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金属有機構造体ナノシートおよびその製造方法 UPDATE

国内特許コード P190016517
整理番号 (K105P26)
掲載日 2019年11月26日
出願番号 特願2018-528913
出願日 平成29年7月21日(2017.7.21)
国際出願番号 JP2017026582
国際公開番号 WO2018016650
国際出願日 平成29年7月21日(2017.7.21)
国際公開日 平成30年1月25日(2018.1.25)
優先権データ
  • 特願2016-144499 (2016.7.22) JP
  • 特願2017-041002 (2017.3.3) JP
発明者
  • 内田 幸明
  • 西山 憲和
  • 大宮 尊
  • 中居 拓斗
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 金属有機構造体ナノシートおよびその製造方法 UPDATE
発明の概要 本開示は、溶媒中に二分子膜が超膨潤ラメラ相をなす場合において、1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にシート状の金属有機構造体を形成する、金属有機構造体ナノシートの製造方法を提供する。本開示は1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にシート状に配置された金属有機構造体を備え、複数の前記二分子膜が溶媒中で超膨潤ラメラ相をなす、金属有機構造体ナノシートに関する。
従来技術、競合技術の概要

ナノサイズの材料、例えばナノシートは、バルク相では期待できない興味深い性質を示すことがある。このためナノシートの製造方法に関して種々の方法が検討されてきた。従来のナノシートの製造方法としては、ゾル-ゲル法、電解酸化法、CVD法、ドロップキャスト法などのボトムアップ的手法;目的のナノシートを形成する材料を用いて層状化合物を形成し、各層間に嵩高いゲストを挿入し、単層を剥離するトップダウン的手法が知られている。しかしながら、前記トップダウン的手法では、得られるナノシートの物質が限定され、800℃~1300℃の高温で長時間焼成する工程が必要な場合があった。また、前記ボトムアップ的手法では、さらなる薄膜化が求められ、新たな方法が検討されていた。このようなナノシートの製造方法として、例えば、特許文献1、2、非特許文献1が挙げられる。特許文献1は、有機相と水相との界面に形成された複合ナノシートであって、当該複合ナノシートが、界面活性剤からなりラメラ構造を有する分子膜と、この分子膜の面方向に沿って形成された金属酸化物ナノシートとを備えることを特徴とする液液界面上の複合ナノシート、を開示する。同文献では、二分子膜の上、すなわち二分子膜の外部に金属酸化物ナノシートが形成される。

特許文献2は、2次元的に相互架橋して膜を形成した複数の錯体分子を有し、前記錯体分子のそれぞれが1つの金属原子と2分子のターピリジンまたはビピリジンの誘導体とからなり、前記誘導体が2つのチオール基を有し、前記誘導体の前記チオール基が前記膜の対向する両表面上に位置し、且つ前記チオール基のうちの少なくとも一部に金属原子が結合する、単層自立性有機金属系ナノ膜、を開示する。同文献では、電子線露光を用いて基板上に多層膜シートを成長させる。非特許文献1は、ラメラ相を用いて製造した、光学的特性および電気的特性に優れる金ナノシートを開示する。しかしながら、非特許文献1の方法は、溶媒に親和的な部分で、ナノシートを形成するため、金のようなナノシートを形成しやすい材料では適用可能である。一方で、この方法では、溶媒中でナノシートを形成しているため、厚さ方向に障害がないことに起因して厚さ方向への形成を阻害してナノシート化することはできず、金属有機構造体等の立体的な構造をとりやすい化合物の場合、シート状に形成することが容易ではないという問題があった。また、非特許文献1の方法では、ナノシートはラメラ相を有するヒドロゲルを用いて得られるため、シートの形成方法はドロップキャスト法に限られるという問題もあった。

産業上の利用分野

本開示は、金属有機構造体ナノシートおよびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にシート状に配置された金属有機構造体を備え、
複数の前記二分子膜が溶媒中で超膨潤ラメラ相をなす、
金属有機構造体ナノシート。

【請求項2】
前記二分子膜が、非イオン性両親媒性物質から構成される、請求項1に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項3】
非イオン性両親媒性物質が、エステル型界面活性剤、エーテル型界面活性剤、エステルエーテル型界面活性剤、アルカノールアミド型界面活性剤、アルキルグリコシド、高級アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項2に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項4】
非イオン性両親媒性物質が、エーテル型界面活性剤であり、前記エーテル型界面活性剤が、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテルおよびポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項3に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項5】
前記二分子膜が、下記式(1)
【化1】
(省略)
(式中、nは疎水部のアルキル基の炭素数を表し、mは親水部のエチレンオキサイド数を表す。)
で示されるポリエチレングリコールモノアルキルエーテルから構成される、請求項1に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項6】
2<n/m<6である、請求項5に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項7】
nが12であり、mが5である、請求項5に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項8】
前記溶媒が、水または水と水溶性有機溶媒との混合液を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項9】
nが12であり、mが6であり、さらに前記溶媒が水と有機溶媒とを含む、請求項5に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項10】
前記金属有機構造体が、親油性が高い配位子を構成成分とする金属有機構造体である、請求項6~9のいずれか1項に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項11】
超膨潤ラメラ相が、隣接する二分子膜間の距離が50nm以上のラメラ構造を有する、請求項1~10のいずれか1項に記載の金属有機構造体ナノシート。

【請求項12】
液体中において分散状態にある金属有機構造体ナノシートを含み、
前記金属有機構造体ナノシートは、請求項1~11のいずれか1項に記載の金属有機構造体ナノシートである、
金属有機構造体ナノシート分散液。

【請求項13】
溶媒中に二分子膜が超膨潤ラメラ相をなす場合において、
1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にナノシートを形成する、
ナノシートの製造方法。

【請求項14】
ナノシートが金属有機構造体から構成される、請求項13に記載のナノシートの製造方法。

【請求項15】
溶媒中に二分子膜を形成し、
前記溶媒中に有機配位子を添加して、二分子膜の超膨潤ラメラ相を形成し、
その後、前記溶媒中に金属イオンを添加して、1の前記二分子膜を構成する2つの単分子層の間に金属有機構造体ナノシートを形成する、請求項14に記載のナノシートの製造方法。

【請求項16】
1の前記二分子膜を構成する2つの単分子層の間に金属有機構造体ナノシートを形成した後に、前記二分子膜を除去する、請求項14または15に記載のナノシートの製造方法。

【請求項17】
前記二分子膜が、下記式(1)
【化2】
(省略)
(式中、nは疎水部のアルキル基の炭素数を表し、mは親水部のエチレンオキサイド数を表す。)
で示されるポリエチレングリコールモノアルキルエーテルで構成される、請求項14~16のいずれか1項に記載のナノシートの製造方法。

【請求項18】
2<n/m<6である、請求項17に記載のナノシートの製造方法。

【請求項19】
nが12であり、mが5である、請求項17に記載のナノシートの製造方法。

【請求項20】
前記溶媒が水または水と水溶性有機溶媒との混合液とを含む、請求項15~19のいずれか1項に記載のナノシートの製造方法。

【請求項21】
nが12であり、mが6であり、さらに前記溶媒が水と有機溶媒とを含む、請求項17に記載のナノシートの製造方法。

【請求項22】
前記金属有機構造体が、親油性が高い配位子を構成成分とする金属有機構造体である、請求項14~21のいずれか1項に記載のナノシートの製造方法。

【請求項23】
ナノシートが金属酸化物または金属から構成される、請求項13に記載のナノシートの製造方法。

【請求項24】
溶媒中に二分子膜を形成し、
前記溶媒中に両親媒性物質を添加して、二分子膜の超膨潤ラメラ相を形成し、
その後、前記溶媒中に酸素原子を有する金属含有化合物または酸素原子を有しない金属含有化合物を添加して、1の前記二分子膜を構成する2つの単分子層の間に金属酸化物ナノシートまたは金属ナノシートを形成する、請求項23に記載のナノシートの製造方法。

【請求項25】
前記溶媒が、水と有機溶媒との混合液を含む、請求項24に記載のナノシートの製造方法。

【請求項26】
さらに、前記溶媒中に界面活性助剤を添加する、請求項24または25に記載のナノシートの製造方法。

【請求項27】
両親媒性物質が、陰イオン性両親媒性物質である、請求項24~26のいずれか1項に記載のナノシートの製造方法。

【請求項28】
請求項1~11のいずれか1項に記載の金属有機構造体ナノシートを含む、ガス分離膜。

【請求項29】
窒素分離用または二酸化炭素分離用である、請求項28に記載のガス分離膜。

【請求項30】
1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にシート状に配置された金属酸化物を備え、
複数の前記二分子膜が溶媒中で超膨潤ラメラ相をなす、
金属酸化物ナノシート。

【請求項31】
1の二分子膜を構成する2つの単分子層の間にシート状に配置された金化合物を備え、
複数の前記二分子膜が溶媒中で超膨潤ラメラ相をなす、
金ナノシート。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ 分子技術と新機能創出 領域
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