Top > Search of Japanese Patents > 2D BRONZE TYPE TUNGSTEN OXIDE NANOSHEET, METHOD FOR PRODUCTION THEREOF, AND PHOTOCATALYST AND PHOTOCHROMIC DEVICE USING THE NANOSHEET

2D BRONZE TYPE TUNGSTEN OXIDE NANOSHEET, METHOD FOR PRODUCTION THEREOF, AND PHOTOCATALYST AND PHOTOCHROMIC DEVICE USING THE NANOSHEET

Patent code P110002422
File No. N10093
Posted date Apr 18, 2011
Application number P2010-292363
Publication number P2012-140255A
Patent number P5750752
Date of filing Dec 28, 2010
Date of publication of application Jul 26, 2012
Date of registration May 29, 2015
Inventor
  • (In Japanese)福田 勝利
  • (In Japanese)佐藤 純
  • (In Japanese)杉本 渉
  • (In Japanese)木村 睦
  • (In Japanese)瀬戸 保太郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title 2D BRONZE TYPE TUNGSTEN OXIDE NANOSHEET, METHOD FOR PRODUCTION THEREOF, AND PHOTOCATALYST AND PHOTOCHROMIC DEVICE USING THE NANOSHEET
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tungsten oxide nanosheet having a 2D bronze structure that two or more of the 6-membered ring structures comprising a metal-oxygen octahedron are regularly arranged in a sheet cross-sectional direction, and also to provide a method for production thereof and a device using the same.
SOLUTION: The layered poly(tungstic acid) comprising a host layer having the 2D bronze structure is converted into a hydrogen ion exchanger having a solid acid property while maintaining its host structure, and a single layer peeling phenomenon is induced by introducing a bulky cation between the layers. Thereby, the tungsten oxide nanosheet is obtained, which has the 2D bronze structure that two or more of the 6-membered ring structures comprising a metal-oxygen octahedron are regularly arranged in a sheet cross-sectional direction.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来、粘土鉱物、および、硫化物、酸化物、水酸化物、グラファイトなどの様々な組成・構造を有する層状化合物を単層剥離させることによって、ナノレベルまで薄片化された2次元シート状物質が多く合成されている。これらナノシートは、二次元方向のバルクサイズと一次元方向のナノサイズを兼備しており、バルクの良好なハンドリング性とナノサイズ効果による特異な物性の両方を期待することができる。近年、グラファイトの剥離から得たグラフェンは、透明電極から電気化学キャパシタ、二次電池材料に至るまで幅広い領域へ応用されるなど、層状化合物の剥離技術は基礎・応用の両観点から大きな関心が寄せられている。多くの場合、層状化合物の単層剥離から得たナノシートは静電荷を帯びているため、自己組織化交互吸着法やLangmuir-Blodgett法、再凝集法、電気泳動法などを用いることによって、薄膜から粉体まで様々な形態の材料をナノスケールから構築できるという優れた材料成形性・設計性を有し、幅広い材料分野に応用できる可能性を秘めている。



ナノシート群の中でも酸化物系ナノシートは組成・構造のバリエーションに富み機能性の発現および合成・取り扱いの簡便さからとりわけ工業的利用価値が高い。例えば、レピドクロサイト型のナノシートにおいては数nmレベルにおいても高い誘電性を維持することや(例えば、特許文献1)、ドーパントの種類によってバルクには見られない巨大な磁気光学効果を発現することが見出されており、極薄の機能性材料としてデバイス分野からとりわけ大きな注目を浴びている。最近では、レピドクロサイトより厚い骨格を持つペロブスカイト型のナノシートを創製することでより高い誘電率の保持を実現できることが示され(例えば、特許文献2)、組成に加え、構造に着目したナノシート探索が重要な鍵となっている。



良く知られた鉱物・結晶構造にちなんで名付けられた、レピドクロサイト型(例えば、特許文献3)、α-NaFeO2型(例えば、特許文献4)、ペロブスカイト型(例えば、特許文献5や非特許文献1)、2Dパイロクロア型ナノシート(例えば、特許文献6)は、アルカリ層状酸化物を出発物質として合成する手法がすでに確立されている。しかし、ペロブスカイト同様、強誘電や超伝導など多才な構造として知られる二次元のブロンズ構造を持った単層ナノシートは、その前駆体となるアルカリ層状化合物自体がポリタングステン酸以外ではほとんど知られていないために合成されていなかった。



酸化タングステン系は、光触媒やエレクトロクロミック素子、フォトクロミック素子、脱硫・脱硝触媒など機能性材料としても広範囲な工業的用途を有する。2Dブロンズ型ホスト層を有する、アルカリ層状ポリタングステン酸としてはRb4W11O35が存在することが知られている(例えば、非特許文献2)。このホスト層は、金属-酸素八面体からなる六員環構造がホスト層断面方向に複数規則的に配列したポーラスな骨格から形成されている。よって、2Dブロンズ型ホスト層は1nmより厚く、単層剥離することができれば、1nm以下のレピドクロサイト型やα-NaFeO2型のホスト層を取り扱うナノシート群とは異なった、数nmというナノサイズと2Dブロンズ構造の両方の特徴を活かした独自の機能性を有するナノシートの創製が期待される。



しかしながら、アルカリ層状ポリタングステン酸の結晶構造は、大きなユニットセルを持つ場合が多く非常に複雑なため、回折データを取得しても解析が至難な上、多くのアルカリ:タングステン比の各組成で得られるポリタングステン酸は、変色しやすい、単相あるいは単結晶を合成することが困難など未だ多くの課題を抱えている。そのため、単相のポリタングステン酸を識別・取り出し、それらのイオン交換反応から新規物質を誘導するなどのソフト化学的な研究例は乏しい。



したがって、2Dブロンズ構造を有するホスト層からなるアルカリ層状ポリタングステン酸のソフト化学的処理から単層剥離現象を誘発し、これまでに無い2Dブロンズ構造を有した酸化タングステンナノシートが得られれば望ましい。また、そのような2Dブロンズ型酸化タングステンナノシートのさらなる利用が望まれる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、二次元(2D)ブロンズ構造を有する酸化タングステンナノシート、その製造方法およびそれを用いた光触媒とフォトクロミック素子に関し、より詳細には、金属-酸素八面体からなる六員環構造が、シート断面方向に複数規則的に配列し、シート平面方向に一次元トンネルを有する2Dブロンズ型酸化タングステンナノシート、前駆体の酸処理ステップと剥離剤との混合ステップからなるその製造方法およびそれらを用いた光触媒、フォトクロミック素子に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
2Dブロンズ構造を有することを特徴とする酸化タングステンナノシート。

【請求項2】
 
請求項1に記載の酸化タングステンナノシートにおいて、WとOとのモル比は、11:35を満たすことを特徴とする、酸化タングステンナノシート。

【請求項3】
 
請求項1に記載の酸化タングステンナノシートにおいて、前記2Dブロンズ構造は、金属-酸素八面体からなる六員環構造が、前記酸化タングステンナノシートのシート断面方向に複数規則的に配列した一次元トンネル状構造であることを特徴とする、酸化タングステンナノシート。

【請求項4】
 
請求項1に記載の酸化タングステンナノシートにおいて、前記酸化タングステンナノシートのシート断面の厚さは1nmから4nmであることを特徴とする、酸化タングステンナノシート。

【請求項5】
 
請求項1に記載の酸化タングステンナノシートにおいて、前記酸化タングステンナノシートは、一般式Rb4W11O35で表される層状タングステン酸化物を単層剥離してなることを特徴とする、酸化タングステンナノシート。

【請求項6】
 
2Dブロンズ構造を有する酸化タングステンナノシートを製造する方法であって、前駆体を酸処理する酸処理ステップと、前記酸処理された層状タングステン酸化物と、カチオン性の剥離促進剤とを混合する混合ステップとからなることを特徴とする、2Dブロンズ構造を有する酸化タングステンナノシートの製造方法。

【請求項7】
 
請求項1~5のいずれか1項に記載の酸化タングステンナノシートを用いたことを特徴とする、光触媒。

【請求項8】
 
請求項1~5のいずれか1項に記載の酸化タングステンナノシートを用いたことを特徴とする、フォトクロミック素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2010292363thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close