JPH11246901A - 金属微粒子の製造方法および同微粒子の多孔質担体への担持方法 - Google Patents
金属微粒子の製造方法および同微粒子の多孔質担体への担持方法Info
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Abstract
属または金属酸化物の微粒子を製造することができる方
法を提供する。同微粒子を多孔質担体に安定的に高密度
に担持させることができる方法を提供する。 【解決手段】 金属塩を多価アルコールに溶解させ、得
られた溶液を100〜250℃、好ましくは150〜2
00℃の温度で加熱し、多価アルコール中で金属微粒子
を生成させる。金属塩を多価アルコールに溶解させ、得
られた溶液を多孔質担体に含浸させ、同担体を100〜
250℃、好ましくは150〜200℃の温度で加熱
し、担体の細孔内で金属微粒子を生成させる。金属塩を
多価アルコールに溶解させ、得られた溶液に多孔質担体
を懸濁し、得られた懸濁液を100〜250℃、好まし
くは150〜200℃の温度で加熱し、担体の細孔内で
金属微粒子を生成させる。
Description
価アルコール中で還元して高度に分散した金属微粒子を
得る方法、ならびに高度に分散した金属微粒子を凝集を
伴わず多孔質担体へ担持させる方法に関するものであ
る。
子は、各種金属または金属酸化物の微粒子を多孔質担体
表面に分散状に担持させてなる触媒、吸着剤、吸収剤;
各種金属または金属酸化物の微粒子をガラス質に分散状
に担持させてなる機能性ガラス;各種金属または金属酸
化物の微粒子を油脂または樹脂に分散状に担持させてな
る塗料(特に機能性塗料);各種金属または金属酸化物
の微粒子をテープ状のプラスチックフィルムに付着させ
てなる機能性フィルム(特に磁気記憶媒体)などの原材
料として重要なものである。
物の微粒子を製造するには、比較的蒸気圧の高い金属化
合物を加熱蒸散させ、気相で若しくは固体表面へ蒸気が
吸着した状態で蒸気圧の低い化合物に変性する手法(エ
アロゾル法、CVD法、ALE法など)が知られてい
る。
金属種に制限があり、また実製造には特殊な設備が必要
であるため製造コストの点で工業的大量生産に適してい
ない。
0nm以下の微粒子を得ることは困難である。
ルコラートの加水分解を利用するゾル・ゲル法も知られ
ているが、これも同様に製造コストが高く、また粒径数
nmの安定した微粒子を得ることは困難である。
ある理由は、微粒子の表面が化学的にアクティブであ
り、微粒子同士が容易に凝集してしまうためであると考
えられる。
定的に高密度に保持させる技術は知られていない。
金属酸化物の微粒子を得、またこれを固体表面に安定的
に高密度に保持させるには、以下の課題を解決する必要
がある。
と、 ・生成した一次粒子の凝集を防止すること、 ・得られた微粒子を多孔質担体の細孔内に保持させるこ
と。
たもので、その目的は種々の金属種について低コストで
安定した金属または金属酸化物の微粒子を製造すること
ができる方法を提供することにある。
子を多孔質担体に安定的に高密度に担持させることがで
きる方法を提供することにある。
微粒子の製造方法について説明をする。本発明による金
属微粒子の製造方法は、金属塩を多価アルコールに溶解
させ、得られた溶液を100〜250℃、好ましくは1
50〜200℃の温度で加熱し、多価アルコール中で金
属微粒子を生成させることを特徴とする方法である。
ル溶液を上記温度で加熱することにより、溶解した金属
を溶媒である多価アルコールと反応させ、多価アルコー
ルに不溶な還元金属微粒子を生成させることができる。
て用いる多価アルコールは、炭素鎖中に複数のアルコー
ル性水酸基(−OH)を有する有機化合物であって、具
体例としてはエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ルが挙げられる。これらは単独で用いても2種以上の混
合物で用いてもよい。本発明方法では、金属の溶解能を
持つものであれば如何なる多価アルコールでも使用可能
である。
種の水素結合を起こし易く、その保護皮膜作用で生成し
た一次粒子の会合を防止し、直径10nm以下の比較的
安定な微粒子を得ることができる。また、多価アルコー
ルは室温付近で比較的粘性が高く、これによっても粒子
の会合を防止する物質である。
触媒などを必要とせず、温度100〜250℃の加熱の
みで容易に生起される。これは、生成した金属微粒子に
目的外の物質が混入する可能性が無いことを意味する。
多価アルコールに溶解可能なものであれば如何なるもの
でもよい。使用可能な金属塩は、多価アルコール還元に
より金属に還元される物であればよく、具体的にはP
t、Pd、Rh、Ru、Ir等の遷移貴金属;Fe、N
i、Coなどの遷移卑金属;Cu、Ag、Auなどの周
期律表Ib族の金属などの良好な電気伝導性を有する金
属の塩が例示される。これらは単独で用いても2種以上
の混合物で用いてもよい。塩の形態としては、金属のハ
ロゲン化物、酸化物、硝酸塩、有機酸塩、錯化合物例え
ばアンモニウム錯体などが例示される。
金属塩の種類、多価アルコールの種類などによって定ま
る。一般に、この濃度が高いと反応器容積当たりの金属
微粒子の収量は向上するが、微粒子が凝集する可能性が
高く、粒径5nm以下の金属微粒子ならびにそれを含む
安定なコロイド溶液は得にくい。金属塩の濃度が20ミ
リモル/リットル以下であれば著しい凝集は起こらず、
粒径5nm以下の金属微粒子が得られ易い。したがっ
て、多価アルコール中の金属塩の濃度は好ましくは0.
1〜20ミリモル/リットル、より好ましくは0.5〜
10ミリモル/リットルである。
て、複数種の金属塩を同時に多価アルコールに溶解させ
ることにより、多価アルコール中で、複数種の金属塩の
組成に応じた複合金属ないしは合金の微粒子を生成させ
ることができる。この現象は、多価アルコール還元によ
り生成した原子状金属は非常に活性であり、周辺の金属
微粒子と衝突すれば、無作為的に結合する(これは原子
の結合であるので反応と同意義である)ことを示す。生
成した合金粒子は金相学的な制約(溶融金属の相互溶解
度など)を受けず、混合溶液の組成と還元条件によって
一義的に定まる組成となる。この混合微粒子を適正な条
件で酸化すれば、フェイズダイアグラムに拘束されない
で複合酸化物微粒子が得られる。
含む多価アルコールにpH調整剤を添加して溶液のpH
を好ましくは2以下または7以上、より好ましくは9以
上に調整することにより、金属微粒子の凝集を防止し安
定なコロイド溶液を製造することもできる。pH調整剤
としては、酸、アルカリ、塩類水溶液などが適宜用いら
れる。このように、金属微粒子を生成させた後、金属微
粒子を含む多価アルコールのpHを2以下または7以上
に調整すると、金属微粒子表面が強く帯電し、その結果
粒子間に反発力が生じて、凝集などを起こすことがなく
なる。よってこの金属微粒子含有多価アルコールを安定
なコロイド溶液として長期間保存することができる。こ
うして得られたコロイド溶液は、取り扱いが簡便であ
り、また、油性コロイドとすれば、各種の油脂、樹脂に
コロイド溶液をそのまま混入することができるので、各
種金属または金属酸化物の微粒子を油脂または樹脂に分
散状に担持させてなる塗料(特に機能性塗料)や;各種
金属または金属酸化物の微粒子をテープ状のプラスチッ
クフィルムに付着させてなる機能性フィルム(特に磁気
記憶媒体)などの製造に好適に使用できる。
担体への担持方法について説明をする。
担持の第1の方法は、金属塩を多価アルコールに溶解さ
せ、得られた溶液を多孔質担体に含浸させ、同担体を1
00〜250℃、好ましくは150〜200℃の温度で
加熱し、担体の細孔内で金属微粒子を生成させることを
特徴とする方法である。
担持の第2の方法は、金属塩を多価アルコールに溶解さ
せ、得られた溶液に多孔質担体を懸濁し、得られた懸濁
液を100〜250℃、好ましくは150〜200℃の
温度で加熱し、担体の細孔内で金属微粒子を生成させる
ことを特徴とする方法である。
担持方法により、生成した金属微粒子を多孔質無機酸化
物よりなる担体表面の特定の点、例えば固体酸性点、塩
基点などで捕集することができる。固体表面に捕えられ
た微粒子はそのまま乾燥しても凝集することなく高度の
分散性を保つ。
金属酸化物の微粒子を多孔質担体表面に分散状に担持さ
せてなる触媒、吸着剤、吸収剤や;各種金属または金属
酸化物の微粒子をガラス質に分散状に担持させてなる機
能性ガラスなどの製造に応用可能である。従来の簡便な
含浸担持、吸着担持などでは粒径50nm以下の金属微
粒子担持物を得ることは困難であったが、本発明による
担持方法では粒径5nm以下、平均2〜3nm程度の金
属微粒子担持物が得られるので、活性(例えば触媒活
性)を支配すると考えられる、担持物重量当たりの表面
積は、従来品の30倍以上、担持物〜担体の境界では1
000倍以上となり、少量の担持物で高い活性を得るこ
とができる。これは、高価な貴金属担持型の触媒調製に
特に有利である。
は粒径数nm程度に成長した時点で担体表面に捉えられ
そこに沈積するので、熱運動などによる会合を起こしに
くい。そのため、本発明による担持方法においては、多
価アルコール中に溶解させる金属塩の濃度が高くても粒
径5nm程度の微粒子が得られる。多価アルコール中の
金属塩の濃度は好ましくは10〜200ミリモル/リッ
トル、より好ましくは20〜100ミリモル/リットル
である。
内で金属微粒子を生成させた後、金属微粒子を保持した
多孔質担体を好ましくはpH2以下または7以上、より
好ましくは9以上の凝集防止液中に浸漬することによ
り、金属微粒子の凝集を防止し、次いで乾燥することが
好ましい。
ア、シリカ等の酸性酸化物;マグネシア、セリア、炭酸
カルシウムなどの酸基性酸化物;活性炭、多孔質ガラス
等の中性固体;Al−Si、Al−Zr、Al−Ce、
Ti−Si、Ti−Zr、Ti−Mn等の複合酸化物が
例示される。多孔質担体は、触媒、吸着剤、吸収剤や機
能性ガラスなどの使用目的、担持金属種などによって適
宜選定されるが、基本的には金属塩を溶解した多価アル
コール溶液が細孔内に浸透可能なものであればよい。
体微粉は繊維質プレフォーム体の繊維間マトリックスに
保持されていてもよい。
ールおよび金属塩は、本発明による金属微粒子の製造方
法で用いるものと同じであってよい。
担持方法において、複数種の金属塩を同時に多価アルコ
ールに溶解させることにより、担体の細孔内で、複数種
の金属塩の組成に応じた複合金属ないしは合金の微粒子
を生成させることもできる。この現象は、金属微粒子の
製造方法の項で説明した通りである。
ルコール溶液、および同微粒子の多孔質担体への担持後
の多価アルコール溶液には、溶解した金属化合物に付随
する陰イオンや、反応によって生成した微量の水、アル
デヒド、有機酸などが存在する。これらは、蒸留などに
より容易に多価アルコールと分離除去できるので、多価
アルコールの回収、再利用は簡単に行える。
具体的に説明する。
レングリコール1リットルに溶解し、0.3ミリモル/
リットルの溶液を調製した。これを還流器付きのガラス
反応器に入れ、N2ガスを通じながら180℃のオイル
バス中で0.5時間撹拌下に加熱した。
冷し、固形分(微粒子)を含む“A液”を得た。A液を
濾過し、微粒子を得た。
D)で同定した。図1にX線回折パターンを示す。得ら
れた微粒子は完全なヘキサゴナル結晶のRu金属である
と同定することができた。
M)で観察した。その結果、微粒子は粒径5nm以下の
一次微粒子が50nm程度まで凝集したものであること
がわかった。図2にこの電子顕微鏡写真を示す。
マ発光分析機(ICP)で分析した。その結果、Ruの
残留は認められなかった。
ろ、3前後であった。レーザードップラー電気泳動装置
でA液中の微粒子のゼータ電位を測定したところ、+2
5mVの値を得た。
水溶液を滴下し、pHを1〜10の範囲で変動させて、
ゼータ電位の変化を計測した。この結果を図3に示す。
ゼータ電位の絶対値が急激に上昇することがわかる。こ
のことからpHを2以下または7以上、特に9以上に調
整すれば金属一次微粒子の帯電量が増加し、靜電斥力に
より一次微粒子の凝集が防止できることがわかる。
調整した後、液を激しく撹拌しながら10時間室温で放
置した。得られた金属コロイド溶液を“B液”とする。
を生ずることがなかった。ガラス板上で溶媒を低温で蒸
発させ、得られた微粒子をTEM観察したところ、粒径
10〜20nmの二次微粒子の形成が認められた。
ングリコール1リットルに溶解し、16.9ミリモル/
リットルの溶液を調製した。これをγアルミナ粒状物2
0g(60メッシュ以下)と共に還流器付きのガラス反
応器に入れ、N2ガスを通じながら、180℃オイルバ
ス中で1時間撹拌下に加熱した。
ル/リットルのNaNO3水溶液を凝集剤として加え、
吸引濾過した。固形分を減圧下に120℃で乾燥し、付
着しているエチレングリコールを除去した。
分析したところ、AlとRuの存在が確認できた。この
XFSのスペクトルを図4に示す。
以下の粒径でアルミナ上にRuが分散状に担持されてい
ることが判明した。図5にTEM観察写真を示す。
した後、H2ならびにCO吸着法により担持Ruの粒径
を測定したところ、それぞれ2.4nmならびに2.7
nmの値が得られ、TEM観察結果と良い一致を示し
た。
て0.077ミリモル/リットル(エチレングリコー
ル)が検出され、溶解量の99.5%がアルミナに担持
されたことがわかった。
OおよびAl2O3に置き換え、溶解ルテニウム塩化物
濃度を変動させた点を除いて、上記(1)と同様の操作
で各種多孔質担体への微粒子の担持性を測定した。この
結果を表1に示す。
よびAu塩化物に置き換え、溶解金属濃度を変動させた
点を除いて、上記(1)と同様の操作を行って各種金属
微粒子を生成させ、得られた金属微粒子の粒径をTEM
によって観察した。この結果を表2に示す。
ば、種々の金属種について、低コストで安定した金属ま
たは金属酸化物の微粒子を製造することができる。
の担持方法によれば、同微粒子を多孔質担体に安定的に
高密度に担持させることができる。
る。グラフ中の縦線は金属ルテニウムの回折パターン位
置を示す。
る。
Claims (21)
- 【請求項1】 金属塩を多価アルコールに溶解させ、得
られた溶液を100〜250℃の温度で加熱し、多価ア
ルコール中で金属微粒子を生成させることを特徴とす
る、金属微粒子の製造方法。 - 【請求項2】 多価アルコール中の金属塩の濃度を0.
1〜20ミリモル/リットルとする、請求項1記載の金
属微粒子の製造方法。 - 【請求項3】 多価アルコール中で金属微粒子を生成さ
せた後、pH調整剤を添加して液のpHを2以下または
7以上に調整することにより、金属微粒子の凝集を防止
する、請求項1または2記載の金属微粒子の製造方法。 - 【請求項4】 多価アルコールとしてエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコールまたはそれらの2種以上の混
合物を用いる、請求項1〜3のうち1項記載の金属微粒
子の製造方法。 - 【請求項5】 金属塩の金属が遷移貴金属の少なくとも
1種である、請求項1〜4のうち1項記載の金属微粒子
の製造方法。 - 【請求項6】 金属塩の金属が遷移卑金属の少なくとも
1種である、請求項1〜4のうち1項記載の金属微粒子
の製造方法。 - 【請求項7】 金属塩の金属が良好な電気伝導性を有す
る周期律表Ib族の金属の少なくとも1種である、請求
項1〜4のうち1項記載の金属微粒子の製造方法。 - 【請求項8】 金属塩として金属塩化物、酸化物、有機
酸塩、アンモニウム錯体またはそれらの2種以上の混合
物を用いる、請求項1〜7のうち1項記載の金属微粒子
の製造方法。 - 【請求項9】 複数種の金属塩を同時に多価アルコール
に溶解させ、上記加熱によって複合金属微粒子を生成さ
せる、請求項1〜8のうち1項記載の金属微粒子の製造
方法。 - 【請求項10】 金属塩を多価アルコールに溶解させ、
得られた溶液を多孔質担体に含浸させ、同担体を100
〜250℃の温度で加熱し、該担体の細孔内で金属微粒
子を生成させることを特徴とする、金属微粒子の多孔質
担体への担持方法。 - 【請求項11】 金属塩を多価アルコールに溶解させ、
得られた溶液に多孔質担体を懸濁し、得られた懸濁液を
100〜250℃の温度で加熱し、該担体の細孔内で金
属微粒子を生成させることを特徴とする、金属微粒子の
多孔質担体への担持方法。 - 【請求項12】 多価アルコール中の金属塩の濃度を1
0〜200ミリモル/リットルとする、請求項10また
は11記載の金属微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項13】 担体の細孔内で金属微粒子を生成させ
た後、金属微粒子を担持した多孔質担体をpH2以下ま
たは7以上の凝集防止液中に浸漬することにより、金属
微粒子の凝集を防止し、次いで乾燥する、請求項10〜
12のうち1項記載の金属微粒子の多孔質担体への担持
方法。 - 【請求項14】 多孔質担体として、酸性酸化物、塩基
性酸化物、中性固体、複合酸化物またはこれらの2種以
上の組合せを用いる、請求項10〜13のうち1項記載
の金属微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項15】 多価アルコールとしてエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコールまたはそれらの2種以上
の混合物を用いる、請求項10〜14のうち1項記載の
金属微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項16】 金属塩の金属が遷移貴金属の少なくと
も1種である、請求項10〜15のうち1項記載の金属
微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項17】 金属塩の金属が遷移卑金属の少なくと
も1種である、請求項10〜15のうち1項記載の金属
微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項18】 金属塩の金属が良好な電気伝導性を有
する金属の少なくとも1種である、請求項10〜15の
うち1項記載の金属微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項19】 金属塩として金属塩化物、酸化物、有
機酸塩、アンモニウム錯体またはそれらの2種以上の混
合物を用いる、請求項10〜18のうち1項記載の金属
微粒子の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項20】 複数種の金属塩を同時に多価アルコー
ルに溶解させ、上記加熱によって複合金属微粒子を生成
させる、請求項10〜19のうち1項記載の金属微粒子
の多孔質担体への担持方法。 - 【請求項21】 多孔質担体が微粉状であって、同担体
微粉が繊維質プレフォーム体の繊維間マトリックスに保
持されている、請求項10〜20のうち1項記載の金属
微粒子の多孔質担体への担持方法。
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