JP2008239801A - 貴金属微粒子担持固体高分子材料、その調製方法および触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第一級、第二級または第三級アミノ基、第4級アンモニウム基などの還元性官能基を有する固体高分子材料と貴金属化合物水溶液を攪拌することにより、室温下において固体高分子材料表面に20nm以下の平均粒子径を有する貴金属ナノ粒子が分散・固定される。固体高分子材料としては、陰イオン交換樹脂が好ましい。また、陰イオン交換樹脂を金化合物水溶液と接触させる前に、陰イオン交換樹脂を水酸化アルカリ水溶液で前処理し、その際穏やかに粉砕しておくことにより、貴金属ナノ粒子の粒径を小さくでき、かつ液層反応における触媒活性が向上する。
【選択図】図1
Description
また、本発明は、触媒活性の高いナノオーダーの貴金属微粒子が表面に分散・固定された固体高分子材料を製造する方法を提供することである。
また、本発明は、上記方法で製造されたナノオーダーの貴金属微粒子が表面に分散・固定された固体高分子材料を提供することである。
また、本発明は、方法で製造されたナノオーダーの貴金属微粒子が表面に分散・固定された固体高分子材料からなる触媒を提供することである。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
3級アミンを表面に有する弱塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト IRA−96SB、MR形)10gを蒸留水200mLに浸し、一日攪拌した。これを水酸化ナトリウム水溶液(2M)に浸漬させ、2時間攪拌後2日間静置した。蒸留水で洗浄し、ろ過した弱塩基性陰イオン交換樹脂に、塩化金酸・四水和物8.4mgを蒸留水50mLに溶解した水溶液を加え、室温で2時間攪拌することにより、うすいピンク色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。なお、アンバーライト IRA−96SB、MR形は、官能基として−N(CH3)2基を有する、乾燥状態で調和平均粒径0.44〜0.59mmのポーラス型のイオン交換樹脂である。
3級アミンを表面に有する弱塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト IRA−96SB、MR形)10gを蒸留水200mLに浸し、一日攪拌した。これを水酸化ナトリウム水溶液(2M)に浸漬させ、2日間膨潤した状態でマグネチックスタ−ラーを用い回転数約700rpmの条件下にイオン交換樹脂を穏やかに粉砕した。これにより、膨潤状態で50nm〜200μmの粉砕イオン交換樹脂を得た。これを蒸留水で洗浄し、ろ過した弱塩基性陰イオン交換樹脂に、塩化金酸・四水和物8.4mgを蒸留水50mLに溶解した水溶液を加え、室温で2時間攪拌することにより、うすいピンク色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。TEMで観察したところ、図1に示されるように4nm前後の金ナノ粒子が密集してイオン交換樹脂表面上に分散・固定化されていることが判明した。金ナノ粒子の粒子径をTEM写真から計測したところ、平均粒子径は4.5nm、標準偏差は1.5であった。
弱塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト IRA−96SB、MR形)を水酸化ナトリウム水溶液中で、膨潤した状態でマグネチックスタ−ラーを用い回転数約700rpmの条件下に7日間攪拌することにより、イオン交換樹脂を穏やかに粉砕したほかは、実施例2と同様にして、膨潤状態で50nm〜125μmの粒子径を有する、うすいピンク色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。TEMで観察したところ、図2に示されるように1〜3nm前後の金クラスターが密集してイオン交換樹脂表面上に分散・固定化されていた。金ナノ粒子の粒子径をTEM写真から計測したところ、平均粒子径は2.6nm、標準偏差は2.6であった。
塩化金酸・四水和物を42mg用いたほかは、実施例3と同様にして、うすい紫色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。TEMで観察したところ、図3に示されるように、一部10〜15nm程度の金ナノ粒子の凝集体も観察されたが、多くは1〜2nm前後の金クラスターが密集してイオン交換樹脂表面上に分散・固定化されていた。金ナノ粒子の粒子径をTEM写真から計測したところ、平均粒子径は3.0nm、標準偏差は3.6であった。
塩化金酸・四水和物を84mg用いたほかは、実施例3と同様にして、紫色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。TEMで観察したところ、図4に示されるように、6〜15nm程度のやや大きな金ナノ粒子もみられ粒度分布は広くなったが、多くは1〜3nm前後の金クラスターが密集してイオン交換樹脂表面上に分散・固定化されていた。金ナノ粒子の粒子径をTEM写真から計測したところ、平均粒子径は4.7nm、標準偏差は4.4であった。
4級アンモニウム塩を表面に有するII型強塩基性陰イオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト IRA−910CTCL、MR形)10gを蒸留水200mLに浸漬させた後、2Mの水酸化ナトリウム水溶液150mLに浸漬させ、2日間攪拌した。ろ過、洗浄して得た陰イオン交換樹脂に、塩化金酸・四水和物8.4mgを蒸留水50mLに溶解した水溶液を加え、室温で1時間攪拌することにより、ピンク色の金ナノ粒子担持イオン交換樹脂を得た。5〜10nm程度の粒子径を有する金ナノ粒子が担持されていた。
なお、アンバーライト IRA−910CTCL、MR形は、官能基として−N+(CH3)2(CH2CH2OH)基を有する、調和平均粒径0.50〜0.75mm(乾燥時)のポーラス型のイオン交換樹脂である。
水酸化ナトリウム水溶液中でマグネチックスタ−ラーを用い回転数約700rpm(イオン交換樹脂10gに対してNaOH水溶液200ml)の条件下で2時間攪拌後、1日静置したイオン交換樹脂(オルガノ(株)製アンバーライト IRA−910CTCL、MR形)に、塩化金酸・四水和物42mgを蒸留水50mLに溶解した水溶液を加えたほかは、実施例6と同様にして、赤紫色の金ナノ粒子担持強塩基性陰イオン交換樹脂を得た。金ナノ粒子の粒子径は5〜10nm程度であった。
塩化金酸・四水和物84mgを用いたほかは、実施例7と同様にして、紫色の金ナノ粒子担持強塩基性陰イオン交換樹脂を得た。金ナノ粒子のサイズは5〜20nmであった。
なお、アンバーライト IRA−743、MR形は、還元性官能基として、
実施例3で調製した金ナノ粒子担持(0.1重量%)陰イオン交換樹脂を用いて、水溶液中でのグルコースの酸素酸化を行った。金ナノ粒子担持(0.1重量%)陰イオン交換樹脂0.5g(固形分20重量%)、金/グルコースのモル比を1:16,000として、グルコース濃度5重量%の水溶液に攪拌下、60℃で、酸素を60mL/分でバブリングした。水溶液のpHを9.5に保つよう、水酸化ナトリウム水溶液を随時滴下し、水酸化ナトリウムの滴下量からグルコン酸の生成量を反応時間の関数として測定した。その結果、60分後に転化率100%、TOF(1時間あたり金1molあたりのグルコース反応mol数)は21,900h-1となり、上記の金ナノ粒子担持陰イオン交換樹脂は、比較的低温でグルコースの酸素酸化に高い触媒活性を有することが判明した。
Claims (12)
- 還元性官能基を有する固体高分子材料を分散含有する貴金属化合物水溶液を攪拌することを特徴とする固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 上記還元性官能基が、第一級、第二級または第三級アミノ基、第四級アンモニウム基または水酸基であることを特徴とする請求項1に記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 上記アミノ基が、−NH2、−NH(CH2CH2NH)nH(nは整数を表す。)、−N(CH3)2または
- 上記固体高分子材料は、貴金属化合物水溶液と接触される前に水酸化アルカリ水溶液により処理されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 上記固体高分子材料が、前記水酸化アルカリ水溶液による処理中、あるいは該処理後水中において粉砕されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 還元性官能基を有する固体高分子材料を分散含有する貴金属化合物水溶液の攪拌が、30分以上行われることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 上記攪拌が室温下に行われることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 貴金属微粒子の平均粒子径が20nm以下であり、貴金属が固体高分子材料に対し、0.01重量%〜50重量%担持されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の固体高分子材料表面に貴金属微粒子を分散・固定する方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の方法により形成された、表面に貴金属微粒子が分散・固定された固体高分子材料。
- 貴金属微粒子の平均粒子径が20nm以下であり、貴金属が固体高分子材料に対し、0.01重量%〜50重量%担持されていることを特徴とする請求項9に記載の表面に貴金属微粒子が分散・固定された固体高分子材料。
- 請求項9または10に記載の貴金属微粒子が分散・固定された固体高分子材料からなる触媒。
- 触媒がグルコース酸化用触媒であることを特徴とする請求項11に記載の触媒。
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