DE60308398T2 - Edelmetallnanoröhre und herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Edelmetallnanoröhre und herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein neues Metall mit Nanoröhrenstruktur, das hauptsächlich aus einem Edelmetallelement besteht, das in Form verschiedener Katalysatoren für chemische Reaktionen, wie zum Beispiel als Brennstoffzellenkatalysator und Auspuffkatalysator für Kraftfahrzeuge, verschiedener Elektroden für elektrochemische Reaktionen, wie zum Beispiel als Elektrolyse-Elektrode, als Grundmaterial oder als Funktionselemente für Photonik/Elektronik/Informationstechnologien, wie zum Beispiel als Temperatur-, Druck-, Gassensorelemente, als Paste zur Herstellung von Elektro- und Elektronikbauelementen, elektrischen Widerstandselementen für elektronische Teile, Dauermagneten, Komponenten eines Mikroreaktors und als Substanzspeichermaterial unter Nutzung der chemischen, elektrochemischen und magnetischen Eigenschaften des Edelmetallelements eingesetzt werden kann.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Edelmetallelemente weisen hervorragende Bearbeitbarkeit, Hitzebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrochemische Eigenschaften und als Folge ihrer d-Elektronen ein einzigartiges magnetisches Verhalten und spektrographische und chemische Eigenschaften auf, so daß Edelmetallelemente weitverbreitet beispielsweise als dekorative Materialien, Materialien für Laboreinrichtungen, wie z. B. Tiegel, Materialien für die Elektroindustrie, wie z. B. als Thermoelement und elektrischer Kontakt, Materialien für die elektronische Industrie, wie z. B. als Paste, Katalysatoren, nicht auflösbare Elektroden und Hochleistungsmagnete eingesetzt worden sind. Bekannt ist, daß diese Funktionen und die Leistung empfindlich von der Zusammensetzung und Struktur des Grundkörpers abhängen, wie aus der Katalysatoreigenschaft er kennbar. In letzter Zeit hat die Nanostruktur zunehmende Beachtung erfahren. Es wird erwartet, daß durch Unterteilung einer Zusammensetzung, die ein Metallelement oder Metallion enthält, in punktähnliche, fleckenähnliche, drahtähnliche oder röhrenförmige mikroskopische Gewebe im molekularen Maßstab oder auf Nanometer-Ebene, die als Nanostruktur bezeichnet werden, die Zusammensetzung typischerweise Funktionen wie zum Beispiel Katalysatoreigenschaften, elektrochemische Eigenschaften und magnetische Eigenschaften entwickelt, die den Quanteneffekt beinhalten ["Understanding Nanotechnology" (Verstehen der Nanotechnologie) von Tomoji Kawai, Hrsg., Kap. II-IV, herausgegeben von Kogyo Chosakai Publishing Inc. (2001); Nikkei Science, Dezember-Ausgabe, 16–94 (2001)].
  • Was poröses Material mit Poren in Wabenstruktur oder dreidimensionaler Netzstruktur im Nanometer-Maßstab betrifft, ist Mobil Corporation 1992 unter Verwendung eines Tensids als Templat bzw. Matrix die Herstellung von mesoporösem Siliciumdioxid mit Mesoporen von 2–8 nm Größe in Wabenstruktur gelungen [C. T. Kresge und vier andere Forscher, Nature, 359, S. 710–712 (1992)]. Danach wurden verschiedene mesoporöse Materialien nacheinander auf ähnliche Weise aus verschiedenen Gerüstkomponenten synthetisiert, wie z. B. aus anderen Metalloxiden als Siliciumdioxid und Sulfid [Tsuyoshi Kijima und ein anderer Forscher, J. Soc. Inorg. Mater., 8, S. 3–16 (2001)]. Etwa zur gleichen Zeit erhielt eine Wissenschaftlergruppe, zu der die Erfinder gehören, ein mesoporöses Seltenerdoxid mit Hexagonalstruktur unter Verwendung von Dodecylsulfat-Ionen als Matrix zur Herstellung eines Komplexes, der durch Fällung aus homogener Lösung unter Verwendung von Harnstoff und durch Ionenaustausch der Matrix durch Acetationen synthetisiert wurde [M. Yada und drei andere Forscher, Inorg. Chem., 37, 6470–75 (1998), Angew. Chem. Int. Ed., 38, 3506–09 (1999)].
  • Die Erzeugung von mesoporösen Metallen mit dem Ziel der Anwendung auf Kondensatoren ist auf ähnliche Weise durch Matrix-Synthese durchgeführt worden [Yoshiaki Fukushima, Ceramics 36, 917–919 (2001)]. Zunächst wurde körnige mesoporöses Platin mit Poren in der Größenordnung von 3 nm durch Verwendung von Kolloidteilchen bzw. Mizellen aus nichtionogenem Tensid als Matrix und Reduktion von Chlorplatinsäure mit Hydrazin oder dergleichen synthetisiert [G. S. Attard und vier andere Forscher, Angew. Chem. Int. Ed., 36, 1315–1317 (1997)]. Ferner wurden durch elektrolytische Abscheidung von Flüssigkristallen in Mizellenform mit Metallsalz und Tensid auch membranartiges mesoporöses Platin [G. S. Attard und fünf andere Forscher, Science, 278, 838–840 (1997)] und membranartiges mesoporöses Zinn hergestellt [A. H. Whitehead und drei andere Forscher, Chem. Comm., 331–332 (1999)]. Mesoporöses Platin und Gold (Au) mit Poren von etwa 70 nm Durchmesser erhielt man durch Verwendung einer Aluminiumoxid-Anodenschicht als Matrix [H. Masuda und ein anderer Forscher, Science, 268, 1466–1468 (1995)], und poröses Gold (Au) erhielt man durch Verwendung von Polystyrollatex als Matrix [0. D. Velev und drei andere Forscher, Nature, 401, 548 (1999)]. Mesoporöses Platin mit einer spezifischen Oberfläche von 47 m2/g wurde nach einem Verfahren unter Verwendung von superkritischem CO2 als Lösungsmittel und Graphit als Matrix synthetisiert [H. Wakayama und ein anderer Forscher, Chem. Comm. 391–392 (1999)].
  • Andererseits wird eine Struktur, in der Teilchen eine hohlzylinderförmige Konfiguration mit einem Außendurchmesser von einigen nm bis zu einigen hundert nm und einem Innendurchmesser von einigen Zehntel nm bis zu einigen Dutzend nm als "Nanoröhre" bezeichnet. Bekannt ist, daß es einige natürliche nanoröhrenähnliche Strukturen gibt. Beispiele sind Silicat-Minerale, wie zum Beispiel Chrysotil und Imogolith. Es wurde berichtet, daß diese eine Nanoröhrenstruktur aufweisen.
  • Eine erste künstliche anorganische Nanoröhre ist eine Kohlenstoffnanoröhre, die 1991 als Abscheidung bei einer Bogenentladung entdeckt wurde [S. Iijima, Nature, 364, S. 56–58 (1991)]. Seit dieser Entdeckung gab es Berichte über viele Synthesebeispiele von Nanoröhren durch eine ähnliche Hochtemperaturreaktion von Nitriden, wie z. B. Bornitrid und B-C-N [E. J. M. Hamolton und fünf andere Forscher, Science, 260, S. 659 (1993)] und Nanoröhren von Sulfiden, wie z. B. Wolframsulfid [R. Tenne und drei andere Forscher, Nature 360, S. 444 (1992)] und Molybdänsulfid [Y. Feldman, Science, 267, 5. 222 (1995)].
  • Als Ergebnis der Anwendung des oben erwähnten Matrix-Syntheseverfahrens auch auf die Synthese anorganischer Nanoröhren ist darüberhinaus in letzter Zeit über viele Nanoröhren von Oxiden berichtet worden, wie z. B. Vanadiumoxid [M. E. Spahr und fünf andere Forscher, Angew. Chem. Int. Ed., 37, S. 1263–65 (1998)], Siliciumdioxid [M. Adachi und zwei andere Forscher, Langmuir, 15, 7097 (1999)] und Titandioxid [H. Imai und vier andere Forscher, J. Mater. Chem., 9, 2971 (1999)]. Vor kurzem gelang einer Forschergruppe, zu der die Erfinder gehören, die Synthese einer Seltenerdoxidnanoröhre durch extensive Anwendung der Reaktionsbedingungen des Fällungsverfahrens aus homogener Lösung unter Verwendung von Harnstoff und Dodecylsulfationen als Matrix [M. Yada und vier andere Forscher, Adv. Mater., 14, 309–313, (2002)].
  • Was Edelmetalle betrifft, ist ein Verfahren zur Bildung von Metallröhren, die durch eine Schicht hindurchgehen, durch zweistufige stromlose Abscheidungsreaktion unter Verwendung eines durch Spurätzen hergestellten porösen Polycarbonatschichtfilters durch Forscher entwickelt worden, zu denen C. R. Martin gehört [C. R. Martin, Science, 266, 1961–1966 (1994); S. B. Lee und ein weiterer Forscher, Chem. Mater., 13, 3236–3244 (2001)], und eine Goldnanoröhre mit im wesentlichen gleichmäßigem Innendurchmesser von nicht weniger als etwa 1 nm ist erzeugt worden [C. R. Martin und drei andere Forscher, J. Phys. Chem. B, 105, S. 11925–11934 (2004); K. B. Jirage und zwei andere Forscher, Anal. Chem., 71, 4913–4918 (1999)]. In einem ähnlichen Verfahren wurde eine Palladiumnanoröhre von 4–5 nm Dicke hergestellt [V. Badri und ein anderer Forscher, Int. J. Hydrogen Energy, 25, 249–253 (2000)]. Wie oben erwähnt, kann nach dem durch Martin et al. entwickelten Verfahren eine Metallnanoröhre mit einem dem Porendurchmesser (10 nm oder mehr) einer Polymermembran als Matrix entsprechenden Außendurchmesser und einer Dicke von einigen nm oder mehr hergestellt werden. Es ist jedoch nur über zwei Arten von Metallnanoröhren, d. h. Gold und Palladium, berichtet worden, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden. Außerdem ist die Struktur der erhaltenen Metallnanoröhren durch den Porendurchmesser (10 nm oder mehr) der Polymermembran definiert, so daß der Außen durchmesser entsprechend dem Porendurchmesser (10 nm oder mehr) mindestens 10 nm und die Dicke mindestens einige nm betragen muß.
  • C. R. Martin et al. offenbaren in Adv. Mat., 2001, 13, Nr. 18, S. 1351–1362 die Herstellung von Au-Nanoröhren mit einem Bereich möglicher Innendurchmesser.
  • Das heißt, es gibt keinen Vorschlag für die Struktur mit etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 Innendurchmesser nm, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge, wie durch die vorliegende Erfindung definiert. Die Struktur der obigen Metallnanoröhren unterscheidet sich von der durch die vorliegende Erfindung definierten Struktur.
  • Um andererseits die Aktivität eines Katalysators und das Verhalten einer Elektrode als immanente Funktionen von Edelmetall aufzuweisen, ist eine mikroskopische Struktur mit einem Innendurchmesser von mindestens 2–3 nm und einer Dicke von etwa 2 nm oder weniger wünschenswert, wie nach dem herkömmlichen Wissen über Nanostruktur leicht einzusehen ist [M. Ichikawa, Platinum Metals Rev., 44, 3–14 (2000)]. Nach dem von Martin et al. entdeckten Verfahren ist dies jedoch schwer zu erreichen. Tatsächlich wurde über keine früheren Fälle solcher dünner Metallnanoröhren berichtet. Herkömmliche Verfahren, die andere als die obigen Edelmetalle betreffen, liefern nach wie vor neben körnigen oder membranartigen porösen Metallen mit Poren in Waben- oder dreidimensionaler Netzstruktur bis hinab zur Nanometer-Ebene kugelförmige oder amorphe ultrafeine Teilchen.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Nanoröhre mit neuartiger Zusammensetzung, neuer Größe und neuartigen Eigenschaften bereitzustellen, die sich von den oben als Stand der Technik angegebenen Nanoröhren unterscheidet, wobei an die breitgefächerten Forschungsberichte und den Stand der Technik zu den Nanoröhren gedacht wird. Konkret ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Nanoröhre so strukturiert, daß sie ein Gerüst aus einem einzelnen Edelmetallelement oder einem Gemisch aus mehreren Metallelementen aufweist, das ein Edelmetallelement enthält, und eine dünne Nanoröhrenkonfiguration von 2–3 nm Innendurchmesser und höchstens 1,5 nm Dicke auf weist, wodurch eine Nanoröhre mit neuartiger Zusammensetzung, Organisation und Struktur bereitgestellt wird, die ein Edelmetallelement enthält und hervorragende Eigenschaften aufweist, die sich aus dem Element ergeben. Auf diese Weise zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Nanoröhre mit Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrochemischen Eigenschaften und katalytischer Eigenschaft als immanenten Funktionen von Edelmetall bereitzustellen, die außerdem speziell hervorragende chemische, magnetische und optische Funktionen aufweist, die aus der Elektronenstruktur und der Gerüstkonfiguration resultieren. Durch Verwendung dieser Nanoröhre zielt die vorliegende Erfindung ferner darauf ab, ein neuartiges Material bereitzustellen, das zur technischen Innovation auf den Gebieten der Chemie, Elektrotechnik, Informationstechnik, Umwelttechnik und Biotechnologie beiträgt.
  • Als Fälle, die sich auf Edelmetallnanoröhren beziehen, die durch ein anderes Verfahren als das stromlose Abscheidungsreaktionsverfahren unter Verwendung eines porösen Polycarbonatschichtfilters als Matrix hergestellt wurden, wie von Martin et al. entdeckt, wurde über zwei Beispiele berichtet: ein körniges mesoporöses Platin [G. S. Attard und vier andere Forscher, wie oben erwähnt, Angew. Chem. Int. Ed., 36, 1315–1317 (1977)] und ein membranartiges mesoporöses Platin [G. S. Attard und fünf andere Forscher, wie oben erwähnt, Science, 278, 838–840 (1997)]. Diese können als poröse Edelmetalle mit einem Porendurchmesser von etwa 3 nm unter Verwendung von Mizellen aus nichtionogenem Tensid als Matrix und durch Reduktion von Chlorplatinsäure mit Hydrazin oder dergleichen oder durch elektrolytische Abscheidung von Mizelle-Flüssigkristallen mit Metallsalz und Tensid gewonnen werden. Es gibt jedoch keine Offenbarung oder Beschreibung über Nanoröhren, die Teilchen mit hohlzylinderförmiger Konfiguration aufweisen, deren Außendurchmesser einige nm bis einige hundert nm und deren Innendurchmesser einige Zehntel nm bis einige Dutzend nm beträgt, und in die Edelmetall als Grundgerüst eingebaut wird oder eingebaut werden kann.
  • Was diesen Punkt betrifft, gilt das Gleiche für andere ältere Dokumente.
  • Berücksichtigt man, daß durch das Syntheseverfahren mit der Matrix-Synthese einer nanoporösen Struktur aus der gleichen Gerüstkomponente Nanoröhren aus Metalloxiden wie z. B. Siliciumdioxid und Zirconiumdioxid gewonnen werden, dann drängt sich auf, daß die Grenzen des gegenwärtigen Syntheseverfahrens überschritten werden müssen, um Edelmetallnanoröhren herzustellen. Andererseits ist bekannt, daß bei Vermischen zweier Arten von Tensiden mit unterschiedlichen Strukturen hydrophiler Gruppen die Oberflächenspannung und die kritische Mizellenkonzentration (CMC) im Vergleich zum Fall mit einer Art reduziert werden und eine synergistische Wirkung aufweisen, wie z. B. eine Verbesserung der Emulsionseigenschaft und des Schaumbildungsvermögens, und diese Substanzen werden als praktische Materialien genutzt, wie z. B. als Reinigungsmittel [Manabu Senoo und ein weiterer Forscher, Chemistry and applications of surfactants, Dainippon-tosho, Kapitel 4 (1995)].
  • Es gibt jedoch keine früheren Fälle der Anwendung solcher komplexer Effekte auf die Matrixsynthese. Bei der Synthese der nanoporösen Struktur und anorganischer Nanoröhren unter Verwendung eines Tensids als Matrix wird im einen wie im anderen Fall eine Tensidart als Matrixmittel genutzt. Die Forschergruppe, zu der die Erfinder gehören, stellte vor kurzem fest, daß man durch Verwendung von nematischem Flüssigkristall als Reaktionsfeld, der durch Vermischen von nichtionogenem Tensid und kationischem Tensid entsteht, drahtähnliches Silberbromid und Zinnoxid mit einem Durchmesser von etwa 1 μm erhält, und fand heraus, daß das vermischte Tensid eine Wirkung auf die Nanostruktursynthese hat [T. Kijima und drei andere Forscher, Langmuir (2003), in Druck].
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Als Ergebnis gründlicher Untersuchungen zur Art der Metallquelle und der zu verwendenden Tenside und Reaktionsbedingungen zum Zweck der Herstellung von Edelmetallnanoröhren durch Matrixsynthese auf der Basis eines Tensidgemischs haben die Erfinder festgestellt, daß Nanoröhrenteilchen, deren Gerüst aus Edelmetall besteht, durch eine Reaktion zur Reduktion von Edelmetallkomponenten gezüchtet werden können, die zuvor in molekularer Organisation zugesetzt werden, die man durch Vermischen von zwei Komponentenarten erhält: einem nichtionischen Tensid mit relativ kleinem hydrophilem Teil oder einem ionischen Tensid und einem nichtionischen Tensid mit relativ großem hydrophilem Teil.
  • Das heißt, als Ergebnis gründlicher Untersuchungen gelang es den Erfindern, die oben erwähnte Aufgabe durch Erfindungsgegenstände zu lösen und auszuführen, welche die nachstehend beschriebenen technischen Merkmale implementieren.
  • Das heißt, der erste Erfindungsgegenstand (1) ist eine Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem einzigen Edelmetallelement von den Edelmetallelementen Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder Iridium (Ir) besteht, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  • Die hierein offenbarte Edelmetallnanoröhre ist eine Nanoröhrenverbindung mit Gerüststruktur, welche die Basis von Nanoröhren gemäß den nachstehenden Definitionen (2) und (3) bildet. Die nachstehend unter (2) und (3) definierten Edelmetallnanoröhren sind von der oben unter (1) definierten Nanoröhre abgeleitet.
  • Das heißt, die Nanoröhre gemäß (2) oder (3) ist eine Nanoröhre, die der Edelmetallnanoröhre (1) ähnlich ist, wobei aber das Gerüst so organisiert bzw. aufgebaut ist, daß zwei oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den in (1) beschriebenen Edelmetallelementen und Ruthenium (Ru) besteht, oder ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den in (1) beschriebenen Edelmetallelementen und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus unedlen Metallelementen wie z. B. Nickel (Ni) besteht, in beliebigen Verhältnissen vermischt werden.
  • Das heißt, der zweite Erfindungsgegenstand (2) ist eine Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem zwei Edelmetallelemente, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Pla tin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  • Der dritte Erfindungsgegenstand ist (3) eine Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe unedler Metalle wie z. B. Nickel (Ni) ausgewählt sind, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  • Die nachstehenden vierten bis sechsten Erfindungsgegenstände offenbaren Herstellungsverfahren der Edelmetallnanoröhren gemäß den oben erwähnten ersten bis dritten Erfindungsgegenständen.
  • Das heißt, der vierte Erfindungsgegenstand ist (4) ein Herstellungsverfahren für eine im obigen Punkt (1) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem einzigen, unter Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählten Edelmetallelement besteht und die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus einem Metallsalz oder einer Metallkomplexverbindung, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) als Edelmetallelementen; zwei nichtionogenen Tensidarten oder einer nichtionogenen Tensidart und einer ionogenen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. No naethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  • Der fünfte Erfindungsgegenstand ist (5) ein Herstellungsverfahren für eine im obigen Punkt (2) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem zwei oder mehrere Edelmetallelemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus zwei oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltri methylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  • Der sechste Erfindungsgegenstand ist (6) ein Herstellungsverfahren für eine im obigen Punkt (3) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Edelmetallelemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe unedler Metalle, wie z. B. Nickel (Ni), in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser, etwa 2–4 nm Innendurchmesser, etwa 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus einem oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; einem oder mehreren Salzen unedler Metalle, ausgewählt aus einer Gruppe von Metallsalzen wie z. B. Nitratsalzen und Chloriden von unedlen Metallelementen, wie z. B. Nickel, zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdode cylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  • Die folgenden siebenten bis fünfzehnten Erfindungsgegenstände offenbaren Anwendungserfindungen der Edelmetallnanoröhren gemäß den ersten bis dritten Erfindungsgegenständen.
  • Das heißt, der siebente Erfindungsgegenstand ist (7) ein Funktionsmaterial, das eine oder mehrere Edelmetallnanoröhre(n) gemäß der Beschreibung in den obigen Punkten (1) bis (3) enthält wobei das Funktionsmaterial für Anwendungen eingesetzt wird, die auf den Eigenschaften der Edelmetallnanoröhre(n) basieren.
  • Der achte Erfindungsgegenstand ist (8) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Katalysator für eine Brennstoffzelle, einen Kraftfahrzeugauspuff oder dergleichen eingesetzt wird.
  • Der neunte Erfindungsgegenstand ist (9) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Elektrode für Elektrolyse oder dergleichen eingesetzt wird.
  • Der zehnte Erfindungsgegenstand ist (10) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Sensor oder als Sensor mit Formgedächtnis zur Erfassung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Taukondensation, Durchflußgeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit, Licht, Gas, Sauerstoffkonzentration oder Verschiebung eingesetzt wird.
  • Der elfte Erfindungsgegenstand ist (11) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Paste eingesetzt wird.
  • Der zwölfte Erfindungsgegenstand ist (12) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als elektrisches Leitungsmaterial, elektrisches Widerstandmaterial oder als Kondensator eingesetzt wird.
  • Der dreizehnte Erfindungsgegenstand ist (13) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Dauermagnet eingesetzt wird.
  • Der vierzehnte Erfindungsgegenstand ist (14) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Komponente eines Mikroreaktors eingesetzt wird.
  • Der fünfzehnte Erfindungsgegenstand ist (15) ein Funktionsmaterial, wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Substanzspeichermaterial eingesetzt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1(A)1(C) zeigen Beobachtungsansichten von erfindungsgemäßen Nanoröhren, die durch ein Transmissionselektronenmikroskop aufgenommen wurden, wobei 1(A) eine durch das durch das Transmissionselektronenmikroskop aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 1 erhaltenen Platinnanoröhre, 1(B) eine durch das Transmissionselektronenmikroskop aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 2 erhaltenen Palladiumnanoröhre und 1(C) eine durch das Transmissionselektronenmikroskop aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 3 erhaltenen Silbernanoröhre zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung gemäß der vorliegenden Patentanmeldung weist die oben erwähnten Merkmale auf, und nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Tabellen Beispiele konkret beschrieben. Diese offenbarten Beispiele dienen dem Zweck, Aspekte der vorliegenden Erfindung zu zeigen, und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Das heißt, die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine dünne Metallnanoröhre bereitzustellen, die gemäß der obigen Beschreibung die, wie oben erwähnt, aus einem oder mehreren Edelmetallelementen als Hauptbestandteil aufgebaut ist. Was die Bestandteile und die Struktur betrifft, weist die Nanoröhre eine bestimmte Größe auf und besteht aus einem Gerüst aus einer oder mehreren Arten von Edelmetallelementen oder aus derartigen Edelmetallelementen als Hauptbestandteil und unedlen Metallelementen als Zusatzbestandteil. Beispiele der Bestandteile schließen sehr viele Gemische ein, da sowohl der Hauptbestandteil als auch der Zusatzbestandteil viele Kombinationen in der Zusammensetzung ermöglichen und außerdem eine weitere Metallelementart leicht durch einen Amalgambildungsvorgang oder dergleichen in den Gerüstaufbau eingebaut werden kann.
  • Die Grundzüge des Herstellungsverfahrens sind die Reduktion von Metallsalz, wobei als Matrix eine Struktur verwendet wird, die man durch Vermischen von mindestens zwei Tensidarten und Metallsalzlösung unter geeigneten Bedingungen erhält, die zu einer Nanoröhre von bestimmter Größe führen. Die richtigen Temperatur- und Mischungsbedingungen für die Herstellung der Matrix variieren in Abhängigkeit von der Metallart als Gegenstand und den Eigenschaften der zu verwendenden Tenside. Daher dienen die nachstehenden Beispiele nur dem Zweck, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, und die Metallart und das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung sollten nicht auf diese Beispiele beschränkt werden.
  • Die 1(A), 1(B) und 1(C) sind Beobachtungs-Mikrofotografien der erfindungsgemäßen Edelmetallnanoröhren, aufgenommen durch ein Transmissionselektronenmikroskop. Aus diesen Mikrofotografien ist erkennbar, daß die erfindungsgemäßen Edelmetallsysteme eine Röhrenstruktur von sehr geringer Dicke aufweisen.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Nonaethylenglycolmonododecylether (C12EO9) wurde in eine wäßrige Lösung von Chlorplatinsäure (H2PtCl6) getropft, die in einem Reagenzglas enthalten war, und wurde auf 60°C erhitzt. Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) zugesetzt. Nach dreiminütigem Schütteln des Reagenzglases im Wasserbad bei 60°C wurde das Reagenzglas zwei Minuten bei 25°C in einem Lufttemperierbad belassen. Dieses Verfahren wurde dreimal wiederholt.
  • Das Reagenzglas wurde zwanzig Minuten auf 25°C gehalten, wodurch ein Reaktionsgemisch mit einem Eintragsmolverhältnis von H2PtCl6:C12EO9:tween60:H2O = 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin mit dem 16-fachen Molverhältnis der Chlorplatinsäure wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch getropft und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Die feinkörnige Feststoffablagerung wurde zentrifugiert, danach mit Wasser und dann mit Ethanol gewaschen und getrocknet, wodurch man ein schwarzes Pulver erhielt.
  • Das Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet, und es wurde bestätigt, daß das Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen von etwa 6 nm Außendurchmesser, 3 nm Innendurchmesser und 1,5 nm Dicke waren [1(A)].
  • Beispiel 2
  • Nonaethylenglycolmonododecylether (C12EO9) wurde in eine wäßrige Lösung von Palladiumchlorid (PdCl2) getropft, die in einem Reagenzglas enthalten war, und wurde auf 60°C erhitzt. Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) zugesetzt. Nach 15-minütigem Schütteln des Reagenzglases im Wasserbad bei 60°C wurde das Reagenzglas auf 25°C abgekühlt und zwanzig Minuten auf dieser Temperatur gehalten, wodurch ein Reaktionsgemisch mit einem Eintragsmolverhältnis von PdCl2:C12EO9:tween60:H2O = 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin mit dem 16-fachen Molverhältnis des Palladium chlorids wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch getropft und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht.
  • Die feinkörnige Feststoffablagerung wurde zentrifugiert, danach mit Wasser und dann mit Ethanol gewaschen und getrocknet, wodurch man ein schwarzes Pulver erhielt.
  • Das Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet, und es wurde bestätigt, daß das Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen von etwa 6 nm Außendurchmesser, 3 nm Innendurchmesser und 1,5 nm Dicke waren [1(B)].
  • Beispiel 3
  • Natriumdodecylsulfat (SDS) wurde 0,056M Salpetersäurelösung von Silbernitrat (AgNO3) zugesetzt, die in einem Reagenzglas enthalten war, und auf 60°C erhitzt, um eine gleichmäßige Lösung zu erhalten. Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) der Lösung zugesetzt. Nach zehnminütigem Schütteln des Reagenzglases wurde das Reagenzglas auf 25°C abgekühlt, wodurch ein Reaktionsgemisch mit einem Eintragsmolverhältnis von AgNO3:SDS:tween60: H2O (0,056M HNO3) = 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin mit dem 16-fachen Molverhältnis des Silbernitrats wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch getropft und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Die feinkörnige Feststoffablagerung wurde zentrifugiert, danach mit Wasser und dann mit Ethanol gewaschen und getrocknet, wodurch man ein graues Pulver erhielt.
  • Das Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet, und es wurde bestätigt, daß das Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen von etwa 7 nm Außendurchmesser, 4 nm Innendurchmesser und 1 nm Dicke waren [1(C)].
  • Als Ergebnis der Durchführung von Dauerversuchen zusätzlich zu den obigen Beispielen und der Prüfung der erhaltenen Daten bestätigt sich, daß die vorliegende Erfindung eine Edelmetallnanoröhre bereitstellt, wie im obigen Punkt (1) definiert. Darüberhinaus zeigt sich, daß die in den obigen Punk ten (2) und (3) definierten Edelmetallnanoröhren von der im obigen Punkt (1) definierten Edelmetallnanoröhre abgeleitet werden können.
  • Als Ergebnis liefert die vorliegende Erfindung eine Edelmetallelementverbindung aus einem einzigen Edelmetallelement, eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung, die verschiedene, aus der materialeigenen Elektronenstruktur des Edelmetalls resultierende Funktionen aufweisen kann, wie zum Beispiel Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrochemische Eigenschaften und katalytische Wirkung, da die vorliegende Erfindung das Edelmetall als Nanoröhrenkomponente nutzt, wie aus der Erwähnung am Beginn der vorliegenden Patentbeschreibung und den Berichten in vielen Dokumenten hervorgeht, und die sehr neuartig ist, da sie sehr dünn ist und Nanoröhrenstruktur aufweist. Es ist zu erwarten, daß die Edelmetallelementverbindung als hervorragendes Funktionsmaterial auf vielen technischen Gebieten eingesetzt wird.
  • Wir haben überhaupt keinen Zweifel, daß die vorliegende Erfindung von großer Bedeutung ist, da die vorliegende Erfindung der Erfolg der Entwicklung und Produktion der Nanoröhrenverbindung von spezifischer Hohlkonfiguration mit einem Edelmetallelement ist. Die Offenbarung der konkreten Daten in Bezug auf die detaillierten Eigenschaften, Kenngrößen und funktionellen Wirkungen auf verschiedenen technischen Gebieten und die aus diesen Eigenschaften resultierende neue technische Machbarkeit und Expansionsfähigkeit sind in hohem Maße von der zukünftigen Forschung und Entwicklung abhängig und bleiben diesen überlassen. Nach der Zusammensetzung und der Nanoröhrenstruktur zu urteilen, muß die Möglichkeit, hervorragende funktionelle Wirkungen auf verschiedenen technischen Gebieten aufzuweisen, äußerst groß sein.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt erfolgreich eine Nanoröhrenstruktur bereit, die verschiedene nutzbare Funktionen aufweist, wie zum Beispiel eine hervorragende Katalysatoreigenschaft, Elektrodeneigenschaft für elektrochemische Reaktionen, verschiedene Sensoreigenschaften, Widerstands-/Magneteigenschaften, eine Mikroreaktorfunktion und selektives Haftvermögen an bestimmten Molekülen, die sich aus der einzig artigen Konfiguration und der sehr dünnen und großen spezifischen Oberfläche des Edelmetalls ergeben und für verschiedene Anwendungen genutzt werden können, die für die Industrie und den Umweltschutz sehr wichtig sind, wie zum Beispiel als Brennstoffzellenkatalysator, Kraftfahrzeug-Auspuffkatalysator, petrochemischer Katalysator und als Grundstoff oder als Funktionselemente für Photonik/Elektronik/Informationstechnologien.
  • Das Herstellungsverfahren von Edelmetallnanoröhren wird zwar durch konkrete und individuelle Beschreibung der vorstehenden Beispiele offenbart, aber die Reaktionsbedingungen bei dem Herstellungsverfahren im Fall der Durchführung der Herstellung des Reaktionsgemischs wird nachstehend beschrieben und zusammengefaßt.
  • Zunächst gibt es als Herstellungsverfahren eine Art (1) der Herstellung eines Reaktionsgemischs aus einem oder mehreren Edelmetallsalzen oder Edelmetallkomplexverbindungen, die aus einer Gruppe von Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold, Silber, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium und dergleichen ausgewählt sind; zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer besteht; und Wasser, oder Herstellung eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beide enthält (Ansprüche 1 und 4), oder eine Herstellungsart (2), wobei zuvor ein vorgegebener Anteil eines Edelmetallsalzes oder einer Edelmetallkomplexverbindung oder eines Salzes eines unedlen Metalls von einer Art, die sich von den obigen unterscheidet, in das Reaktionsgemisch gegeben wird (Ansprüche 2, 3, 5 und 6) und danach ein Redukti onsmittel, wie z. B. Hydrazin, in das Reaktionsgemisch gegeben wird oder das Reaktionsgemisch mit Licht bestrahlt wird, um eine Reaktion herbeizuführen.
  • Nachstehend werden die Reaktionsbedingungen zur Erläuterung beschrieben.
  • Die Beschreibung wird in Bezug auf Nanoröhren gegeben, deren Edelmetallkomponente Platin oder Palladium ist. Reaktionsablauf und Reaktionsbedingungen von der Herstellung des Reaktionsgemischs bis zur Entnahme des Endprodukts lassen sich wie folgt anschaulich beschreiben: zunächst wird eine Phase zur Herstellung eines Reaktionsgemischs durchgeführt, indem Nonaethylenglycoldodecylether als erstes Tensid in einer Menge von 1–3 Mol, vorzugsweise von einem Mol, und Wasser in einer Menge von 40–80 Mol, vorzugsweise von 60 Mol, im Verhältnis zu einem Mol Chlorplatinsäure oder Palladiumchlorid zugesetzt werden, um ein vorgegebenes molares Mischungsverhältnis der erforderlichen Komponenten zu erhalten; diese werden eine Stunde bei 60–70°C geschüttelt und vermischt; dann wird Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung tween60, beziehbar von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) als zweites Tensid in einer Menge von 1–3 Mol, vorzugsweise von einem Mol, zugegeben; 2–30 Minuten geschüttelt; ein Verfahren, das aus dem 2–10-minütigem Schütteln der Bestandteile direkt an der Luft oder in einem Wasserbad von 60°C, anschließendem Stehenlassen während 2–3 Minuten bei 0–30°C, vorzugsweise bei 10–25°C besteht, wird 1–10 mal, vorzugsweise 3–4 mal wiederholt; wonach die Bestandteile ausreichend auf 10–30°C, vorzugsweise auf 20–25°C abgekühlt werden; Hydrazin wird tropfenweise in einem Anteil von 1–30 Mol pro 1 Mol Chlorplatinsäure zugesetzt, und das Gemisch wird 24 Stunden auf der gleichen Temperatur gehalten.
  • Die obige Beschreibung wurde zwar zum Reaktionsablauf und zu den Reaktionsbedingungen im Fall der Herstellung von Nanoröhren aus Platin, Palladium und Silber gegeben, aber durch Verfahren und Bedingungen, die dem oben erwähnten Reaktionsablauf und den Reaktionsbedingungen gleich oder ähnlich sind, erhält man auch Nanoröhren aus anderen Edelmetallelementen.
  • Das heißt, es ist erforderlich, das Molverhältnis des Reaktionsgemischs so weit wie möglich auf einen konstanten Molverhältnisbereich einzustellen und den Vorgang des Beimischens der Tenside zum Reaktionsgemisch in zwei getrennten Phasen durchzuführen, d. h. einer Phase zum Beimischen des ersten Tensids und der anderen Phase zum Beimischen des zweiten Tensids, unter Bedingungen einer relativ hohen Temperatur von 60–70°C.
  • In der zweiten Phase ist es erforderlich, die für das entsprechende Reaktionssystem geeignete Reaktionstemperatur zu halten, indem das Reaktionsgemisch nach dem geeigneten Schütteln des Reaktionsgemischs direkt auf 25°C oder darunter abgekühlt wird, oder indem der Erwärmungsvorgang und der Abkühlvorgang während des geeigneten Schüttelns des Reaktionsgemischs mehrmals wiederholt werden und danach das Reaktionsgemisch auf 25°C oder darunter abgekühlt wird.
  • Gegenwärtig ist es nicht möglich, rationalistisch zu erklären, weshalb während des Erwärmungsvorgangs des Reaktionsgemischs im Fall der Platingruppe der Abkühlungsvorgang erforderlich ist. Jedenfalls ist sichergestellt, daß die Edelmetallnanoröhre gemäß dem oben erwähnten Temperaturzyklus erzeugt werden kann. Die oben erwähnte Begründung einschließlich des Durchbrechens des Reaktionsmechanismus wird gegenwärtig untersucht oder ist auf zukünftige Untersuchung angewiesen.
  • Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich, können nicht auf jedes Edelmetallelement die gleichen wie die oben erwähnten Reaktionsbedingungen angewandt werden. Man wird erkennen, daß die Reaktionsbedingungen in Abhängigkeit von der Art des Edelmetallelements leicht variieren. Auf der Basis der offenbarten Bedingungen in Bezug auf Platin, Palladium und Silber dürften die richtigen Bedingungen leicht zu ermitteln sein.
  • Das heißt, die normale Vorgehensweise für den Fachmann ist, passende Bedingungen für andere Edelmetallelemente durch Experimente auf der Basis der oben erwähnten Beispiele zu suchen und zu bestimmen. Die Bedingungen sind ein natürlicher Weg zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, und Produkte gemäß den auf diese Weise ermittelten Bedingungen sind in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Durch Trennen des Feststoffprodukts von der durch die Reaktion (1) erhaltenen Flüssigkeit, Waschen des Feststoffprodukts mit Wasser und weiter mit Alkohol und Trocknen des Feststoffprodukts während 6–24 Stunden bei 30–40°C kann röhrenförmiges Material gewonnen werden, dessen Gerüstkomponente ein Edelmetallelement ist. Es wurde festgestellt, daß das röhrenförmige Material eine Röhrenstruktur von etwa 6 nm Außendurchmesser, 3 nm Innendurchmesser und etwa 1,5 nm Dicke aufweist.
  • ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE
  • Da die erfindungsgemäße Edelmetallnanoröhre die oben erwähnte Struktur hat, wird erwartet, daß die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen aufweist.
    • 1) Wenn die Nanoröhren der Platingruppe oder der Platinlegierungsgruppe, wie z. B. Platin/Ruthenium, als Brennstoffzellenkatalysator zur Gewinnung von Elektroenergie und Wärme durch Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird, wirken der von der Nanostruktur mit sehr dünner und breiter spezifischer Oberfläche herrührende Effekt und der Effekt der ungewöhnlichen Konfiguration synergetisch, um eine wesentlich höhere Katalysatorwirkung als bei herkömmlichen Materialien aufzuweisen, so daß eine erhebliche Verminderung der erforderlichen Katalysatormenge zu erwarten ist.
    • 2) Wenn die Nanoröhre als Katalysator zur Reinigung von Autoabgasen, in der Petrolchemie, bei der Erzeugung von Synthesegas oder der Herstellung von Arzneimitteln/Fettölen eingesetzt wird, kann sie eine wesentlich höhere Katalysatorwirkung aufweisen, so daß wesentliche Auswirkungen zu erwarten sind, wie z. B. Umweltverbesserung und Energieeinsparungen beim Herstellungsprozeß.
    • 3) Wenn die Nanoröhre als Elektrode zur Elektrolyse oder dergleichen eingesetzt wird, kann ein dramatischer Anstieg des Reaktionswirkungsgrads erwartet werden, da die Elektrode eine wesentlich größere Elektrodenoberfläche aufweist als herkömmliche Materialien.
    • 4) Wenn die Nanoröhre als Sensor oder als Sensor mit Formgedächtnis zur Erfassung von Temperatur, Druck, Taukondensa tion, Durchflußgeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit, Licht, Gas, Sauerstoffkonzentration oder Verschiebung eingesetzt wird, zeigt sich eine dramatisch verbesserte Erfassungsgenauigkeit oder Empfindlichkeit, wodurch eine Verringerung der Größe und eine Verbesserung des Bauelements erzielt werden.
    • 5) Wenn die Nanoröhre als Paste eingesetzt wird, kann man eine leitfähige Paste, Widerstandspaste oder dergleichen mit erheblich niedrigerer Sintertemperatur als bei herkömmlichen Materialien erhalten.
    • 6) Wenn die Nanoröhre als elektrisches Leitungsmaterial, elektrisches Widerstandsmaterial oder als Kondensator eingesetzt wird, kann man eine elektronische Schaltung herstellen, die im Vergleich zu herkömmlichem Material erheblich feiner strukturiert ist.
    • 7) Wenn die Nanoröhre als Dauermagnet eingesetzt wird, kann ein hohler röhrenförmiger Feinstmagnet zur Verwendung für eine Mikromaschine bereitgestellt werden.
    • 8) Wenn die Nanoröhre als Komponente eines Mikroreaktors eingesetzt wird, kann ein Reaktor bereitgestellt werden, der hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, eine für die entsprechende Reaktion geeignete Katalysatoreigenschaft, elektrochemische Eigenschaften oder Größenselektivität aufweist, um nur Moleküle oder Ionen mit einem Außendurchmesser von 2–4 nm oder weniger ins Innere der Röhre eintreten zu lassen.
    • 9) Wenn die Nanoröhre als Materialtrennmittel eingesetzt wird, können nur Moleküle oder Ionen mit einem Außendurchmesser von 2–4 nm oder weniger ins Innere der Röhre eintreten, wodurch die Trennung von relativ kleinem Material, beispielsweise endokrin wirksamen Substanzen wie etwa Nonylphenol oder Phthalatester oder Aminosäure, von Material mit hohem Molekulargewicht, wie z. B. Proteinsubstanz, erleichtert wird. Da die röhrenförmige Zusammensetzung Magneteigenschaft aufweist, kann sie eine hervorragende Wirkung bei der selektiven Trennung von anorganischem oder organischem Material mit Magneteigenschaft aufweisen.

Claims (15)

  1. Edelmetallnanoröhre wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem einzigen, unter Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder Iridium (Ir) ausgewählten Edelmetallelement besteht, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  2. Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem zwei oder mehrere Edelmetallelemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  3. Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe unedler Metalle, wie z. B. Nickel (Ni), ausgewählt sind, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
  4. Herstellungsverfahren für eine Edelmetallnanoröhre nach Anspruch 1, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem einzigen, unter Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder Iridium (Ir) ausgewählten Edelmetallelement besteht und die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus einem Metallsalz oder einer Metallkomplexverbindung, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen, wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und Iridium (Ir) als Edelmetallelementen; zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  5. Herstellungsverfahren für eine Edelmetallnanoröhre nach Anspruch 2, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem zwei oder mehrere Edelmetallelemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus zwei oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen, wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  6. Herstellungsverfahren für eine Edelmetallnanoröhre nach Anspruch 3, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Edelmetallelemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus einer Gruppe unedler Metalle, wie z. B. Nickel (Ni), in beliebigen Verhältnissen miteinander vermischt sind, wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von 5–7 nm Außendurchmesser, 2–4 nm Innendurchmesser, 1–2 nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs aus einem oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen, ausgewählt aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen, wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; einem oder mehreren Salzen unedler Metallele mente, ausgewählt aus einer Gruppe von Metallsalzen wie z. B. Nitratsalzen oder Chloriden von unedlen Metallelementen, wie z. B. Nickel, zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern, organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
  7. Funktionsmaterial, das eine oder mehrere Edelmetallnanoröhre(n) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthält wobei das Funktionsmaterial für Anwendungen eingesetzt wird, die auf den Eigenschaften der Edelmetallnanoröhre(n) basieren.
  8. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Katalysator für eine Brennstoffzelle, einen Kraftfahrzeugauspuff oder dergleichen eingesetzt wird.
  9. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Elektrode für Elektrolyse oder dergleichen eingesetzt wird.
  10. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Sensor oder als Sensor mit Formgedächtnis zur Erfassung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Taukondensation, Durchflußgeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit, Licht, Gas, Sauerstoffkonzentration oder Verschiebung eingesetzt wird.
  11. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Paste eingesetzt wird.
  12. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als elektrisches Leitungsmaterial, elektrisches Widerstandmaterial oder als Kondensator material eingesetzt wird.
  13. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Dauermagnet eingesetzt wird.
  14. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Komponente eines Mikroreaktors eingesetzt wird.
  15. Funktionsmaterial nach Anspruch 7, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung als Substanzspeichermaterial eingesetzt wird.
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