項1に記載のメソポーラス材料。
【化2】


[式(2)中、R1、M1、R2、x、n及びmはそれぞれ前記式(1)に記載のR1、M1、R2、x、n及びmと同義であり、
2は金属原子を示し、
yはM2の価数から1を差し引いた整数を示し、
tは1以上y以下の整数を示す。
ただし、M1及びM2は互いに同一でも異なっていてもよく、M1が結合するR1中の炭素は同一でも異なっていてもよく、M2が結合するR2中の炭素は同一でも異なっていてもよく、少なくとも前記複数の細孔の内壁面に存在するR2には、陽イオン交換能を有するイオン交換基が更に結合している。]

【請求項4】
中心細孔直径が1~30nmである複数の細孔を有するメソポーラス材料であって、
炭素原子を1以上有する2価以上の有機基と、
前記2価以上の有機基中の同一若しくは異なる炭素原子に結合した2以上の金属原子と、
前記各金属原子に結合した1以上の酸素原子と、
前記酸素原子を介して前記各金属原子に結合しており、かつ、炭素原子を1以上有する1以上の特性基と、
含む骨格を有しており、
前記骨格に含まれる前記特性基のうち、少なくとも前記複数の細孔の内壁面に存在する前記特性基が、陽イオン交換能を有するイオン交換基に置換されていること、
を特徴とするメソポーラス材料。

【請求項5】
前記骨格が、下記一般式(3)で表される構成単位の少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項3に記載のメソポーラス材料。
【化3】


[式(3)中、R1、M1、R2、x、n及びmはそれぞれ前記式(1)に記載のR1、M1、R2、x、n及びmと同義である。ただし、M1が結合するR1中の炭素は同一でも異なっていてもよく、少なくとも前記複数の細孔の内壁面に存在するR2が、陽イオン交換能を有するイオン交換基に置換されている。]

【請求項6】
前記イオン交換基が、下記一般式(4)で表される構造を少なくとも有していることを特徴とする請求項1~5の何れかに記載のメソポーラス材料。
【化4】


[式(4)中、Zは、炭素原子、リン原子、硫黄原子、窒素原子、又は、ハロゲン原子を示す。]

【請求項7】
細孔径分布曲線における中心細孔直径の±40%の範囲に全細孔容積の60%以上が含まれていることを特徴とする請求項1~6の何れかに記載のメソポーラス材料。

【請求項8】
X線回折パターンにおいて、1nm以上のd値に相当する回折角度に1本以上のピークを有することを特徴とする請求項1~7の何れかに記載のメソポーラス材料。

【請求項9】
前記各細孔は、一次元チャンネル構造を有しており、かつ、各細孔壁の部分が、2価以上の有機基からなる第1の層と、前記金属原子及び前記酸素原子からなる第2の層とが交互に配置された状態の積層構造を有していることを特徴とする請求項1~8の何れかに記載のメソポーラス材料。

【請求項10】
前記第1の層及び前記第2の層がリング状の形状を有しており、かつ、該第1の層と該第2の層とが、前記各細孔の中心軸に対して垂直な面上に交互に積層された状態で配置されていることを特徴とする請求項9に記載のメソポーラス材料。

【請求項11】
前記第1の層及び前記第2の層の厚さが1.5nm以下であることを特徴とする請求項10に記載のメソポーラス材料。

【請求項12】
形状が粒子状であることを特徴とする請求項1~11の何れかに記載のメソポーラス材料。

【請求項13】
形状が膜状であることを特徴とする請求項1~12の何れかに記載のメソポーラス材料。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2002212714thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 分子複合系の構築と機能 領域
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