JP3511128B2 - 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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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。
の製造方法は、ルテニウム塩を多価アルコールに溶解さ
せ、得られた溶液を100〜250℃の温度で加熱して
多価アルコール中に金属微粒子を生成させた後で該溶液
を急冷し、次いで、pH調整剤を添加して液のpHを2
以下または7以上に調整するにより金属微粒子の凝集を
防止することを特徴とする。この方法によれば、金属塩
すなわちルテニウム塩の多価アルコール溶液を上記温度
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。
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。
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。
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時間攪拌下に加熱した。
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、液を激しく攪拌しながら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。
ば、低コストで安定したルテニウム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。
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 (4)
- 【請求項1】 ルテニウム塩を多価アルコールに溶解さ
せ、得られた溶液を100〜250℃の温度で加熱して
多価アルコール中に金属微粒子を生成させた後で該溶液
を急冷し、次いで、pH調整剤を添加して液のpHを2
以下または7以上に調整するにより金属微粒子の凝集を
防止す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ルテニウム塩の濃度
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または2記載の金属微粒子の製
造方法。 - 【請求項4】 ルテニウム塩としてハロゲン化物、酸化
物、硝酸塩、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1〜3のうち1項
記載の金属微粒子の製造方法。
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