JP2016191095A - Method for producing copper nanostructure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for the synthesis of a wire-like copper nanostructure which makes it possible to efficiently obtain an abundance of wire-like copper nanostructures by a one charge reaction.SOLUTION: A method for producing a copper nanostructure includes the steps of heating an alkali aqueous solution comprising a water-soluble copper (II) compound and alkyl glyoxime to reduce copper (II) to copper (I) (first reduction) and adding a reductant to a liquid in which the copper (I) produced in the first reduction is present and depositing and growing a wire-like copper nanostructure (second reduction).SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、水系のアルカリ溶媒中での還元析出反応によりワイヤ状の銅ナノ構造体を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a wire-like copper nanostructure by a reduction precipitation reaction in an aqueous alkaline solvent.

本明細書では、短軸長が1000nm以下、長軸長/短軸長で表されるアスペクト比が10以上である、一方向に長く伸びた形状の微細金属粒子を「ワイヤ状の金属ナノ構造体」と言う。   In the present specification, fine metal particles elongated in one direction and having a minor axis length of 1000 nm or less and an aspect ratio represented by major axis length / minor axis length of 10 or more are referred to as “wire-like metal nanostructures”. Say "body".

ワイヤ状の金属ナノ構造体は、透明導電膜、放熱シート、導電塗料、太陽電池用電極、触媒など、各種用途での利用が期待されている。なかでも、銀ナノ構造体は、細くて長いワイヤ形状のものを量産する技術開発が進み、タッチパネル等の用途で実用化されている。しかし、銀は高価な金属である。また、銀にはマイグレーションの問題がある。さらに、銀に特有の光の反射は、タッチパネル等のディスプレイにおけるクリアな視認性(ヘイズ特性)を低下させる要因となる。   Wire-like metal nanostructures are expected to be used in various applications such as transparent conductive films, heat dissipation sheets, conductive paints, solar cell electrodes, and catalysts. Among these, silver nanostructures have been developed for mass production of thin and long wire shapes and have been put to practical use in applications such as touch panels. However, silver is an expensive metal. Silver also has a migration problem. Furthermore, the reflection of light peculiar to silver becomes a factor which reduces the clear visibility (haze characteristic) in displays, such as a touch panel.

一方、銀以外の金属で、ワイヤ状ナノ構造体の合成が可能な元素としては、銅が挙げられる。しかし、ワイヤ状の銅ナノ構造体を工業的規模で生産性良く合成することは必ずしも容易ではない。   On the other hand, copper is mentioned as an element which can synthesize | combine a wire-like nanostructure with metals other than silver. However, it is not always easy to synthesize wire-like copper nanostructures on an industrial scale with high productivity.

例えば特許文献1〜3には、アルカリ水溶液中で銅をワイヤ状に還元析出させる手法が開示されている。これらの手法によれば、1ステップの還元工程にてワイヤ状の銅ナノ構造体が合成可能である。しかし、反応前の溶媒に添加できる原料としての銅の量(仕込み量)が非常に少ない。銅ナノ構造体を大量生産するには、その生産量に応じて大量の溶液が必要となる。1チャージでの生産量を増やすには反応容器も大規模化する必要がある。   For example, Patent Documents 1 to 3 disclose a technique for reducing and depositing copper in a wire shape in an alkaline aqueous solution. According to these techniques, a wire-like copper nanostructure can be synthesized in a one-step reduction process. However, the amount (preparation amount) of copper as a raw material that can be added to the solvent before the reaction is very small. In order to mass-produce copper nanostructures, a large amount of solution is required according to the production amount. In order to increase the production amount with one charge, it is necessary to enlarge the reaction vessel.

特許文献4には、ポリエチレンイミン骨格とポリエチレングリコール骨格有する共重合体を含有する溶液中で銅をワイヤ状に還元析出させる手法が開示されている。この手法では、上記の特別な共重合体を合成する工程が必要となる。
特許文献5には、ポリオール溶媒中で銅をワイヤ状に還元析出させる手法が開示されている。この手法では金属銅の還元析出に長時間を要する。実施例では5日間かけて金属銅を析出させている。
Patent Document 4 discloses a technique for reducing and depositing copper in a wire shape in a solution containing a copolymer having a polyethyleneimine skeleton and a polyethylene glycol skeleton. This method requires a step of synthesizing the above special copolymer.
Patent Document 5 discloses a technique for reducing and precipitating copper into a wire in a polyol solvent. In this method, it takes a long time to reduce and deposit metallic copper. In the example, metallic copper is deposited over 5 days.

国際公開第2013/187384号International Publication No. 2013/187384 特表2013−513220号公報Special table 2013-513220 gazette 特開2014−37602号公報JP 2014-37602 A 特開2013−194290号公報JP 2013-194290 A 特開2014−148716号公報JP 2014-148716 A

上述のように、ワイヤ状の銅ナノ構造体を合成する技術は種々提案されているが、工業的規模で生産性良く合成するためには、それぞれ改善すべき問題を有している。
本発明は、1チャージの反応で効率的に多量のワイヤ状銅ナノ構造体を得ることができる、新たな合成手法を開示するものである。
As described above, various techniques for synthesizing wire-like copper nanostructures have been proposed. However, in order to synthesize with good productivity on an industrial scale, each has problems to be improved.
The present invention discloses a new synthesis method capable of efficiently obtaining a large amount of wire-like copper nanostructures by a single charge reaction.

本発明では、水溶性銅(II)化合物、およびアルキルグリオキシム(R−C(N=OH)C(N=OH)−R’)を含有するアルカリ水溶液を加熱することにより、銅(II)を銅(I)まで還元させ、銅(I)が存在する液を得る過程(第1の還元)、
前記第1の還元で生成した銅(I)が存在する液に還元剤を添加し、ワイヤ状の銅ナノ構造体を析出成長させる過程(第2の還元)、
を有する、銅ナノ構造体の製造方法が提供される。
In the present invention, a copper (II) compound is heated by heating an aqueous alkaline solution containing a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime (R—C (N═OH) C (N═OH) —R ′). Is reduced to copper (I) to obtain a liquid in which copper (I) is present (first reduction),
A process of adding a reducing agent to a liquid containing copper (I) produced by the first reduction and causing a wire-like copper nanostructure to grow (second reduction);
A method for producing a copper nanostructure is provided.

還元剤の添加時期を判断する方法として、液の色の変化を利用することが簡単かつ極めて有効であることがわかった。すなわち、液の色の変化を監視することによって第1の還元で生成した銅(I)の存在が確認された液に、還元剤を添加する手法が好適に採用できる。また、液の吸光度の変化を波長500〜800nmの範囲内において測定することによって第1の還元で生成した銅(I)の存在が確認された液に、還元剤を添加する手法も有効である。   It has been found that it is simple and extremely effective to use the change in the color of the liquid as a method for judging the timing of addition of the reducing agent. That is, a method of adding a reducing agent to a liquid in which the presence of copper (I) produced in the first reduction is confirmed by monitoring a change in the color of the liquid can be suitably employed. It is also effective to add a reducing agent to the liquid in which the presence of copper (I) produced in the first reduction is confirmed by measuring the change in absorbance of the liquid within a wavelength range of 500 to 800 nm. .

還元剤を添加する時期として、下記(X)により定まる吸光度変化率ΔAbsが60〜95%の範囲となるまで第1の還元が進行している時期とすることが、より好ましい。
(X)第1の還元開始前の液のサンプルS0および第1の還元開始後のある時点の液のサンプルS1について、それぞれ水酸化ナトリウム水溶液で5〜50質量倍に希釈したのち、分光光度計を用いた吸光光度法により612〜624nmにおける吸光スペクトルの吸光度積分値Iを同じ条件で測定したとき、下記(1)式により求まる値を当該還元開始後の液の吸光度変化率ΔAbsとする。
ΔAbs(%)=(I0−I1)/I0×100 …(1)
ここで、I0およびI1は、それぞれ還元開始前の液のサンプルS0および当該還元開始後の液のサンプルS1についての前記吸光度積分値Iである。
分光光度計としては、紫外・可視分光光度計が使用できる。
The timing for adding the reducing agent is more preferably the timing at which the first reduction proceeds until the absorbance change rate ΔAbs determined by the following (X) is in the range of 60 to 95%.
(X) The sample S 0 of the liquid before the start of the first reduction and the sample S 1 of the liquid at a certain time after the start of the first reduction are each diluted to 5 to 50 times by mass with an aqueous sodium hydroxide solution, and then subjected to spectroscopy. When the integrated absorbance I of the absorption spectrum at 612 to 624 nm is measured under the same conditions by an absorptiometry using a photometer, the value obtained by the following equation (1) is the absorbance change rate ΔAbs of the liquid after the start of the reduction. .
ΔAbs (%) = (I 0 −I 1 ) / I 0 × 100 (1)
Here, I 0 and I 1 are the absorbance integrated values I for the sample S 0 of the liquid before the start of reduction and the sample S 1 of the liquid after the start of reduction, respectively.
As the spectrophotometer, an ultraviolet / visible spectrophotometer can be used.

実操業においては、例えば予備実験により予め合成条件に応じて経過時間と上記ΔAbsの関係を求めておくことにより、操業チャージ毎に吸光度測定を行うことなく、「前記(X)により定まる吸光度変化率ΔAbsが60〜95%である液」に第2の還元剤を添加することができる。   In actual operation, for example, by obtaining the relationship between the elapsed time and the above ΔAbs according to the synthesis conditions in advance by a preliminary experiment, the absorbance change rate determined by (X) is determined without performing absorbance measurement for each operation charge. The second reducing agent can be added to the “liquid with ΔAbs of 60 to 95%”.

第2の還元剤としては、例えばヒドラジン、ヒドラジン化合物、グルコース、アスコルビン酸の1種以上を使用することができる。
第1の還元に供するアルカリ水溶液は、例えば40〜48質量%水酸化ナトリウム水溶液に水溶性銅(II)化合物、およびアルキルグリオキシムを混合したものとすることができる。
As the second reducing agent, for example, one or more of hydrazine, a hydrazine compound, glucose, and ascorbic acid can be used.
The aqueous alkali solution used for the first reduction can be, for example, a mixture of a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime in a 40 to 48% by mass aqueous sodium hydroxide solution.

第1の還元を行う加熱温度は85℃以上液の沸点以下とすることが好ましく、100℃以上115℃以下に保持することがより好ましい。第2の還元は50℃以上沸点以下の温度で行うことが好ましい。   The heating temperature for performing the first reduction is preferably 85 ° C. or higher and the boiling point of the liquid or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 115 ° C. or lower. The second reduction is preferably performed at a temperature of 50 ° C. or higher and a boiling point or lower.

アルキルグリオキシムとして、例えばジメチルグリオキシム(CH3C(N=OH)C(N=OH)CH3)を挙げることができる。この場合、第1の還元に供するアルカリ水溶液中の、ジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.3〜1.0とすることが好ましい。また、銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]は、例えば1×10-4〜2×10-2とすることができる。 Examples of the alkyl glyoxime include dimethyl glyoxime (CH 3 C (N═OH) C (N═OH) CH 3 ). In this case, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] of dimethylglyoxime and copper (II) in the alkaline aqueous solution used for the first reduction is preferably 0.3 to 1.0. Moreover, the molar ratio [Cu (II)] / [OH ] of copper (II) and hydroxide ions can be set to 1 × 10 −4 to 2 × 10 −2 , for example.

本発明によれば、アルカリ水溶液溶媒中でワイヤ状の銅ナノ構造体を還元析出させる従来一般的な方法と比べ、溶媒の量に対する銅の仕込み量を大幅に増大できる。銅ナノ構造体として回収される銅の回収率も、投入量に対して例えば99%程度と高い。一定量のワイヤ状銅ナノ構造体を得るために必要な溶媒量が少なくて済むことから、比較的小規模な反応槽を用いた大量生産が可能である。また、特殊な共重合体を必要としない。反応時間も1h前後と短い。従って本発明は、ワイヤ状銅ナノ構造体の工業的量産に適している。   According to the present invention, the amount of copper charged relative to the amount of solvent can be greatly increased as compared with a conventional general method of reducing and depositing a wire-like copper nanostructure in an alkaline aqueous solution solvent. The recovery rate of copper recovered as a copper nanostructure is also high, for example, about 99% with respect to the input amount. Since a small amount of solvent is required to obtain a certain amount of wire-like copper nanostructure, mass production using a relatively small reaction tank is possible. Also, no special copolymer is required. The reaction time is as short as 1 h. Therefore, the present invention is suitable for industrial mass production of wire-like copper nanostructures.

アルキルグリオキシムを配位子とする銅(II)錯体の生成反応を模式的に示した図。The figure which showed typically the production | generation reaction of the copper (II) complex which uses alkylglyoxime as a ligand. 第1の還元で中間体Aが生成する反応機構を説明するための図。The figure for demonstrating the reaction mechanism which the intermediate body A produces | generates by 1st reduction | restoration. 中間体Aの銅(I)が分子内還元により金属銅に還元されてしまうケース(本発明対象外のケース)の想定経路を説明するための図。The figure for demonstrating the assumption path | route of the case (copper which is not the object of this invention) where copper (I) of the intermediate A is reduced to metallic copper by intramolecular reduction. 中間体Aの銅(I)が還元剤による外部還元により金属銅に還元されるケース(本発明のケース)の想定経路を説明するための図。The figure for demonstrating the assumption path | route of the case (case of this invention) in which the copper (I) of the intermediate body A is reduce | restored to metallic copper by the external reduction | restoration by a reducing agent. 実施例1で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。3 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 3. FIG. 実施例4で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 4. FIG. 実施例5で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 5. FIG. 実施例6で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 6. FIG. 実施例7で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Example 7. FIG. 比較例1で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Comparative Example 1. FIG. 比較例2で得られた銅ナノ構造体のSEM写真。4 is an SEM photograph of the copper nanostructure obtained in Comparative Example 2. FIG.

本明細書では2価の銅を「銅(II)」、1価の銅を「銅(I)」と記載している。
本発明に従ってワイヤ状の銅ナノ構造体が合成される反応機構については、必ずしも解明されていないが、現時点で以下のようなことが考えられる。
In this specification, divalent copper is described as “copper (II)”, and monovalent copper is described as “copper (I)”.
The reaction mechanism for synthesizing the wire-like copper nanostructure according to the present invention is not necessarily elucidated, but the following can be considered at present.

〔第1の還元〕
水溶性銅(II)化合物とアルキルグリオキシムを水溶媒中で混合すると、アルキルグリオキシムは2箇所の窒素原子を配位座として銅(II)に配位し、銅(II)錯体を形成すると考えられる(図1)。この銅(II)錯体をアルカリ溶液中で加熱して熱エネルギーを付与すると、液中に多量に存在する水酸化物イオンOH-が、銅(II)に配位したアルキルグリオキシムの一方の「−O−H」からプロトン(H+)を奪う反応が起き(図2の記号a)、OとNの間に二重結合が形成される(図2の記号b)。同時に、NとCが単結合になるとともに、炭素原子間で二重結合が形成され、電子は共役安定化する(図2の記号c)。同時に、もう1つのNとCの二重結合が単結合になるとともに、それによって余剰となるNの不対電子がCuと共有され、銅(II)は銅(I)に還元される(図2の記号d)。このようにして、銅(I)を持つ中間体Aが形成される。中間体Aは、アルキルグリオキシムに由来する骨格の片方の端部にニトロソ基(−N=O)を持つ構造を有している。この第1の還元は、銅(II)錯体の分子内に存在していた電子を銅(II)に与えることによる還元であるため、「分子内還元」と言うことができる。
[First reduction]
When a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime are mixed in an aqueous solvent, the alkylglyoxime coordinates to copper (II) with two nitrogen atoms as coordination sites to form a copper (II) complex. Possible (Fig. 1). When this copper (II) complex is heated in an alkaline solution to give thermal energy, one of the alkylglyoximes coordinated to copper (II) is converted into a large amount of hydroxide ion OH present in the liquid. A reaction for depriving protons (H + ) from —O—H occurs (symbol a in FIG. 2), and a double bond is formed between O and N (symbol b in FIG. 2). At the same time, N and C become a single bond, a double bond is formed between carbon atoms, and electrons are conjugated and stabilized (symbol c in FIG. 2). At the same time, another double bond of N and C becomes a single bond, so that the surplus N unpaired electrons are shared with Cu, and copper (II) is reduced to copper (I) (FIG. 2 symbol d). In this way, intermediate A having copper (I) is formed. Intermediate A has a structure having a nitroso group (—N═O) at one end of a skeleton derived from alkylglyoxime. This first reduction is a reduction by giving electrons existing in the molecule of the copper (II) complex to copper (II), and can be called “intramolecular reduction”.

アルキルグリオキシムとしては、ジメチルグリオキシム、ジエチルグリオキシムなどのジアルキルグリオキシムが挙げられる。
水溶性銅(II)化合物としては、塩化銅(II)、硝酸銅(II)、硫酸銅(II)、酢酸銅(II)などが挙げられる。
Examples of the alkylglyoxime include dialkylglyoximes such as dimethylglyoxime and diethylglyoxime.
Examples of the water-soluble copper (II) compound include copper (II) chloride, copper (II) nitrate, copper (II) sulfate, and copper (II) acetate.

上記の分子内還元を進行させるためには「−O−H」からプロトンを奪うに足るだけの多量の水酸化物イオン(OH-)が液中に存在している必要がある。そのため、溶媒として強アルカリ水溶液を使用することが望ましい。アルカリ物質としてはKOH、NaOHなどのアルカリ金属水酸化物や、ジメチルホルムアミドとジオールの混合物などを使用すればよい。例えばNaOHの場合、40〜48質量%水酸化ナトリウム水溶液を溶媒として、これに水溶性銅(II)化合物およびアルキルグリオキシムを添加することが好適である。 In order to proceed with the intramolecular reduction, it is necessary that a large amount of hydroxide ions (OH ) sufficient to take protons from “—O—H” is present in the liquid. Therefore, it is desirable to use a strong alkaline aqueous solution as a solvent. As the alkaline substance, an alkali metal hydroxide such as KOH or NaOH, or a mixture of dimethylformamide and diol may be used. For example, in the case of NaOH, it is preferable to add a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime to a 40 to 48 mass% aqueous sodium hydroxide solution as a solvent.

また、上記の「−O−H」からプロトンを奪う反応を引き起こすためには熱エネルギーが必要である。液の温度が低いと反応が生じないか、あるいは反応の進行に長時間を要し実用的でない。種々検討の結果、液の温度を85℃以上に加熱することが好ましく、90℃以上とすることがより好ましい。温度が高くなるほど反応速度も大きくなるが、その分、第2の還元に移行させるための還元剤添加時期を正確に判定することが難しくなる。後述の液の色を監視する手法を併用すれば、沸点以下の温度で第1の還元を行うことができる。反応効率と還元剤添加時期の見極めの両面を考慮すると、例えばジメチルグリオキシムを使用する場合、100℃以上115℃以下の温度範囲に保持することがより好ましい。   In addition, thermal energy is required to cause the reaction of depriving protons from the above “—O—H”. If the temperature of the liquid is low, the reaction does not occur, or the reaction proceeds for a long time and is not practical. As a result of various studies, the temperature of the liquid is preferably heated to 85 ° C. or higher, more preferably 90 ° C. or higher. The higher the temperature is, the higher the reaction rate is. However, it is difficult to accurately determine the addition timing of the reducing agent for shifting to the second reduction. If a method for monitoring the color of the liquid described later is used in combination, the first reduction can be performed at a temperature below the boiling point. Considering both the reaction efficiency and the timing of adding the reducing agent, for example, when dimethylglyoxime is used, it is more preferable to keep the temperature in the range of 100 ° C. to 115 ° C.

第1の還元に供するアルカリ水溶液中の、アルキルグリオキシムと銅(II)のモル比[アルキルグリオキシム]/[Cu(II)]は0.3〜2.5の範囲で設定すればよい。0.5〜1.0の範囲とすることがより好ましい。
第1の還元に供するアルカリ水溶液中の、銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]は1×10-4〜2×10-2の範囲で設定すればよい。1×10-3〜1×10-2の範囲とすることがより好ましい。
The molar ratio [alkylglyoxime] / [Cu (II)] between the alkylglyoxime and copper (II) in the alkaline aqueous solution used for the first reduction may be set in the range of 0.3 to 2.5. More preferably, it is in the range of 0.5 to 1.0.
The molar ratio [Cu (II)] / [OH ] of copper (II) and hydroxide ions in the alkaline aqueous solution used for the first reduction is set in the range of 1 × 10 −4 to 2 × 10 −2. do it. More preferably, the range is 1 × 10 −3 to 1 × 10 −2 .

〔第2の還元〕
本明細書では、上記第1の還元で生じた銅(I)から金属銅への還元過程を第2の還元と呼ぶ。上記の中間体Aに、そのまま一定の熱エネルギーを与え続けると、Cu(I)から金属銅への分子内還元が進行する。しかし、それによって得られる銅ナノ構造体は、粒子状、ロッド状、ワイヤ状などが混在する共雑物的な形態となってしまう。従って、本発明では分子内還元による第2の還元を避ける手法を適用する。
[Second reduction]
In the present specification, the reduction process from copper (I) generated in the first reduction to metallic copper is referred to as second reduction. When constant heat energy is continuously applied to the intermediate A as it is, intramolecular reduction from Cu (I) to metallic copper proceeds. However, the resulting copper nanostructure has a mixed-like form in which particles, rods, wires, and the like are mixed. Therefore, in the present invention, a technique for avoiding the second reduction by intramolecular reduction is applied.

ここでは先ず、分子内還元によって第2の還元が進行してしまうパターン(本発明対象外の還元態様)について説明する。
第1の還元で生じた中間体Aを含む溶液に熱エネルギーを継続して付与し続けると、ニトロソ基を形成していない方の「−O−H」からもプロトン(H+)が液中のOH-に奪われ、分子内に電子を置いていく。その電子が銅(I)に供給され、銅(I)は金属銅に還元される。このとき、アルキルグリオキシム由来の骨格はO=N−C=C−N=Oとなり、π共役系を形成し、安定化する。ただし、分子内還元であるからO=N−C=C−N=O骨格はCu原子に電子を放出して形成されているので、π共役系の電子密度は低く、先にニトロソ基を形成した方のNは金属銅に吸着しにくい傾向を有すると考えられる。そのため、O=N−C=C−N=O骨格は、一方のN部分でのみ金属銅に吸着するケース(図3のPathway I)が選択される確率が大きくなる。また、2箇所のN部分で金属銅に吸着するケース(図3のPathway II)が選択される場合もある。
Here, first, a pattern (reduction mode outside the scope of the present invention) in which the second reduction proceeds by intramolecular reduction will be described.
When heat energy is continuously applied to the solution containing the intermediate A generated in the first reduction, protons (H + ) are also generated in the liquid from “—O—H” that does not form a nitroso group. of OH - lost to, it places the electronic in the molecule. The electrons are supplied to copper (I), and copper (I) is reduced to metallic copper. At this time, the skeleton derived from alkylglyoxime becomes O═N—C═C—N═O, forms a π-conjugated system, and is stabilized. However, since it is an intramolecular reduction, the O = N—C═C—N═O skeleton is formed by emitting electrons to the Cu atom, so the electron density of the π-conjugated system is low, and the nitroso group is formed first. It is considered that N on the other side has a tendency to hardly adsorb to metallic copper. Therefore, in the O = NC-CN = O skeleton, there is a high probability that a case (Pathway I in FIG. 3) that is adsorbed to metallic copper only at one N portion is selected. In some cases, a case (Pathway II in FIG. 3) that adsorbs to metallic copper at two N portions is selected.

Pathway IおよびIIでは、共役系の電子密度が低く、Nを配位座とするキャッピングの確率が低い。このほか、酸素原子を配位座としたキャッピングも可能となる。O=N−C=C−N=O骨格の1つのNが銅結晶の1つの(110)面をキャッピングする場合と、(001)面をキャッピングする場合が想定できる。これら2通りの吸着態様の選択性を厳密にコントロールすることは困難である。従って、得られる銅ナノ構造体は、粒子状、ロッド状、ワイヤ状などが混在する共雑物的な形態となってしまい、ナノ構造体の形状を一定にコントロールすることができない。   In Pathways I and II, the electron density of the conjugated system is low, and the probability of capping with N as the coordination site is low. In addition, capping using an oxygen atom as a coordination site is also possible. It can be assumed that one N of the O = N—C = C—N═O skeleton capping one (110) plane of the copper crystal and a case where the (001) plane is capped. It is difficult to strictly control the selectivity of these two adsorption modes. Therefore, the obtained copper nanostructure has a mixed-like form in which particles, rods, wires, and the like are mixed, and the shape of the nanostructure cannot be controlled to be constant.

そこで本発明では、中間体Aが生成した段階で還元剤を添加し、その還元剤から供給される電子によって、中間体Aを構成している銅(I)を、金属銅に還元する。中間体Aの分子の外部から電子が供給されるので、この還元の態様は、前述の「分子内還元」に対して、「外部還元」と言うことができる。外部還元では、図4に示すように、中間体AのCu原子に直接外部から電子が供給され(図4の記号a)、アルキルグリオキシム由来の骨格はO-−N=C−C=N−O-の形となる。外部から電子を受け取るのでπ共役系の電子密度は増大する。それに伴ってN原子の電子密度も増大し、2つのN部分で均等に金属銅に吸着しやすくなる(図4のPathway III)。この場合、銅(I)から金属銅への還元が進行するに伴いO-−N=C−C=N−O-骨格(グリオキシム)が再生され、この骨格は銅結晶の(100)面をキャッピングする傾向が強いと考えられる。その結果、好適に(100)面の成長が阻害され、(110)面で優先的に結晶成長が起こり、ワイヤ状の銅ナノ構造体が得られる。 Therefore, in the present invention, a reducing agent is added at the stage when the intermediate A is formed, and copper (I) constituting the intermediate A is reduced to metallic copper by electrons supplied from the reducing agent. Since electrons are supplied from the outside of the molecule of intermediate A, this mode of reduction can be referred to as “external reduction” in contrast to the aforementioned “intramolecular reduction”. In the external reduction, as shown in FIG. 4, electrons are directly supplied to the Cu atom of the intermediate A from the outside (symbol a in FIG. 4), and the skeleton derived from alkylglyoxime is O —N═C—C═N. -O - a form of. Since electrons are received from the outside, the electron density of the π-conjugated system increases. Along with this, the electron density of N atoms increases, and the two N portions are easily adsorbed evenly on metallic copper (Pathway III in FIG. 4). In this case, as the reduction of copper (I) to metallic copper proceeds, the O —N═C—C═N—O skeleton (glyoxime) is regenerated, and this skeleton regenerates the (100) plane of the copper crystal. It seems that there is a strong tendency to capping. As a result, the growth of the (100) plane is preferably inhibited, and crystal growth preferentially occurs on the (110) plane, and a wire-like copper nanostructure is obtained.

還元剤としては、中間体Aを構成する銅(I)を金属銅に還元することができる種々のものが対象となる。現時点では、ヒドラジン、ヒドラジン化合物、グルコース、アスコルビン酸の1種以上を使用することで良好な結果がえられることを確認している。今後の調査により、更に多くの種類の還元剤の適用可能性が見出されるであろう。なお、ヒドラジン化合物としては、ヒドラジン水加物(N24・H2O)、中性硫酸ヒドラジン((N22)2・H2SO4)、硫酸ヒドラジン(N24・H2SO4)などが例示できる。還元剤の添加量は、液中に存在する銅原子すべてを1価から0価に還元する場合の化学当量において、0.5〜2.0モル当量の範囲で設定することが好ましく、0.5〜1.0モル当量がより好ましい。 As the reducing agent, various agents capable of reducing copper (I) constituting intermediate A to metallic copper are targeted. At present, it has been confirmed that good results can be obtained by using one or more of hydrazine, hydrazine compounds, glucose, and ascorbic acid. Future research will find the applicability of more types of reducing agents. As hydrazine compounds, hydrazine hydrate (N 2 H 4 .H 2 O), neutral hydrazine sulfate ((N 2 H 2 ) 2 .H 2 SO 4 ), hydrazine sulfate (N 2 H 4 .H 2 SO 4 ). The addition amount of the reducing agent is preferably set in the range of 0.5 to 2.0 molar equivalents in terms of chemical equivalents when all the copper atoms present in the liquid are reduced from monovalent to zero. 5-1.0 molar equivalents are more preferred.

第2の還元をPathway IあるいはIIへ進めることなく、Pathway IIIへと導くためには、還元剤の添加時期が重要となる。還元剤の添加時期が早すぎると、その還元剤によって銅(II)から金属銅へ還元されてしまい、Pathway IIIへ進めることができない。還元剤の添加時期が遅すぎると、特に温度が高い場合などではPathway IあるいはIIの還元ルートへ進みやすくなる。従って、温度をコントロールしながら、中間体Aが十分に生成した時点を見計らって、還元剤を投入することが望ましい。   In order to guide the second reduction to Pathway III without proceeding to Pathway I or II, the timing of addition of the reducing agent is important. If the reducing agent is added too early, it will be reduced from copper (II) to metallic copper by the reducing agent and cannot proceed to Pathway III. If the reducing agent is added too late, it is easy to proceed to the Pathway I or II reduction route particularly when the temperature is high. Therefore, it is desirable to introduce the reducing agent while controlling the temperature and at the time when the intermediate A is sufficiently formed.

中間体Aが生成したこと、すなわち第1の還元で銅(I)が生成したことを確認する手法として、液の色を監視する手法が有効であることがわかった。銅(II)イオン水溶液は濃青色(波長500〜800nm)を示す。一方、銅(I)イオン水溶液は透明である。従って、液の色が薄くなり始め、透明に向かって変化途上である間は第1の還元が進行中である。少なくとも第1の還元が始まるのを待って還元剤を添加する必要がある。銅(II)が多量に残っている時点で還元剤を添加するとPathway IIIによらずに直接銅金属銅にまで還元されてしまう銅ナノ構造体の量が多くなり、ワイヤ状銅ナノ構造体の歩留りが悪くなる。従って、液の色が退色し、透明になった時期に還元剤を添加することが好ましい。ただし、上述のように、液温が高温であるほどPathway IあるいはIIの経路に進みやすい。金属銅が生成すると液は懸濁する。遅くとも液が懸濁し始める前に還元剤を添加する必要がある。   It was found that the method of monitoring the color of the liquid was effective as a method for confirming that intermediate A was formed, that is, copper (I) was formed in the first reduction. Copper (II) ion aqueous solution shows deep blue (wavelength 500-800 nm). On the other hand, the copper (I) ion aqueous solution is transparent. Accordingly, the first reduction is in progress while the color of the liquid begins to fade and is changing toward transparency. It is necessary to add the reducing agent after at least the first reduction has started. If a reducing agent is added when a large amount of copper (II) remains, the amount of copper nanostructures that are directly reduced to copper metal copper increases regardless of Pathway III. Yield gets worse. Therefore, it is preferable to add a reducing agent when the color of the liquid has faded and becomes transparent. However, as described above, the higher the liquid temperature, the easier it is to proceed to Pathway I or II. When metallic copper is produced, the liquid is suspended. It is necessary to add a reducing agent at the latest before the liquid begins to suspend.

定量的に液の色の変化程度を知るためには、液の吸光度を測定することが有効である。種々検討の結果、例えば612〜624nmにおける吸光スペクトルを測定することによって、中間体Aの存在を精度良く把握することができる。具体的には上記(X)に示した方法により、(1)式で求まる吸光度変化率ΔAbsが60〜95%となる時点の液に還元剤を添加することが効果的である。   In order to quantitatively know the degree of change in the color of the liquid, it is effective to measure the absorbance of the liquid. As a result of various studies, for example, by measuring an absorption spectrum at 612 to 624 nm, it is possible to accurately grasp the presence of the intermediate A. Specifically, it is effective to add a reducing agent to the liquid at the time when the absorbance change rate ΔAbs obtained by the equation (1) becomes 60 to 95% by the method shown in the above (X).

還元剤を用いた第2の還元は例えば50℃以上沸点以下の温度範囲で行うことができる。沸点が120℃より高い場合は、50〜120℃の範囲とすることが好ましい。80〜120℃の範囲とすることがより効果的であり、90〜110℃の範囲に管理してもよい。
なお、第1の還元および第2の還元は、液を撹拌しながら行う。反応中の液面が接触する気相空間は窒素雰囲気とすることが好ましい。
The second reduction using the reducing agent can be performed in a temperature range of, for example, 50 ° C. or higher and a boiling point or lower. When the boiling point is higher than 120 ° C., the range is preferably 50 to 120 ° C. It is more effective to set the temperature within the range of 80 to 120 ° C, and the temperature may be controlled within the range of 90 to 110 ° C.
Note that the first reduction and the second reduction are performed while stirring the liquid. The gas phase space in contact with the liquid surface during the reaction is preferably a nitrogen atmosphere.

第2の還元を終えた液を、ろ過、遠心分離等の方法で固液分離して、ワイヤ状銅ナノ構造体を主体とする固形分を回収する。得られた固形分を十分に洗浄し、必要に応じて適当な液状媒体中に保存すればよい。例えば、分散剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を1%程度含有するpH6〜8の水溶液を用いて、ワイヤ状銅ナノ構造体の分散液とすることができる。   The liquid after the second reduction is subjected to solid-liquid separation by a method such as filtration and centrifugation, and a solid content mainly composed of the wire-like copper nanostructure is recovered. What is necessary is just to wash | clean the obtained solid content fully, and to preserve | save in a suitable liquid medium as needed. For example, an aqueous solution having a pH of 6 to 8 containing about 1% of PVP (polyvinylpyrrolidone) as a dispersant can be used as a dispersion of wire-like copper nanostructures.

〔実施例1〕
反応容器として300mLのコニカルビーカーを使用した。反応容器に48質量%水酸化ナトリウム水溶液120g(80mL)を入れ、この液に、塩化銅・2水和物(分子量170.48)0.4gを添加した。この液の銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]は1.6×10-3である。その反応容器をオイルバスに浸漬し、上部をフッ素樹脂シール材で覆って、液中に窒素ガスを0.1L/minの流速で導入してバブリングしながらフッ素樹脂の撹拌羽根により500rpmで液を撹拌した。この状態で昇温を開始し、液温が80℃となった時点でジメチルグリオキシム(和光純薬工業製、分子量116.12)を0.2g添加した。このとき、液中に存在するジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.73である。この第1の還元開始前の液から吸光度測定用のサンプルS0を少量採取した。
[Example 1]
A 300 mL conical beaker was used as a reaction vessel. A reaction vessel was charged with 120 g (80 mL) of a 48% by mass aqueous sodium hydroxide solution, and 0.4 g of copper chloride dihydrate (molecular weight 170.48) was added to this solution. The molar ratio [Cu (II)] / [OH ] of copper (II) and hydroxide ions in this solution is 1.6 × 10 −3 . The reaction vessel is immersed in an oil bath, the upper part is covered with a fluororesin sealing material, nitrogen gas is introduced into the liquid at a flow rate of 0.1 L / min, and the liquid is poured at 500 rpm with a fluorine resin stirring blade while bubbling. Stir. In this state, the temperature was raised and when the liquid temperature reached 80 ° C., 0.2 g of dimethylglyoxime (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight 116.12) was added. At this time, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] of dimethylglyoxime and copper (II) present in the liquid is 0.73. A small amount of sample S 0 for measuring absorbance was collected from the solution before the start of the first reduction.

ジメチルグリオキシム添加後も窒素ガス導入と撹拌を継続した。昇温開始から約0.5h経過後に液温が105℃となり、液の色が濃青色から透明な緑青色へと退色し始めていることが目視により観測された。この退色は、銅(II)から銅(I)への還元反応(第1の還元)が進行していることによるものである。その後、液温を105〜115℃の範囲に保持し、退色が進んだ時点の液から吸光度測定用のサンプルS1を少量採取した。上記サンプルS0およびS1を用いて前述(X)に記載した方法で迅速に吸光度変化率ΔAbsを求めた。その際、5倍希釈のためのアルカリ水溶液には48質量%水酸化ナトリウムを使用し、吸光度測定装置には紫外可視分光光度計 HITACHI Spectrophotometer U−3210を使用した。サンプルS1採取時点の液についての吸光度変化率ΔAbsは80%であった。 Nitrogen gas introduction and stirring were continued after the addition of dimethylglyoxime. It was visually observed that the liquid temperature became 105 ° C. after about 0.5 h from the start of the temperature increase, and the color of the liquid began to fade from dark blue to transparent green blue. This fading is due to the progress of the reduction reaction (first reduction) from copper (II) to copper (I). Thereafter, the liquid temperature was kept in the range of 105 to 115 ° C., and a small amount of sample S 1 for measuring absorbance was collected from the liquid at the time when fading progressed. Using the samples S 0 and S 1 , the absorbance change rate ΔAbs was quickly obtained by the method described in the above (X). In that case, 48 mass% sodium hydroxide was used for the alkaline aqueous solution for 5-fold dilution, and the ultraviolet visible spectrophotometer HITACHI Spectrophotometer U-3210 was used for the light absorbency measuring apparatus. The absorbance change rate ΔAbs for the liquid at the time of sample S 1 collection was 80%.

上記吸光度変化率ΔAbsの測定結果が判った時点で直ちに、還元剤として17質量%ヒドラジン0.20mLを添加し、第2の還元を開始させた。この還元剤添加時点の液の色は、ΔAbs95%の色サンプルと比較すると、青色が濃い状態であった。ヒドラジンの液中濃度は26.5mmol/Lである。この添加時期は、昇温開始から0.75h経過時点であった。還元剤添加後、500rpmで30sec撹拌した後、撹拌を停止した。窒素ガスの導入はその後も継続した。第2の還元を完了させるために、上記撹拌停止後、液温100〜105℃で0.5h保持し、加熱を終えた。   As soon as the measurement result of the absorbance change rate ΔAbs was found, 0.20 mL of 17% by mass hydrazine was added as a reducing agent to start the second reduction. As for the color of the liquid at the time of addition of the reducing agent, the blue color was darker than the color sample of ΔAbs 95%. The concentration of hydrazine in the liquid is 26.5 mmol / L. This addition time was 0.75 h after the start of temperature increase. After adding the reducing agent, the mixture was stirred at 500 rpm for 30 seconds, and then the stirring was stopped. The introduction of nitrogen gas continued thereafter. In order to complete the second reduction, after the stirring was stopped, the liquid temperature was kept at 100 to 105 ° C. for 0.5 h, and the heating was finished.

液温が常温付近まで下がった後、液面付近に浮上して存在していた反応生成物(浮上固形分)を、保留粒子径3μmのろ紙(Watman No.131)によって固液分離し、回収した。回収固形分を水で3回洗浄後、1質量%PVP水溶液に浸漬し、0.5M硝酸を加えて液のpHを6〜8に調整し、銅ナノ構造体分散液を得た。   After the liquid temperature has dropped to near room temperature, the reaction product (floating solid content) that has floated near the liquid surface is solid-liquid separated and collected with a filter paper (Watman No. 131) having a reserved particle diameter of 3 μm. did. The recovered solid was washed three times with water, then immersed in a 1% by mass PVP aqueous solution, and 0.5 M nitric acid was added to adjust the pH of the solution to 6 to 8 to obtain a copper nanostructure dispersion.

この分散液を乾燥させたものをSEM(走査型電子顕微鏡)(日本電子、JSM−IT300LV)で観察した。そのSEM写真を図5に例示する。左の写真の下部に白線で表示されているスケール(以下、単に「スケール」という)は5μm、右の写真のスケールは1μmである。ワイヤ状の銅ナノ構造体が得られたことが確認された。
また、上記の固液分離で得られたろ液を20倍に希釈し、硝酸酸性とした後、誘導結合プラズマ分光光度計(SEIKO INSTRUMENT、SPS5100)により分析し、銅濃度を測定した。初期の銅添加量およびろ液の銅濃度から、銅ナノ構造体として回収された銅の回収率を求めた結果、銅回収率は99%以上であった。
What dried this dispersion liquid was observed with SEM (scanning electron microscope) (JEOL, JSM-IT300LV). The SEM photograph is illustrated in FIG. The scale (hereinafter simply referred to as “scale”) displayed with a white line at the bottom of the left photograph is 5 μm, and the scale of the right photograph is 1 μm. It was confirmed that a wire-like copper nanostructure was obtained.
Moreover, after diluting the filtrate obtained by said solid-liquid separation 20 times and making it nitric acid acidic, it analyzed with the inductively coupled plasma spectrophotometer (SEIKO INSTRUMENT, SPS5100), and measured the copper concentration. As a result of obtaining the recovery rate of copper recovered as a copper nanostructure from the initial copper addition amount and the copper concentration of the filtrate, the copper recovery rate was 99% or more.

〔実施例2〕
実施例1では還元剤としてヒドラジンを用いたが、ここではD−グルコース(C6126)(和光純薬工業製、特級試薬)を用いた。
実施例1との変更点は、48質量%水酸化ナトリウム水溶液の量を180g(120mL)、塩化銅・2水和物の添加量を0.6gとした点([Cu(II)]/[OH-]は1.6×10-3)、ジメチルグリオキシムの添加量を0.3gとした点、還元剤として上記D−グルコースを液中濃度で27mmol/L添加した点、第2の還元を終えた後の固液分離を3500rpm、10minの遠心分離で行った点である。その他は実施例1と同様の条件で銅ナノ構造体を合成した。本例では、ジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.73となる。
得られた銅ナノ構造体のSEM写真を図6に例示する。左の写真のスケールは10μm、右の写真のスケールは1μmである。粒状の銅粒子が多少混在したが、ワイヤ状の銅ナノ構造体の合成手法として有効であることが確認された。
[Example 2]
In Example 1, hydrazine was used as the reducing agent, but D-glucose (C 6 H 12 O 6 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade reagent) was used here.
The difference from Example 1 was that the amount of 48 mass% sodium hydroxide aqueous solution was 180 g (120 mL), and the addition amount of copper chloride dihydrate was 0.6 g ([Cu (II)] / [ OH ] is 1.6 × 10 −3 ), the addition amount of dimethylglyoxime is 0.3 g, the above D-glucose is added as a reducing agent at a concentration of 27 mmol / L, and the second reduction. The solid-liquid separation after finishing is performed by centrifugation at 3500 rpm for 10 minutes. Other than that, a copper nanostructure was synthesized under the same conditions as in Example 1. In this example, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] between dimethylglyoxime and copper (II) is 0.73.
An SEM photograph of the obtained copper nanostructure is illustrated in FIG. The scale of the left photograph is 10 μm, and the scale of the right photograph is 1 μm. Although some granular copper particles were mixed, it was confirmed that the method was effective as a method for synthesizing a wire-like copper nanostructure.

〔実施例3〕
還元剤としてL−アスコルビン酸(C686)(和光純薬工業製、特級試薬)を液中濃度で27mmol/L添加したことを除き、実施例2と同様の条件で銅ナノ構造体を合成した。
得られた銅ナノ構造体のSEM写真を図7に例示する。左の写真のスケールは5μm、右の写真のスケールは1μmである。粒状の銅粒子が多少混在したが、ワイヤ状の銅ナノ構造体の合成手法として有効であることが確認された。
Example 3
A copper nanostructure was prepared under the same conditions as in Example 2 except that L-ascorbic acid (C 6 H 8 O 6 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent) was added as a reducing agent in a concentration of 27 mmol / L The body was synthesized.
An SEM photograph of the obtained copper nanostructure is illustrated in FIG. The scale of the left photograph is 5 μm, and the scale of the right photograph is 1 μm. Although some granular copper particles were mixed, it was confirmed that the method was effective as a method for synthesizing a wire-like copper nanostructure.

〔実施例4〕
本例は、還元剤にヒドラジンを用いて、実施例1よりもスケールアップした例である。
反応容器として1Lビーカーを使用した。反応容器に48質量%水酸化ナトリウム水溶液900g(0.6L)を入れ、この液に、塩化銅・2水和物(分子量170.48)3.0gを添加した。この液の銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]は1.6×10-3である。その反応容器をヒーターに設置した。反応容器の上部をステンレス鋼製の蓋で覆って、液中に窒素ガスを1.5L/minの流速で導入してバブリングしながらチタン製2段タービン撹拌羽根により500rpm以上の回転速度で液を撹拌した。容器内にはバッフル(邪魔板)も設置してある。この状態で昇温を開始した。液中に挿入した測温抵抗体で測温することにより液温をPDI制御した。液温の到達温度を110℃に設定した。液温が80℃となった時点でジメチルグリオキシム(和光純薬工業製、分子量116.12)を1.5g添加した。このとき、ジメチルグリオキシム濃度は21.5mmol/Lであり、液中に存在するジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.73である。この第1の還元開始前の液から吸光度測定用のサンプルS0を少量採取した。
Example 4
In this example, hydrazine was used as a reducing agent, and the scaled up from Example 1.
A 1 L beaker was used as a reaction vessel. A reaction vessel was charged with 900 g (0.6 L) of a 48 mass% sodium hydroxide aqueous solution, and 3.0 g of copper chloride dihydrate (molecular weight 170.48) was added to this solution. The molar ratio [Cu (II)] / [OH ] of copper (II) and hydroxide ions in this solution is 1.6 × 10 −3 . The reaction vessel was placed on a heater. The upper part of the reaction vessel is covered with a stainless steel lid, and nitrogen gas is introduced into the liquid at a flow rate of 1.5 L / min, and the liquid is supplied at a rotational speed of 500 rpm or more with a titanium two-stage turbine stirring blade while bubbling. Stir. A baffle (baffle plate) is also installed in the container. In this state, temperature increase was started. The liquid temperature was PDI controlled by measuring the temperature with a resistance temperature detector inserted in the liquid. The ultimate temperature of the liquid temperature was set to 110 ° C. When the liquid temperature reached 80 ° C., 1.5 g of dimethylglyoxime (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight 116.12) was added. At this time, the dimethylglyoxime concentration is 21.5 mmol / L, and the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] of dimethylglyoxime and copper (II) present in the liquid is 0.73. A small amount of sample S 0 for measuring absorbance was collected from the solution before the start of the first reduction.

ジメチルグリオキシム添加後も窒素ガス導入と撹拌を継続した。液温が110℃になった時点で吸光度測定用のサンプルS1を少量採取した。上記サンプルS0およびS1を用いて実施例1と同様の方法で迅速に吸光度変化率ΔAbsを求めた。その結果、サンプルS1採取時点の液についての吸光度変化率ΔAbsは90%であり、銅(II)から銅(I)への第1の還元の進行が確認された。 Nitrogen gas introduction and stirring were continued after the addition of dimethylglyoxime. When the liquid temperature reached 110 ° C., a small amount of sample S 1 for measuring absorbance was collected. Using the samples S 0 and S 1 , the absorbance change rate ΔAbs was quickly determined in the same manner as in Example 1. As a result, the absorbance change rate ΔAbs for the liquid at the time of sample S 1 collection was 90%, confirming the progress of the first reduction from copper (II) to copper (I).

上記吸光度変化率ΔAbsの測定結果が判った時点で直ちに、還元剤として17質量%ヒドラジン3.0mLを添加し、第2の還元を開始させた。この還元剤添加時点の液の色は、ΔAbs95%の色サンプルと比較すると、青色が濃い状態であった。ヒドラジンの液中濃度は26.6mmol/Lである。この添加時期は、昇温開始から1h経過時点であった。還元剤添加後、500rpmで20sec撹拌した後、撹拌を停止した。窒素ガスの導入はその後も継続した。第2の還元を完了させるために、上記撹拌停止後、液温を105℃に設定して0.5h保持し、加熱を終えた。   Immediately after the measurement result of the absorbance change rate ΔAbs was found, 3.0 mL of 17% by mass hydrazine was added as a reducing agent to start the second reduction. As for the color of the liquid at the time of addition of the reducing agent, the blue color was darker than the color sample of ΔAbs 95%. The concentration of hydrazine in the liquid is 26.6 mmol / L. This addition time was 1 hour after the start of temperature increase. After adding the reducing agent, the mixture was stirred at 500 rpm for 20 seconds, and then stirring was stopped. The introduction of nitrogen gas continued thereafter. In order to complete the second reduction, after the stirring was stopped, the liquid temperature was set at 105 ° C. and held for 0.5 h, and the heating was finished.

液温が常温付近まで下がった後、液面付近に浮上して存在していた反応生成物(浮上固形分)を、保留粒子径3μmのろ紙(Watman No.131)によって固液分離し、回収した。回収固形分を水で3回洗浄後、1質量%PVP水溶液に浸漬し、0.5M硝酸を加えて液のpHを6〜8に調整し、銅ナノ構造体分散液を得た。   After the liquid temperature has dropped to near room temperature, the reaction product (floating solid content) that has floated near the liquid surface is solid-liquid separated and collected with a filter paper (Watman No. 131) having a reserved particle diameter of 3 μm. did. The recovered solid was washed three times with water, then immersed in a 1% by mass PVP aqueous solution, and 0.5 M nitric acid was added to adjust the pH of the solution to 6 to 8 to obtain a copper nanostructure dispersion.

この分散液を実施例1と同様にSEM観察した。そのSEM写真を図8に例示する。左の写真のスケールは1μm、右の写真のスケールは100nmである。ワイヤ状の銅ナノ構造体が得られたことが確認された。
また、実施例1と同様の方法で銅ナノ構造体として回収された銅の回収率を求めた結果、銅回収率は99%以上であった。
This dispersion was observed by SEM in the same manner as in Example 1. The SEM photograph is illustrated in FIG. The scale of the left photograph is 1 μm, and the scale of the right photograph is 100 nm. It was confirmed that a wire-like copper nanostructure was obtained.
Moreover, as a result of calculating | requiring the recovery rate of the copper collect | recovered as a copper nanostructure by the method similar to Example 1, the copper recovery rate was 99% or more.

〔実施例5〕
本例は、還元剤にD−グルコースを用いて、実施例2よりもスケールアップした例である。
還元剤として実施例2で用いたD−グルコース2.88g(液中濃度で27mmol/L)添加したこと、および第2の還元での保持温度を110℃、保持時間を5minとしたことを除き、実施例4(ヒドラジンを用いたスケールアップ)と同様の条件で銅ナノ構造体を合成した。ただし、D−グルコースを用いる場合は、ヒドラジンを用いる場合に比べ、粒状の銅粒子が共存しやすい傾向にある。ここでは、得られた分散液を超音波で10min分散させたのち、5Aろ紙(ADVANTEC製、保留粒子径7μm)でろ過した固形分を再度PVP溶液に分散させた液をSEM観察に供した。そのSEM写真を図9に例示する。左の写真のスケールは5μm、右の写真のスケールは1μmである。ワイヤ状の銅ナノ構造体が得られたことが確認された。
Example 5
In this example, D-glucose was used as the reducing agent, and the scaled up from Example 2.
Except that 2.88 g of D-glucose (27 mmol / L in liquid concentration) used in Example 2 was added as a reducing agent, and that the holding temperature in the second reduction was 110 ° C. and the holding time was 5 min. A copper nanostructure was synthesized under the same conditions as in Example 4 (scale-up using hydrazine). However, when using D-glucose, the granular copper particles tend to coexist as compared with using hydrazine. Here, after the obtained dispersion liquid was dispersed for 10 minutes with ultrasonic waves, the liquid obtained by dispersing the solid content filtered through 5A filter paper (manufactured by ADVANTEC, reserved particle diameter 7 μm) in the PVP solution was subjected to SEM observation. The SEM photograph is illustrated in FIG. The scale of the left photograph is 5 μm, and the scale of the right photograph is 1 μm. It was confirmed that a wire-like copper nanostructure was obtained.

〔実施例6〕
本例は、水酸化ナトリウム水溶液に対する塩化銅・2水和物の添加濃度を2倍に増加させた例である。
実施例1から5では、初期の塩化銅・2水和物(分子量170.48)の添加濃度を5g/L(29mmol/L)としたが、ここでは10g/ml(59mmol/L)とした。実施例1との変更点は、48質量%水酸化ナトリウム水溶液の量を360g(240mL)、塩化銅・2水和物の添加量を2.4gとした点([Cu(II)]/[OH-]は3.3×10-3)、ジメチルグリオキシムの添加量を0.6gとした点、撹拌機の回転数を600rpmとした点、窒素の供給量を0.8L/minとした点、100℃で0.75h加熱を継続した点、還元剤として上記D−グルコースを液中濃度で58mmol/L添加した点である。その他は実施例1と同様の条件で銅ナノ構造体を合成した。本例では、ジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.37となる。
得られた銅ナノ構造体のSEM写真を図10に例示する。写真のスケールは5μmである。粒状の銅粒子が多少混在したが、ワイヤ状の銅ナノ構造体の合成手法として有効であることが確認された。
Example 6
In this example, the concentration of copper chloride dihydrate added to the aqueous sodium hydroxide solution was doubled.
In Examples 1 to 5, the initial concentration of copper chloride dihydrate (molecular weight 170.48) was 5 g / L (29 mmol / L), but here it was 10 g / ml (59 mmol / L). . The difference from Example 1 was that the amount of 48 mass% sodium hydroxide aqueous solution was 360 g (240 mL) and the addition amount of copper chloride dihydrate was 2.4 g ([Cu (II)] / [ OH ] is 3.3 × 10 −3 ), the addition amount of dimethylglyoxime is 0.6 g, the rotation speed of the stirrer is 600 rpm, and the supply amount of nitrogen is 0.8 L / min. The point which continued the heating for 0.75 h at 100 degreeC, and the point which added 58 mmol / L of the said D-glucose by the concentration in a liquid as a reducing agent. Other than that, a copper nanostructure was synthesized under the same conditions as in Example 1. In this example, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] between dimethylglyoxime and copper (II) is 0.37.
An SEM photograph of the obtained copper nanostructure is illustrated in FIG. The photo scale is 5 μm. Although some granular copper particles were mixed, it was confirmed that the method was effective as a method for synthesizing a wire-like copper nanostructure.

〔実施例7〕
本例は、水酸化ナトリウム水溶液に対する塩化銅・2水和物の添加濃度を3倍に増加させた例である。
初期の塩化銅・2水和物(分子量170.48)の添加濃度を15g/ml(88mmol/L)とした。実施例6との変更点は、塩化銅・2水和物の添加量を3.6gとした点([Cu(II)]/[OH-]は4.9×10-3)、ジメチルグリオキシムの添加量を0.95gとした点、100℃で0.5h加熱した点、還元剤として上記D−グルコースを液中濃度で87mmol/L添加した点である。その他は実施例6と同様の条件で銅ナノ構造体を合成した。本例では、ジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.39となる。
得られた銅ナノ構造体のSEM写真を図11に例示する。写真のスケールは1μmである。粒状の銅粒子が多少混在したが、ワイヤ状の銅ナノ構造体の合成手法として有効であることが確認された。
Example 7
In this example, the concentration of copper chloride dihydrate added to the aqueous sodium hydroxide solution was increased three times.
The initial concentration of copper chloride dihydrate (molecular weight 170.48) was 15 g / ml (88 mmol / L). The difference from Example 6 is that the addition amount of copper chloride dihydrate is 3.6 g ([Cu (II)] / [OH ] is 4.9 × 10 −3 ), dimethylglycol This is the point at which the amount of oxime added was 0.95 g, the point of heating at 100 ° C. for 0.5 h, and the addition of 87 mmol / L of the above D-glucose as a reducing agent in the liquid concentration. Other than that, a copper nanostructure was synthesized under the same conditions as in Example 6. In this example, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] between dimethylglyoxime and copper (II) is 0.39.
An SEM photograph of the obtained copper nanostructure is illustrated in FIG. The photo scale is 1 μm. Although some granular copper particles were mixed, it was confirmed that the method was effective as a method for synthesizing a wire-like copper nanostructure.

〔比較例1〕
本例は第1の還元が未達成の状態で還元剤を添加した例である。
反応容器として300mLのコニカルビーカーを使用した。反応容器に48質量%水酸化ナトリウム水溶液180g(120mL)を入れ、この液に、塩化銅・2水和物(分子量170.48)0.6gを添加した。この液の銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]は1.6×10-3である。実施例1と同様に窒素ガスを液中に導入してバブリングしながらフッ素樹脂の撹拌羽根により500rpmで液を撹拌した。この状態で昇温を開始し、液温が80℃となった時点でジメチルグリオキシム(和光純薬工業製、分子量116.12)を0.3g添加した。このとき、液中に存在するジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]は0.73である。この段階の液から吸光度測定用のサンプルS0を少量採取した。
[Comparative Example 1]
In this example, a reducing agent is added in a state where the first reduction has not been achieved.
A 300 mL conical beaker was used as a reaction vessel. To the reaction vessel, 180 g (120 mL) of a 48% by mass aqueous sodium hydroxide solution was added, and 0.6 g of copper chloride dihydrate (molecular weight 170.48) was added. The molar ratio [Cu (II)] / [OH ] of copper (II) and hydroxide ions in this solution is 1.6 × 10 −3 . In the same manner as in Example 1, nitrogen gas was introduced into the liquid and the liquid was stirred at 500 rpm with a fluorine resin stirring blade while bubbling. In this state, the temperature was raised, and when the liquid temperature reached 80 ° C., 0.3 g of dimethylglyoxime (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight 116.12) was added. At this time, the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] of dimethylglyoxime and copper (II) present in the liquid is 0.73. A small amount of sample S 0 for measuring absorbance was collected from the liquid at this stage.

ジメチルグリオキシム添加後、更なる昇温を行わず、液温を80℃に維持し、窒素ガス導入と撹拌を継続しながら4h保持した。この間、液の色は濃青色のままであった。4h保持時点の液から吸光度測定用のサンプルS1を少量採取した。上記サンプルS0およびS1を用いて実施例1と同様の方法で迅速に吸光度変化率ΔAbsを求めた。その結果、サンプルS1採取時点の液についての吸光度変化率ΔAbsは0%であり、銅(II)から銅(I)への第1の還元は進行していないことが確認された。 After the addition of dimethylglyoxime, the liquid temperature was maintained at 80 ° C. without further temperature increase, and maintained for 4 hours while continuing nitrogen gas introduction and stirring. During this time, the color of the liquid remained dark blue. A small amount of sample S 1 for measuring absorbance was collected from the solution at the time of holding for 4 h. Using the samples S 0 and S 1 , the absorbance change rate ΔAbs was quickly determined in the same manner as in Example 1. As a result, the absorbance change rate ΔAbs for the liquid at the time of sample S 1 collection was 0%, and it was confirmed that the first reduction from copper (II) to copper (I) did not proceed.

その後、還元剤として17質量%ヒドラジン0.6mLを添加した。ヒドラジンの液中濃度は26.5mmol/Lである。還元剤添加後、500rpmで30sec撹拌した後、撹拌を停止した。窒素ガスの導入はその後も継続した。上記撹拌停止後、液温を80℃に維持して0.5h保持し、加熱を終えた。   Thereafter, 0.6 mL of 17% by mass hydrazine was added as a reducing agent. The concentration of hydrazine in the liquid is 26.5 mmol / L. After adding the reducing agent, the mixture was stirred at 500 rpm for 30 seconds, and then the stirring was stopped. The introduction of nitrogen gas continued thereafter. After the stirring was stopped, the liquid temperature was maintained at 80 ° C. and held for 0.5 h, and the heating was finished.

液温が常温付近まで下がったのち、実施例1と同様の方法で固液分離、洗浄、分散液の作成を行い、分散液をSEM観察した。そのSEM写真を図12に例示する。写真のスケールは5μmである。金属銅は棒状あるいは粒子状に結晶成長していた。熱エネルギーの付与が不十分であったためにジメチルグリオキシムによる分子内還元が4hでは進行せず、得られた銅ナノ構造体は中間体Aを経ずに、還元剤によって直接銅(II)から金属銅にまで還元されたものである。ジメチルグリオキシムは単なるキャッピング剤として機能したに過ぎないものと考えられる。しかし、そのキャッピング効果はワイヤ状銅ナノ構造体を得るには不十分なものである。   After the liquid temperature dropped to near room temperature, solid-liquid separation, washing and dispersion were prepared in the same manner as in Example 1, and the dispersion was observed with SEM. The SEM photograph is illustrated in FIG. The photo scale is 5 μm. Metallic copper was grown in the form of rods or particles. Since the application of thermal energy was insufficient, intramolecular reduction with dimethylglyoxime did not proceed in 4 h, and the obtained copper nanostructure was not directly passed through intermediate A, but directly from copper (II) by the reducing agent. It has been reduced to metallic copper. Dimethylglyoxime is considered to function only as a capping agent. However, the capping effect is insufficient to obtain a wire-like copper nanostructure.

〔比較例2〕
本例は第1の還元後、還元剤を添加する前に分子内還元によって金属銅が生成してしまった例である。
80℃でのジメチルグリオキシムの添加までは、比較例1と同様の条件で行った。ジメチルグリオキシム添加後、更に昇温を行い、撹拌を継続しながら120℃で2h保持した。この段階で既に金属銅への還元が進行しており、発生した粒子のために吸光度測定は不可能であった。その後、還元剤を添加することなく、加熱を終えて、液温が常温付近まで下がったのち、回収した固形分を洗浄し、SEM観察した。そのSEM写真を図13に例示する。写真のスケールは1μmである。析出した金属銅は凹凸の多いロッド状の構造体を主体とする共雑なものであった。中間体Aが生成した後、高温で保持したために上述のPathway IおよびIIが競合する経路で分子内還元が進行したものと考えられる。
[Comparative Example 2]
In this example, after the first reduction, before adding a reducing agent, metallic copper has been generated by intramolecular reduction.
Until the addition of dimethylglyoxime at 80 ° C., the same conditions as in Comparative Example 1 were used. After addition of dimethylglyoxime, the temperature was further raised, and the mixture was kept at 120 ° C. for 2 hours while continuing stirring. At this stage, reduction to metallic copper had already progressed, and absorbance measurement was impossible due to the generated particles. Thereafter, heating was completed without adding a reducing agent, and after the liquid temperature dropped to near room temperature, the collected solid content was washed and observed by SEM. The SEM photograph is illustrated in FIG. The photo scale is 1 μm. The deposited copper metal was a complicated one composed mainly of a rod-shaped structure with many irregularities. It is considered that the intramolecular reduction progressed through a pathway in which the above-mentioned Pathways I and II compete because intermediate A was generated and held at a high temperature.

Claims (12)

水溶性銅(II)化合物、およびアルキルグリオキシムを含有するアルカリ水溶液を加熱することにより、銅(II)を銅(I)まで還元させ、銅(I)が存在する液を得る過程(第1の還元)、
前記第1の還元で生成した銅(I)が存在する液に還元剤を添加し、ワイヤ状の銅ナノ構造体を析出成長させる過程(第2の還元)、
を有する、銅ナノ構造体の製造方法。
A process of reducing the copper (II) to copper (I) by heating an aqueous alkali solution containing a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime (first process) Reduction),
A process of adding a reducing agent to a liquid containing copper (I) produced by the first reduction and causing a wire-like copper nanostructure to grow (second reduction);
A method for producing a copper nanostructure, comprising:
液の色の変化を監視することによって第1の還元で生成した銅(I)の存在が確認された液に、還元剤を添加する請求項1に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The manufacturing method of the copper nanostructure of Claim 1 which adds a reducing agent to the liquid by which presence of the copper (I) produced | generated by 1st reduction | restoration was confirmed by monitoring the change of the color of a liquid. 液の吸光度の変化を波長500〜800nmの範囲内において測定することによって第1の還元で生成した銅(I)の存在が確認された液に、還元剤を添加する請求項1に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The copper according to claim 1, wherein a reducing agent is added to the liquid in which the presence of copper (I) produced in the first reduction is confirmed by measuring the change in absorbance of the liquid within a wavelength range of 500 to 800 nm. A method for producing a nanostructure. 第1の還元が進行し、下記(X)により定まる吸光度変化率ΔAbsが60〜95%である液に、還元剤を添加する請求項1に記載の銅ナノ構造体の製造方法。
(X)第1の還元開始前の液のサンプルS0および第1の還元開始後のある時点の液のサンプルS1について、それぞれ水酸化ナトリウム水溶液で5〜50質量倍に希釈したのち、分光光度計を用いた吸光光度法により612〜624nmにおける吸光スペクトルの吸光度積分値Iを同じ条件で測定したとき、下記(1)式により求まる値を当該還元開始後の液の吸光度変化率ΔAbsとする。
ΔAbs(%)=(I0−I1)/I0×100 …(1)
ここで、I0およびI1は、それぞれ還元開始前の液のサンプルS0および当該還元開始後の液のサンプルS1についての前記吸光度積分値Iである。
The method for producing a copper nanostructure according to claim 1, wherein the reducing agent is added to a liquid in which the first reduction proceeds and the absorbance change rate ΔAbs determined by the following (X) is 60 to 95%.
(X) The sample S 0 of the liquid before the start of the first reduction and the sample S 1 of the liquid at a certain time after the start of the first reduction are each diluted to 5 to 50 times by mass with an aqueous sodium hydroxide solution, and then subjected to spectroscopy. When the integrated absorbance I of the absorption spectrum at 612 to 624 nm is measured under the same conditions by an absorptiometry using a photometer, the value obtained by the following equation (1) is the absorbance change rate ΔAbs of the liquid after the start of the reduction. .
ΔAbs (%) = (I 0 −I 1 ) / I 0 × 100 (1)
Here, I 0 and I 1 are the absorbance integrated values I for the sample S 0 of the liquid before the start of reduction and the sample S 1 of the liquid after the start of reduction, respectively.
還元剤として、ヒドラジン、ヒドラジン化合物、グルコース、アスコルビン酸の1種以上を使用する請求項1〜4のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The manufacturing method of the copper nanostructure as described in any one of Claims 1-4 which uses 1 or more types of a hydrazine, a hydrazine compound, glucose, ascorbic acid as a reducing agent. 第1の還元に供するアルカリ水溶液は、40〜48質量%水酸化ナトリウム水溶液に水溶性銅(II)化合物、およびアルキルグリオキシムを混合したものである請求項1〜5のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The alkaline aqueous solution to be subjected to the first reduction is obtained by mixing a water-soluble copper (II) compound and an alkylglyoxime in a 40 to 48 mass% sodium hydroxide aqueous solution. Method for producing a copper nanostructure. 第1の還元を行う加熱温度を85℃以上液の沸点以下とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The manufacturing method of the copper nanostructure as described in any one of Claims 1-6 which makes heating temperature which performs 1st reduction | restoration 85 degreeC or more and below the boiling point of a liquid. 第1の還元を行う加熱温度を100℃以上115℃以下に保持する請求項1〜6のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The manufacturing method of the copper nanostructure as described in any one of Claims 1-6 holding the heating temperature which performs 1st reduction | restoration at 100 degreeC or more and 115 degrees C or less. 第2の還元を50℃以上沸点以下の温度で行う請求項1〜8のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The manufacturing method of the copper nanostructure as described in any one of Claims 1-8 which performs 2nd reduction | restoration at the temperature below 50 degreeC or more and a boiling point. アルキルグリオキシムとしてジメチルグリオキシムを使用する請求項1〜9のいずれか一項に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   The method for producing a copper nanostructure according to any one of claims 1 to 9, wherein dimethylglyoxime is used as the alkylglyoxime. 第1の還元に供するアルカリ水溶液中の、ジメチルグリオキシムと銅(II)のモル比[DGO]/[Cu(II)]が0.3〜1.0である請求項10に記載の銅ナノ構造体の製造方法。   11. The copper nano-particle according to claim 10, wherein the molar ratio [DGO] / [Cu (II)] of dimethylglyoxime and copper (II) in the alkaline aqueous solution to be subjected to the first reduction is 0.3 to 1.0. Manufacturing method of structure. 第1の還元に供するアルカリ水溶液中の、銅(II)と水酸化物イオンのモル比[Cu(II)]/[OH-]が1×10-4〜2×10-2である請求項10または11に記載の銅ナノ構造体の製造方法。 In alkaline aqueous solution to be subjected to a first reduction of copper (II) the molar ratio of hydroxide ions [Cu (II)] / [ OH -] is claim is 1 × 10 -4 ~2 × 10 -2 A method for producing a copper nanostructure according to 10 or 11.
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