JP2003073126A - Method for producing semiconductive nano-particle - Google Patents

Method for producing semiconductive nano-particle

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JP2003073126A
JP2003073126A JP2001265277A JP2001265277A JP2003073126A JP 2003073126 A JP2003073126 A JP 2003073126A JP 2001265277 A JP2001265277 A JP 2001265277A JP 2001265277 A JP2001265277 A JP 2001265277A JP 2003073126 A JP2003073126 A JP 2003073126A
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Japan
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semiconductor
hydrosol
organic phase
periodic table
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JP2001265277A
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Manabu Kawa
学 加和
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a semiconductive nano-particle having high crystallinity and excellent dispersibility in an organic matrix, obtainable advantageously by using inexpensive salts of excellent in chemical stability as raw materials. SOLUTION: This method comprises the steps of a first step for forming a hydrosol containing a semiconductive nano-crystal and/or a precursor thereof, and a second step for bringing the hydrosol into contact with an organic phase containing an oil-soluble surface-modifying molecule having bondability to the semiconductive nano-crystal and/or a precursor thereof to extract the semiconductive nano-crystal and/or a precursor thereof into the organic phase.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ナノ粒子の
製造方法に関する。詳しくは本発明は、半導体ナノ結晶
を主体とする半導体ナノ粒子の有利な製造方法に関す
る。本発明の製造方法で得られる半導体ナノ粒子は吸発
光特性や高屈折率等の光学的性質を有するので、例えば
プロジェクタやディスプレイなどの光学デバイスの部品
材料の原料や光学コーティング材料として利用される。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing semiconductor nanoparticles. More specifically, the present invention relates to an advantageous method for producing semiconductor nanoparticles mainly composed of semiconductor nanoparticles. Since the semiconductor nanoparticles obtained by the production method of the present invention have optical properties such as light absorption and emission characteristics and a high refractive index, they are used as a raw material of a component material of an optical device such as a projector or a display or an optical coating material.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ナノ結晶の従来の製造方法とし
て、大別して気相法と液相法とが挙げられる。このうち
気相法は、半導体原料の気相反応(例えば熱分解酸化
等)により工業的に半導体ナノ結晶を製造することの可
能な方法であるが、生成する半導体ナノ結晶同士の2次
凝集が通常避けられないという欠点があった。一方、従
来の液相法として以下の3つの方法が例示される。 (1)原料水溶液を非極性有機溶媒中の逆ミセルとして
存在させ、該逆ミセル相中にて結晶成長させる方法(以
下「逆ミセル法」という)であり、例えばB.S.Zo
uら;Int.J.Quant.Chem.,72巻,
439(1999)に報告されている。比較的安価な塩
を原料として使用可能であるが、通常、水の沸点を超え
ない比較的低温で行われるため半導体ナノ結晶の結晶性
が不十分となり、製品の吸発光特性や高屈折率性といっ
た性質は必ずしも満足できるものではなかった。また、
逆ミセルを安定化させるのに必要な界面活性剤が製品粒
子表面に残留して熱安定性や分散性が低下する場合があ
った。 (2)酸塩基反応を駆動力として、半導体ナノ結晶やそ
の前駆体を水やエタノールなどのプロトン性溶媒中にお
いて生成させゾルを与える方法(以下「ゾル生成法」と
いう)が知られている。例えば、酸化チタンナノ結晶の
ヒドロゾルの合成例が伊藤征司郎ら;色材,57巻6
号,305−308(1984)に、酸化亜鉛ナノ結晶
のエタノールゾルの合成例がL.Spanhelら;
J.Am.Chem.Soc.,113巻,2826頁
(1991)にそれぞれ報告されている。特に前者で
は、酸化チタンナノ結晶のヒドロゾルに界面活性剤(ド
デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)を加えてこれで
粒子表面を被覆させることにより、粒子を疎水的にしな
がら2次凝集性を抑制し有機溶媒分散性を付与してい
る。しかし、上記逆ミセル法同様、比較的低温で合成反
応が行われるので半導体ナノ結晶の結晶性が不十分とな
るため焼成等の加熱処理を追加することが提案されてい
る。例えば、上記のように界面活性剤を被覆したナノ結
晶を単離し次いで該界面活性剤の熱分解温度未満の温度
(例えば200℃程度)で加熱する方法が実施されてい
るが、この程度の温度条件では十分な結晶性向上には数
時間程度の加熱が必要であるだけでなく界面活性剤の一
部が熱変性して再分散性が悪化する場合があった。ま
た、界面活性剤等の有機物が熱分解する高温の加熱処理
を行うと、結晶性は容易に向上するが、ナノ結晶の2次
凝集を抑制していた有機物が失われてしまうという問題
があった。 (3)熱分解性原料を高温の液相有機媒体に注入して結
晶成長させる方法(以下「ホットソープ法」という)で
あり、例えばJ.E.B.Katariら;J.Phy
s.Chem.,98巻,4109−4117(199
4)にはセレン化カドミウムナノ結晶が、J.Rock
enbergerら;J.Am.Chem.Soc.,
121巻,11595−11596(1999)にはγ
−Fe23、Mn34及びCu2Oのナノ結晶が、それ
ぞれ報告されている。前記逆ミセル法やゾル生成法に比
べ300℃程度での合成反応であるため、製品のナノ結
晶は優れた結晶性を有し吸発光特性に優れ、しかも粒径
分布に優れるという特徴がある。しかし、ジメチルカド
ミウムやジエチル亜鉛などの高価かつ化学的に不安定な
有機金属を原料として使用する点、反応溶媒としてトリ
オクチルホスフィンオキシドやヘキサデシルアミンのよ
うな高価な有機物を使用する点、あるいはスケールアッ
プ等の反応条件変化により製品の品質(例えば吸発光波
長や粒径分布等)が過敏に変動してしまう点などに工業
的な利用の限界があった。
2. Description of the Related Art Conventional methods for producing semiconductor nanocrystals are roughly classified into a vapor phase method and a liquid phase method. Among them, the gas-phase method is a method capable of industrially producing semiconductor nanocrystals by a gas-phase reaction (for example, thermal decomposition oxidation) of semiconductor raw materials. It had the drawback that it was usually unavoidable. On the other hand, the following three methods are illustrated as conventional liquid phase methods. (1) A method of allowing a raw material aqueous solution to exist as a reverse micelle in a non-polar organic solvent and growing crystals in the reverse micelle phase (hereinafter referred to as "reverse micelle method"). S. Zo
u et al; Int. J. Quant. Chem. , 72 volumes,
439 (1999). Although relatively inexpensive salt can be used as a raw material, the crystallinity of semiconductor nanocrystals is insufficient because it is usually performed at a relatively low temperature that does not exceed the boiling point of water, resulting in product absorption and emission characteristics and high refractive index properties. Such characteristics were not always satisfactory. Also,
In some cases, the surfactant necessary for stabilizing the reverse micelles remained on the surface of the product particles, and the thermal stability and dispersibility were reduced. (2) A method (hereinafter referred to as “sol generation method”) in which a semiconductor nanocrystal or a precursor thereof is generated in a protic solvent such as water or ethanol to give a sol using an acid-base reaction as a driving force is known. For example, a synthesis example of titanium oxide nanocrystal hydrosol is Seijiro Ito et al .;
No. 305-308 (1984), a synthesis example of ethanol sol of zinc oxide nanocrystals is described in L. et al. Spanhel et al .;
J. Am. Chem. Soc. , 113, 2826 (1991). In the former case, in particular, by adding a surfactant (sodium dodecylbenzene sulfonate) to the hydrosol of titanium oxide nanocrystals and coating the surface of the particles with this, the secondary agglutination is suppressed while making the particles hydrophobic, and the organic solvent dispersibility Is given. However, as in the case of the reverse micelle method, since the synthesis reaction is performed at a relatively low temperature, the crystallinity of the semiconductor nanocrystal becomes insufficient, so that it is proposed to add a heat treatment such as firing. For example, a method of isolating the nanocrystals coated with the surfactant as described above and then heating the nanocrystals at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the surfactant (for example, about 200 ° C.) is used. Under the conditions, not only heating for several hours is required to sufficiently improve the crystallinity, but also a part of the surfactant may be thermally denatured to deteriorate the redispersibility. In addition, when heat treatment at a high temperature at which an organic substance such as a surfactant is thermally decomposed is performed, the crystallinity is easily improved, but there is a problem that the organic substance that suppresses the secondary aggregation of nanocrystals is lost. It was (3) A method of injecting a thermally decomposable raw material into a high-temperature liquid-phase organic medium to grow crystals (hereinafter referred to as "hot soap method"). E. B. Katari et al .; Phy
s. Chem. , 98, 4109-4117 (199
4) Cadmium selenide nanocrystals are described in J. Rock
Enberger et al .; Am. Chem. Soc. ,
121, 11595-11596 (1999)
Nanocrystals of —Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 and Cu 2 O have been reported respectively. Compared with the reverse micelle method and the sol generation method, the synthetic reaction is performed at about 300 ° C., and thus the nanocrystals of the product are characterized by excellent crystallinity, excellent light absorption and emission characteristics, and excellent particle size distribution. However, it uses expensive and chemically unstable organometals such as dimethylcadmium and diethylzinc as raw materials, uses expensive organic substances such as trioctylphosphine oxide and hexadecylamine as reaction solvents, or scales. There is a limit to industrial use in that the quality of the product (for example, absorption / emission wavelength, particle size distribution, etc.) fluctuates sensitively due to changes in reaction conditions such as up.

【0003】以上の従来技術からわかるように、半導体
ナノ結晶を製造するに当たり、結晶性、分散性(又は2
次凝集の抑制性)及び安価原料の使用の3点を同時に満
足させる方法は知られていなかった。
As can be seen from the above-mentioned conventional techniques, in producing semiconductor nanocrystals, crystallinity and dispersibility (or 2
A method of simultaneously satisfying the following three points: suppression of secondary aggregation) and use of inexpensive raw materials has not been known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、安価でかつ
化学的安定性に優れた塩類を原料として得ることができ
る半導体ナノ結晶のヒドロゾルを経由し、しかも該半導
体ナノ結晶に高い結晶性と有機マトリクス(例えば有機
溶媒や樹脂等)への優れた分散性とを付与する製造方法
を提供することを課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, a hydrosol of semiconductor nanocrystals, which can be obtained as a raw material at low cost and has excellent chemical stability, is used, and the semiconductor nanocrystals have high crystallinity. An object of the present invention is to provide a manufacturing method which imparts excellent dispersibility to an organic matrix (for example, an organic solvent or resin).

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するため鋭意検討を重ねた結果、半導体ナノ結晶の粒
子表面に結合性を有する脂溶性分子(以下「脂溶性表面
修飾分子」という)の融液又はこれを含有し水と混和し
ない有機溶液を該半導体ナノ結晶のヒドロゾル(即ち水
を溶媒とする分散液)と接触させることにより、両相の
界面で該半導体ナノ結晶への上記脂溶性表面修飾分子の
結合反応を進行させて後者により前者の粒子表面を被覆
して有機相に抽出することにより、有機マトリクスへの
分散性を保持したまま半導体ナノ結晶の結晶性を向上さ
せることが可能であることを見出して、本発明に到達し
た。
Means for Solving the Problems As a result of extensive studies conducted by the present inventor to achieve the above object, a fat-soluble molecule (hereinafter referred to as “lipophilic surface-modifying molecule”) having a binding property on the surface of a semiconductor nanocrystal particle has been found. ) Or a water-immiscible organic solution containing the same is brought into contact with a hydrosol of the semiconductor nanocrystals (that is, a dispersion having water as a solvent), whereby the above-mentioned semiconductor nanocrystals are added to the semiconductor nanocrystals at the interface between both phases. Improving the crystallinity of semiconductor nanocrystals while maintaining the dispersibility in the organic matrix by promoting the binding reaction of the lipophilic surface-modifying molecules and coating the former particle surface with the latter to extract into the organic phase The present invention has been achieved by finding that the above is possible.

【0006】即ち、本発明の要旨は、半導体ナノ結晶及
び/又はその前駆体を含有するヒドロゾルを生成させる
第1工程、及び該半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体
への結合性を有する脂溶性表面修飾分子を含有する有機
相と該ヒドロゾルとを接触させて該半導体ナノ結晶及び
/又はその前駆体を有機相へ抽出する第2工程を含むこ
とを特徴とする半導体ナノ粒子の製造方法、に存する。
That is, the gist of the present invention is to provide a first step for producing a hydrosol containing semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof, and a lipophilic compound having a binding property to the semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof. A method for producing semiconductor nanoparticles, comprising a second step of contacting an organic phase containing a surface modifying molecule with the hydrosol to extract the semiconductor nanocrystals and / or a precursor thereof into an organic phase. Exist.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
詳細に説明する。 [半導体ナノ粒子]本発明の製造方法における半導体ナ
ノ粒子とは、半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体がそ
の粒子表面に後述する脂溶性表面修飾分子を結合してな
るものである。かかる半導体ナノ粒子は、該脂溶性表面
修飾分子の効果により樹脂や有機溶媒等の有機マトリク
スへの良好な分散性を有するものとなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below. [Semiconductor Nanoparticles] The semiconductor nanoparticles in the production method of the present invention are those in which semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof are bound to the surface of the particles with a fat-soluble surface modifying molecule described later. Such semiconductor nanoparticles have good dispersibility in an organic matrix such as a resin or an organic solvent due to the effect of the fat-soluble surface modification molecule.

【0008】ここでいう半導体ナノ結晶とは、後述する
半導体結晶を主体とし数平均粒径が通常0.5〜50n
mのものであり、異種半導体、導電体(例えば遷移金属
や炭素等)又は絶縁体(例えばシリカ等)の組成を有す
る外殻(シェル)を有していてもよいものである。該数
平均粒径が0.5nmに満たないと、半導体結晶として
の性質(例えば吸発光特性や高屈折率性等)が十分に発
揮されない場合がある。従って、該下限値は好ましくは
2nm、更に好ましくは3nmである。一方、該数平均
粒径が50nmを超えると、半導体ナノ結晶としての特
徴(例えば量子効果による吸発光特性の粒径依存性や透
明分散性)が極端に低下する場合がある。従って、該上
限値は好ましくは40nm、更に好ましくは30nmで
ある。
The term "semiconductor nanocrystals" as used herein refers to semiconductor crystals, which will be described later, as a main component and has a number average particle size of usually 0.5 to 50 n.
m, which may have an outer shell having a composition of a heterogeneous semiconductor, a conductor (for example, transition metal or carbon) or an insulator (for example, silica). If the number average particle size is less than 0.5 nm, the properties as a semiconductor crystal (for example, light absorption / emission characteristics and high refractive index property) may not be sufficiently exhibited. Therefore, the lower limit value is preferably 2 nm, more preferably 3 nm. On the other hand, when the number average particle size exceeds 50 nm, the characteristics as a semiconductor nanocrystal (for example, particle size dependency of light absorption and emission characteristics due to quantum effect and transparent dispersibility) may be extremely reduced. Therefore, the upper limit value is preferably 40 nm, more preferably 30 nm.

【0009】上記数平均粒径の決定には、与えられた粒
子の透過型電子顕微鏡(TEM)観察像より測定される
数値を用いる。即ち、観察される粒子像と同面積の円の
直径を該粒子像の粒径と定義する。こうして決定される
粒径を用い、例えば公知の画像データの統計処理手法に
より該数平均粒径を算出するが、かかる統計処理に使用
する粒子像の数(統計処理データ数)は可及的多いこと
が当然望ましく、本発明においては、再現性の点で無作
為に選ばれた該粒子像の個数として最低でも50個以
上、好ましくは80個以上、更に好ましくは100個以
上とする。
The number average particle diameter is determined by using a numerical value measured from a transmission electron microscope (TEM) observation image of a given particle. That is, the diameter of a circle having the same area as the observed particle image is defined as the particle size of the particle image. The number average particle diameter is calculated, for example, by a known statistical processing method of image data using the thus determined particle diameter. The number of particle images used for the statistical processing (the number of statistically processed data) is as large as possible. Of course, in the present invention, the number of randomly selected particle images in terms of reproducibility is at least 50, preferably 80 or more, more preferably 100 or more.

【0010】上記半導体ナノ結晶は、後述する脂溶性表
面修飾分子との結合を生成させる点で、遷移金属元素を
その表面に有することが望ましい。具体的には、半導体
ナノ結晶が、後述する半導体結晶のうち酸化チタン類、
ZnO、酸化鉄類等の遷移金属酸化物である場合、亜鉛
又はカドミウムを含有するII−VI族化合物半導体である
場合、及び遷移金属のシェル(例えば銀、金、銅等の周
期表第11族元素の0価金属シェル)を有する場合の3
つの場合が例示される。この理由は、かかる3つの場合
には、メルカプト基、ジスルフィド基、アミノ基、ピリ
ジン環、アミド結合、カルボキシル基、スルホン酸基、
ホスホン酸基、ホスフィン酸基、ホスフィン基、ホスフ
ィンオキシド基等の結合生成官能基を含有する脂溶性表
面修飾分子を、該結合生成官能基を介して半導体ナノ結
晶表面に結合させることが容易となるためである。
It is desirable that the semiconductor nanocrystal has a transition metal element on its surface in order to form a bond with a fat-soluble surface modifying molecule described later. Specifically, semiconductor nanocrystals are titanium oxides among the semiconductor crystals described below,
ZnO, iron oxides, and other transition metal oxides, zinc or cadmium-containing II-VI group compound semiconductors, and transition metal shells (eg, silver, gold, copper, etc., Group 11 of the periodic table). 3 with an elemental zero-valent metal shell)
Two cases are illustrated. The reason is that in these three cases, a mercapto group, a disulfide group, an amino group, a pyridine ring, an amide bond, a carboxyl group, a sulfonic acid group,
It becomes easy to bond a fat-soluble surface-modifying molecule containing a bond-forming functional group such as a phosphonic acid group, a phosphinic acid group, a phosphine oxide group, or the like, to the surface of the semiconductor nanocrystal through the bond-forming functional group. This is because.

【0011】上記半導体ナノ粒子における脂溶性表面修
飾分子の含有量は、該分子の分子量にもよるが通常5〜
70重量%である。最小重量の脂溶性表面修飾分子を使
用する観点からその含有量の上限値は好ましくは50重
量%、更に好ましくは40重量%であり、一方その下限
値はナノ粒子の分散性の点で好ましくは10重量%、更
に好ましくは15重量%である。かかる表面修飾分子の
含有量は、与えられた半導体ナノ粒子を、窒素雰囲気に
おいて600℃で90分以上加熱する熱重量分析により
決定される。
The content of the fat-soluble surface-modifying molecule in the semiconductor nanoparticles depends on the molecular weight of the molecule, but is usually 5 to 5.
It is 70% by weight. From the viewpoint of using the minimum weight of the fat-soluble surface-modifying molecule, the upper limit of its content is preferably 50% by weight, more preferably 40% by weight, while its lower limit is preferably in terms of the dispersibility of nanoparticles. It is 10% by weight, more preferably 15% by weight. The content of such surface-modifying molecules is determined by thermogravimetric analysis in which the given semiconductor nanoparticles are heated at 600 ° C. for 90 minutes or more in a nitrogen atmosphere.

【0012】本発明の製造方法により得られる半導体ナ
ノ粒子を紫外領域等特定波長範囲の光を吸収する用途に
使用する場合、半導体ナノ結晶の吸収スペクトルの吸収
端波長が300〜600nmの範囲内にあることが好ま
しい。この吸収端波長の範囲の下限値は、樹脂等の有機
物マトリクスに粒子を分散させる場合において該有機物
を変質させる紫外領域を吸収させる目的でより好ましく
は330nm、更に好ましくは370nmであり、一
方、該上限値は可視領域における透明性の点でより好ま
しくは550nm、更に好ましくは500nm、最も好
ましくは450nmである。
When the semiconductor nanoparticles obtained by the production method of the present invention are used for the purpose of absorbing light in a specific wavelength range such as the ultraviolet region, the absorption edge wavelength of the absorption spectrum of the semiconductor nanocrystal is within the range of 300 to 600 nm. Preferably there is. The lower limit of the range of the absorption edge wavelength is more preferably 330 nm, further preferably 370 nm, for the purpose of absorbing an ultraviolet region that deteriorates the organic matter when the particles are dispersed in an organic matter matrix such as a resin. The upper limit is more preferably 550 nm, further preferably 500 nm, and most preferably 450 nm in terms of transparency in the visible region.

【0013】[半導体結晶]前記半導体結晶の具体例を
以下に組成式で示す。C、Si、Ge、Sn等の周期表
第14族元素の単体、P(黒リン)等の周期表第15族
元素の単体、SeやTe等の周期表第16族元素の単
体、SiC等の複数の周期表第14族元素からなる化合
物、SnO2、Sn(II)Sn(IV)S3、Sn
2、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbS
e、PbTe等の周期表第14族元素と周期表第16族
元素との化合物、BN、BP、BAs、AlN、Al
P、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、
GaSb、InN、InP、InAs、InSb等の周
期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物(あ
るいはIII−V族化合物半導体)、Al23、Al2
Se3、Ga23、Ga2Se3、Ga 2Te3、In
23、In23、In2Se3、In2Te3等の周期表第
13族元素と周期表第16族元素との化合物、TlC
l、TlBr、TlI等の周期表第13族元素と周期表
第17族元素との化合物、ZnO、ZnS、ZnSe、
ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、Hg
S、HgSe、HgTe等の周期表第12族元素と周期
表第16族元素との化合物(あるいはII−VI族化合
物半導体)、As23、As2Se3、As2Te3、Sb
23、Sb2Se3、Sb 2Te3、Bi23、Bi2
3、Bi2Te3等の周期表第15族元素と周期表第1
6族元素との化合物、Cu2O、Cu2Se等の周期表第
11族元素と周期表第16族元素との化合物、CuC
l、CuBr、CuI、AgCl、AgBr等の周期表
第11族元素と周期表第17族元素との化合物、NiO
等の周期表第10族元素と周期表第16族元素との化合
物、CoO、CoS等の周期表第9族元素と周期表第1
6族元素との化合物、α−Fe23、γ−Fe23、F
34等の酸化鉄類、FeS等の周期表第8族元素と周
期表第16族元素との化合物、MnO等の周期表第7族
元素と周期表第16族元素との化合物、MoS2、WO2
等の周期表第6族元素と周期表第16族元素との化合
物、VO、VO2、Ta25等の周期表第5族元素と周
期表第16族元素との化合物、TiO2、Ti25、T
23、Ti59等の酸化チタン類(結晶型はルチル
型、ルチル/アナタースの混晶型、アナタース型のいず
れでもよい)及びZrO2等の周期表第4族元素と周期
表第16族元素との化合物、Y23、La23等の周期
表第3族元素(ランタノイド元素を含む)と周期表第1
6族元素との化合物、MgS、MgSe等の周期表第2
族元素と周期表第16族元素との化合物、CdCr
24、CdCr2Se4、CuCr24、HgCr2Se4
等のカルコゲンスピネル類、あるいはBaTiO3等が
挙げられる。なお、G.Schmidら;Adv.Ma
ter.,4巻,494頁(1991)に報告されてい
る(BN)75(BF1515や、D.Fenske
ら;Angew.Chem.Int.Ed.Eng
l.,29巻,1452頁(1990)に報告されてい
るCu146Se73(トリエチルホスフィン)22のように
構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示さ
れる。
[Semiconductor Crystal] Specific examples of the semiconductor crystal
The composition formula is shown below. Periodic table of C, Si, Ge, Sn, etc.
Periodic table group 15 such as simple substance of group 14 element, P (black phosphorus)
Element simple substance, or element of periodic table group 16 element such as Se or Te
Compounds consisting of multiple elements of Group 14 of the periodic table
Thing, SnO2, Sn (II) Sn (IV) S3, Sn
S2, SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbS
e, PbTe and other periodic table group 14 elements and periodic table group 16
Compounds with elements, BN, BP, BAs, AlN, Al
P, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs,
GaSb, InN, InP, InAs, InSb, etc.
A compound of a group 13 element of the periodic table and a group 15 element of the periodic table
Ruiya III-V compound semiconductor), Al2S3, Al2
Se3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga 2Te3, In
2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3Periodic table number such as
Compound of Group 13 element and Group 16 element of the periodic table, TlC
Periodic table of the 13th group elements of the periodic table such as l, TlBr, and TlI
Compounds with Group 17 elements, ZnO, ZnS, ZnSe,
ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, Hg
Periodic table group 12 elements such as S, HgSe, HgTe, etc.
Table Compounds with Group 16 elements (or II-VI group compounds)
Semiconductor), As2S3, As2Se3, As2Te3, Sb
2S3, Sb2Se3, Sb 2Te3, Bi2S3, Bi2S
e3, Bi2Te3Periodic table group 15 elements and the periodic table first
Compound with Group 6 element, Cu2O, Cu2Periodic table such as Se
CuC, a compound of Group 11 element and Group 16 element of the periodic table
Periodic table of l, CuBr, CuI, AgCl, AgBr, etc.
NiO, a compound of Group 11 element and Group 17 element of the periodic table
Of periodic table group 10 elements and other periodic table group 16 elements
, Group 9 elements of the periodic table such as CoO, CoS and the first of the periodic table
Compound with Group 6 element, α-Fe2O3, Γ-Fe2O3, F
e3OFourOxides such as FeS, and elements of Group 8 of the periodic table such as FeS
Periodic Table Group 7 compounds such as compounds with Group 16 elements in the Periodic Table, MnO, etc.
Compounds of elements with elements of Group 16 of the periodic table, MoS2, WO2
Of periodic table group 6 element and other periodic table group 16 element
Thing, VO, VO2, Ta2OFivePeriodic Table Group 5 elements such as
Compounds with Group 16 elements, TiO2, Ti2OFive, T
i2O3, TiFiveO9Titanium oxides such as rutile (crystal type is rutile
Type, rutile / anatase mixed crystal type, anatase type
Any) and ZrO2Periodic Table Group 4 Elements and Period
Table Compounds with Group 16 elements, Y2O3, La2O3Cycle of etc.
Group 3 elements (including lanthanoid elements) and Periodic Table 1
Periodic table of compounds such as MgS and MgSe with Group 6 elements 2
CdCr compound of group 16 element and periodic table group 16 element
2OFour, CdCr2SeFour, CuCr2SFour, HgCr2SeFour
Such as chalcogen spinel, or BaTiO3Etc.
Can be mentioned. In addition, G. Schmid et al .; Adv. Ma
ter. , Vol. 4, p. 494 (1991).
(BN)75(BFTwo)15F15, D. Fenske
Angew. Chem. Int. Ed. Eng
l. , 29, p. 1452 (1990).
Cu146Se73(Triethylphosphine)twenty twolike
Semiconductor clusters whose structure is well defined are also exemplified.
Be done.

【0014】これらのうち実用的に重要なものは、例え
ばSnO2、SnS2、SnS、SnSe、SnTe、P
bS、PbSe、PbTe等の周期表第14族元素と周
期表第16族元素との化合物、GaN、GaP、GaA
s、GaSb、InN、InP、InAs、InSb等
のIII−V族化合物半導体、Ga23、Ga23、G
2Se3、Ga2Te3、In23、In23、In2
3、In2Te3等の周期表第13族元素と周期表第1
6族元素との化合物、ZnO、ZnS、ZnSe、Zn
Te、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、
HgS、HgSe、HgTe等のII−VI族化合物半
導体、As23、As23、As2Se3、As2Te3
Sb23、Sb23、Sb2Se3、Sb2Te3、Bi2
3、Bi23、Bi2Se3、Bi2Te3等の周期表第
15族元素と周期表第16族元素との化合物、α−Fe
23、γ−Fe23、Fe34等の酸化鉄類やFeS等
の周期表第8族元素と周期表第16族元素との化合物、
前記の酸化チタン類やZrO 2等の周期表第4族元素と
周期表第16族元素との化合物、Y23、La23等の
周期表第3族元素(ランタノイド元素を含む)と周期表
第16族元素との化合物である。
Of these, those that are practically important are, for example,
If SnO2, SnS2, SnS, SnSe, SnTe, P
Periodic table group 14 elements such as bS, PbSe, PbTe, etc.
Compounds with Group 16 elements, GaN, GaP, GaA
s, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, etc.
III-V compound semiconductor, Ga2O3, Ga2S3, G
a2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2S
e3, In2Te3Periodic table group 13 elements such as and the periodic table first
Compounds with Group 6 elements, ZnO, ZnS, ZnSe, Zn
Te, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO,
II-VI group compounds such as HgS, HgSe, and HgTe
Conductor, As2O3, As2S3, As2Se3, As2Te3,
Sb2O3, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, Bi2
O3, Bi2S3, Bi2Se3, Bi2Te3Periodic table number such as
Α-Fe, a compound of Group 15 element and Group 16 element of the periodic table
2O3, Γ-Fe2O3, Fe3OFourIron oxides such as FeS
A compound of an element of Group 8 of the periodic table with an element of Group 16 of the periodic table,
The above-mentioned titanium oxides and ZrO 2And other elements in Group 4 of the periodic table
Compound with Group 16 element of the periodic table, Y2O3, La2O3Etc.
Periodic table Group 3 elements (including lanthanoid elements) and periodic table
It is a compound with a Group 16 element.

【0015】これらの中でも、SnO2、GaN、Ga
P、In23、InN、InP、Ga23、Ga23
In23、In23、ZnO、ZnS、CdO、Cd
S、前記の酸化鉄類、ルチル型やアナタース型二酸化チ
タン、ZrO2、Y23、MgS等は毒性の高い陰性元
素を含まないので耐環境汚染性や生物への安全性の点で
好ましく、この観点ではSnO2、In23、ZnO、
ZnS、α−Fe23、ルチル型二酸化チタン、ZrO
2、Y23等の毒性の高い陽性元素を含まない組成は更
に好ましい。
Among these, SnO 2 , GaN, Ga
P, In 2 O 3 , InN, InP, Ga 2 O 3 , Ga 2 S 3 ,
In 2 O 3 , In 2 S 3 , ZnO, ZnS, CdO, Cd
S, the above-mentioned iron oxides, rutile-type or anatase-type titanium dioxide, ZrO 2 , Y 2 O 3 , MgS and the like do not contain a highly toxic negative element, and are therefore preferable in terms of environmental pollution resistance and safety to living organisms. From this viewpoint, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO,
ZnS, α-Fe 2 O 3 , rutile titanium dioxide, ZrO
A composition that does not contain a highly toxic positive element such as 2 , Y 2 O 3 is more preferable.

【0016】ZnO、α−Fe23、ルチル型二酸化チ
タン、Y23等の酸化物半導体結晶は、光吸収能、高い
屈折率、安全性、安価であることから、紫外線吸収材料
や高屈折率コーティング等の用途に最も好ましいもので
ある。また、α−Fe23等の酸化鉄類等、可視領域に
吸収能のある着色した半導体結晶は、顔料等の色材用途
に重要である。
Oxide semiconductor crystals such as ZnO, α-Fe 2 O 3 , rutile-type titanium dioxide, and Y 2 O 3 have a light-absorbing ability, a high refractive index, safety, and are inexpensive. It is most preferable for applications such as high refractive index coating. In addition, colored semiconductor crystals having absorptivity in the visible region, such as iron oxides such as α-Fe 2 O 3 are important for coloring materials such as pigments.

【0017】半導体ナノ結晶の発光能を利用する場合に
は、可視領域とその近傍に発光帯を有するGaN、Ga
P、GaAs、InN、InP等のIII−V族化合物
半導体、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、Cd
O、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS等の
II−VI族化合物半導体、In23、In23等が重
要であり、中でも半導体結晶の粒径の制御性と発光能か
ら好適なのはZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、C
dO、CdS、CdSe等のII−VI族化合物半導体
であり、特にZnO、ZnS、ZnSe、CdS、Cd
Se等がこの目的では更に好適に用いられる。
In the case of utilizing the light emitting ability of semiconductor nanocrystals, GaN and Ga having an emission band in the visible region and its vicinity are used.
III-V group compound semiconductors such as P, GaAs, InN, InP, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, Cd
II-VI group compound semiconductors such as O, CdS, CdSe, CdTe, HgO, and HgS, In 2 O 3 , In 2 S 3, and the like are important. Among them, semiconductor crystal grain size controllability and luminous ability are preferable. ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, C
II-VI group compound semiconductors such as dO, CdS, and CdSe, and particularly ZnO, ZnS, ZnSe, CdS, and Cd.
Se and the like are more preferably used for this purpose.

【0018】前記で例示した任意の半導体結晶の組成に
は、必要に応じて微量のドープ物質(故意に添加する不
純物の意味)として例えばAl、Mn、Cu、Zn、A
g、Cl、Ce、Eu、Tb、Er等の元素を加えても
よい。本発明における半導体ナノ結晶は、例えばA.
R.Kortanら;J.Am.Chem.Soc.,
112巻,1327頁(1990)あるいは米国特許5
985173号公報(1999)に報告されているよう
に、内核(コア)と外殻(シェル)からなるいわゆるコ
アシェル構造であってもよい。かかるコアシェル型半導
体ナノ結晶では、エキシトン吸発光帯を利用する用途に
好適な場合がある。この場合、シェルの半導体結晶の組
成として、禁制帯幅(バンドギャップ)がコアよりも大
きなものを起用することによりエネルギー的な障壁を形
成せしめることが一般に有効である。これは、外界の影
響や結晶表面での結晶格子欠陥等の理由による望ましく
ない表面準位等の影響を抑制する機構によるものと推測
される。
In the composition of any of the semiconductor crystals exemplified above, Al, Mn, Cu, Zn, A as a trace amount of a doping material (meaning impurities intentionally added) is added as necessary.
Elements such as g, Cl, Ce, Eu, Tb, and Er may be added. The semiconductor nanocrystal according to the present invention is, for example, A.
R. Kortan et al .; Am. Chem. Soc. ,
112, 1327 (1990) or US Pat.
As reported in Japanese Patent No. 985173 (1999), a so-called core-shell structure composed of an inner core (core) and an outer shell (shell) may be used. Such core-shell type semiconductor nanocrystals may be suitable for applications using the exciton absorption / emission band. In this case, it is generally effective to form an energy barrier by using a semiconductor crystal composition of the shell having a band gap (band gap) larger than that of the core. It is presumed that this is due to a mechanism that suppresses the influence of an undesired surface level or the like due to the influence of the external environment or the crystal lattice defect on the crystal surface.

【0019】かかるシェルに好適に用いられる半導体結
晶の組成としては、コア半導体結晶のバンドギャップに
もよるが、バルク状態のバンドギャップが温度300K
において2.0電子ボルト以上であるもの、例えばB
N、BAs、GaNやGaP等のIII−V族化合物半導
体、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、C
dS等のII−VI族化合物半導体、MgSやMgSe等の
周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物等が
好適に用いられる。これらのうちより好ましいシェルと
なる半導体結晶組成は、BN、BAs、GaN等のIII
−V族化合物半導体、ZnO、ZnS、ZnSe、Cd
S等のII−VI族化合物半導体、MgS、MgSe等の周
期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物等のバ
ルク状態のバンドギャップが温度300Kにおいて2.
3電子ボルト以上のものであり、最も好ましいのはB
N、BAs、GaN、ZnO、ZnS、ZnSe、Mg
S、MgSe等のバルク状態のバンドギャップが温度3
00Kにおいて2.5電子ボルト以上のものであり、化
学合成上ZnSは最も好適に使用される。特に好適なコ
ア−シェル組成の組み合わせ例を組成式で表現すると、
CdSe−ZnS、CdSe−ZnO、CdSe−Cd
S、CdS−ZnS、CdS−ZnO等が挙げられる。
The composition of the semiconductor crystal preferably used for such a shell depends on the band gap of the core semiconductor crystal, but the band gap in the bulk state has a temperature of 300K.
At 2.0 eV or more, eg B
III-V group compound semiconductors such as N, BAs, GaN and GaP, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, C
A II-VI group compound semiconductor such as dS, a compound of a group 2 element of the periodic table and a group 16 element of the periodic table such as MgS or MgSe, and the like are preferably used. Among these, the semiconductor crystal composition which becomes a more preferable shell is III, such as BN, BAs, and GaN.
-Group V compound semiconductor, ZnO, ZnS, ZnSe, Cd
1. The II-VI group compound semiconductor such as S, the band gap in the bulk state of the compound of the periodic table group 2 element such as MgS, MgSe and the like, and the group 16 element of the periodic table at a temperature of 300K.
More than 3 eV, most preferably B
N, BAs, GaN, ZnO, ZnS, ZnSe, Mg
The band gap in the bulk state of S, MgSe, etc. is at temperature 3
It is 2.5 eV or more at 00K, and ZnS is most preferably used in chemical synthesis. When a particularly preferred combination example of the core-shell composition is expressed by a composition formula,
CdSe-ZnS, CdSe-ZnO, CdSe-Cd
S, CdS-ZnS, CdS-ZnO, etc. are mentioned.

【0020】[ヒドロゾル]本発明におけるヒドロゾル
とは、水を主体とする水性溶媒中に前記半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体が分散した分散液を意味する。該
水性溶媒は均一であり、水性溶媒中の水の含有量は後述
する有機相との相分離性の点で通常70重量%以上必要
であり、好ましくは80重量%以上、更に好ましくは9
0重量%以上である。かかる水性溶媒に混合してもよい
水と混和する有機溶媒としては、メタノール、エタノー
ル、n−プロパノール、イソプロピルアルコール等の炭
素数3以下のアルコール類、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、ブチレングリコール等の炭素数4以
下のグリコール類、グリセリンやペンタエリスリトール
等の多価アルコール類等が例示される。
[Hydrosol] The hydrosol in the present invention means a dispersion liquid in which the semiconductor nanocrystals and / or their precursors are dispersed in an aqueous solvent mainly containing water. The aqueous solvent is uniform, and the content of water in the aqueous solvent is usually 70% by weight or more, preferably 80% by weight or more, and more preferably 9% from the viewpoint of phase separation from the organic phase described later.
It is 0% by weight or more. Examples of the water-miscible organic solvent that may be mixed with the aqueous solvent include alcohols having 3 or less carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol and isopropyl alcohol, and carbon numbers such as ethylene glycol, propylene glycol and butylene glycol. Examples thereof include glycols of 4 or less and polyhydric alcohols such as glycerin and pentaerythritol.

【0021】かかるヒドロゾル中の前記半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体の含有量に制限はないが、通常
0.001〜10重量%であり、半導体ナノ結晶及び/
又はその前駆体のヒドロゾル中での分散性の点でその上
限値は好ましくは5重量%、更に好ましくは2重量%で
あり、一方生産性の点でその下限値は好ましくは0.0
1重量%、更に好ましくは0.1重量%である。
The content of the semiconductor nanocrystals and / or their precursors in the hydrosol is not limited, but is usually 0.001 to 10% by weight.
Alternatively, the upper limit thereof is preferably 5% by weight, more preferably 2% by weight in view of dispersibility of the precursor in the hydrosol, while the lower limit thereof is preferably 0.0% in view of productivity.
It is 1% by weight, more preferably 0.1% by weight.

【0022】ここでいう半導体ナノ結晶の前駆体とは、
必ずしも半導体でなくてもよい無機物粒子であり、上記
水性溶媒中に分散して重力により沈降しないものであ
る。その粒径は、通常、前記半導体ナノ結晶の数平均粒
径と同程度である。かかる前駆体の例としては、ヘマタ
イト(α−Fe23)やマグネタイト(Fe34)等の
酸化鉄類ナノ結晶を与える前駆体である水和酸化鉄類
(例えばゲーサイトやアカゴナイト、もしくは組成が不
定の水酸基を有する酸化鉄類)、アナタース型やルチル
型結晶を有する酸化チタンナノ結晶を与える水和酸化チ
タン等が挙げられる。
The precursor of the semiconductor nanocrystal referred to here is
It is an inorganic particle that does not necessarily have to be a semiconductor, and is one that is dispersed in the above aqueous solvent and does not settle due to gravity. The particle size is usually about the same as the number average particle size of the semiconductor nanocrystals. Examples of such precursors include hydrated iron oxides (eg, goethite and acagonite, which are precursors that give iron oxide nanocrystals such as hematite (α-Fe 2 O 3 ) and magnetite (Fe 3 O 4 ). Alternatively, iron oxides having a hydroxyl group whose composition is indefinite), hydrated titanium oxide that gives titanium oxide nanocrystals having anatase-type or rutile-type crystals, and the like.

【0023】本発明におけるヒドロゾルのpH(水素イ
オン濃度)は、半導体ナノ結晶の有機相への抽出性を極
端に阻害しない限りにおいて制限はないが、通常1〜1
2、脂溶性表面修飾分子が含有する結合生成官能基との
反応性や生成する結合の安定性の点で好ましくは2〜1
0である。 [脂溶性表面修飾分子]本発明における脂溶性表面修飾
分子とは、前記ヒドロゲル中に分散している半導体ナノ
結晶又はその前駆体に結合してその表面を脂溶性に修飾
し、有機相への分散性を付与し、有機相に半導体ナノ結
晶及び/又はその前駆体を抽出する作用を有する有機化
合物である。かかる脂溶性表面修飾分子の半導体ナノ結
晶又はその前駆体への結合の様式に制限はないが、通
常、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合等の化
学結合による。かかる結合を生成する脂溶性表面修飾分
子における化学構造を、本発明においては結合生成官能
基という。
The pH (hydrogen ion concentration) of the hydrosol in the present invention is not limited as long as it does not extremely hinder the extraction of the semiconductor nanocrystals into the organic phase, but is usually 1 to 1
2. The reactivity with the bond-forming functional group contained in the lipophilic surface-modifying molecule and the stability of the bond formed are preferably 2-1.
It is 0. [Fat-soluble surface-modifying molecule] The fat-soluble surface-modifying molecule according to the present invention is bound to the semiconductor nanocrystals dispersed in the hydrogel or a precursor thereof to modify the surface thereof to be fat-soluble, thereby forming an organic phase. It is an organic compound having dispersibility and having a function of extracting semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof into an organic phase. There is no limitation on the mode of binding of the lipophilic surface-modifying molecule to the semiconductor nanocrystal or its precursor, but it is usually by a chemical bond such as a covalent bond, an ionic bond, a coordinate bond, a hydrogen bond and the like. In the present invention, the chemical structure of the lipophilic surface-modifying molecule that forms such a bond is referred to as a bond-forming functional group.

【0024】上記の脂溶性表面修飾分子の分子量には上
記の抽出作用を発揮する限りにおいて特に制限はない
が、有機相を150〜400℃程度に加熱する後述の第
3工程において極端に揮発しやすくなくかつ不必要な高
分子量を避けることが望ましいので、通常150〜50
0であり、好ましくは170〜400、更に好ましくは
190〜350である。
The molecular weight of the fat-soluble surface-modifying molecule is not particularly limited as long as it exerts the above-mentioned extraction action, but it is extremely volatilized in the third step described below in which the organic phase is heated to about 150 to 400 ° C. It is not easy and it is desirable to avoid unnecessary high molecular weight.
It is 0, preferably 170 to 400, more preferably 190 to 350.

【0025】上記の脂溶性表面修飾分子は、その分子構
造における炭化水素構造(例えばアルキル基、アルキレ
ン基、炭化水素芳香環等)の占める割合が40重量%以
上であることが十分な脂溶性を発揮するために望まし
く、この値は好ましくは50重量%以上、更に好ましく
は60重量%以上である。好ましい炭化水素構造として
は、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、
イソブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n
−ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル
基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の
炭素数3〜20程度のアルキル基、フェニル基、ベンジ
ル基、ナフチル基、ナフチルメチル基等の芳香族炭化水
素基を含有する炭化水素基等が例示され、中でもn−ヘ
キシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサ
デシル基等の炭素数6〜16程度の直鎖状アルキル基が
更に好ましい。
The above lipophilic surface-modifying molecule has sufficient lipophilicity when the proportion of the hydrocarbon structure (eg, alkyl group, alkylene group, hydrocarbon aromatic ring, etc.) in its molecular structure is 40% by weight or more. This value is desirable in order to exhibit, and this value is preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Preferred hydrocarbon structures include n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group,
Isobutyl group, n-pentyl group, cyclopentyl group, n
-Hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, and other alkyl groups having about 3 to 20 carbon atoms, phenyl group, benzyl group, naphthyl group, naphthylmethyl group, and other aromatic carbonization Examples thereof include a hydrocarbon group containing a hydrogen group, and among them, a linear alkyl group having about 6 to 16 carbon atoms such as an n-hexyl group, an octyl group, a decyl group, a dodecyl group, and a hexadecyl group is more preferable.

【0026】上記の結合生成官能基に制限はないが、例
えばメルカプト基、ジスルフィド基、チオフェン環等の
硫黄原子含有官能基、アミノ基、ピリジン環、アミド結
合、ニトリル基等の窒素原子含有官能基、カルボキシル
基、スルホン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基等の
酸性官能基、ホスフィン基やホスフィンオキシド基等の
リン原子含有官能基、あるいは水酸基、カルボニル基、
エステル結合、エーテル結合、ポリエチレングリコール
鎖等の酸素原子含有官能基等が例示される。これらのう
ち、メルカプト基やジスルフィド基等の硫黄原子含有官
能基、アミノ基、ピリジン環及びアミド結合等の窒素原
子含有官能基、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホ
ン酸基及びホスフィン酸基等の酸性官能基、ホスフィン
基やホスフィンオキシド基等のリン原子含有官能基が半
導体ナノ結晶及び/又はその前駆体への結合性の点で好
適であり、中でもメルカプト基、アミノ基、カルボン酸
アミド基(−CONH2)、カルボキシル基、ホスホン
酸基、ホスフィンオキシド基が更に好適である。メルカ
プト基は遷移金属元素(例えば銀、金、銅、亜鉛、カド
ミウム等の周期表第11族及び12族元素等)への結合
力の点で、ホスホン酸基は酸化物(例えば二酸化チタ
ン、酸化亜鉛、酸化鉄等)表面への結合力の点で、それ
ぞれ最も好適である。一方、アミノ基、カルボン酸アミ
ド基及びホスフィンオキシド基は比較的緩い結合力を有
するので、本発明の製造方法の工程の途中又は終了後に
脂溶性表面修飾分子を除去したり別の有機化合物に置換
する必要がある場合には最も好適に用いられる。上記例
示の結合生成官能基は、脂溶性表面修飾分子の効果を著
しく悪化させない限りにおいてその分子構造中に2つ以
上及び/又は2種類以上が存在していてもよいが、通常
1つ存在することが望ましい。
The above bond-forming functional group is not limited, but examples thereof include a sulfur atom-containing functional group such as a mercapto group, a disulfide group and a thiophene ring, and a nitrogen atom-containing functional group such as an amino group, a pyridine ring, an amide bond and a nitrile group. , A carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, an acidic functional group such as a phosphinic acid group, a phosphorus atom-containing functional group such as a phosphine group or a phosphine oxide group, or a hydroxyl group, a carbonyl group,
Examples thereof include ester bonds, ether bonds, oxygen atom-containing functional groups such as polyethylene glycol chains. Of these, sulfur atom-containing functional groups such as mercapto groups and disulfide groups, amino groups, nitrogen atom-containing functional groups such as pyridine rings and amide bonds, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups and phosphinic acid groups A functional group, a phosphorus atom-containing functional group such as a phosphine group or a phosphine oxide group is preferable in terms of binding to the semiconductor nanocrystal and / or its precursor, and among them, a mercapto group, an amino group, a carboxylic acid amide group (- CONH2), a carboxyl group, a phosphonic acid group and a phosphine oxide group are more preferable. The mercapto group is a bonding force to a transition metal element (for example, elements of Group 11 and 12 of the periodic table such as silver, gold, copper, zinc, cadmium, etc.), and the phosphonic acid group is an oxide (for example, titanium dioxide, oxidation). Zinc, iron oxide, etc.) are most preferable in terms of binding force to the surface. On the other hand, since the amino group, the carboxylic acid amide group and the phosphine oxide group have a relatively loose binding force, the lipid-soluble surface modifying molecule may be removed or replaced with another organic compound during or after the step of the production method of the present invention. It is most preferably used when necessary. Two or more and / or two or more kinds of the bond-forming functional groups exemplified above may be present in the molecular structure as long as the effect of the fat-soluble surface modifying molecule is not significantly deteriorated, but usually one is present. Is desirable.

【0027】具体的な脂溶性表面修飾分子としては、1
−メルカプト−n−ブタン(又はn−ブチルメルカプタ
ン)、1−メルカプト−n−ヘキサン、1−メルカプト
−n−オクタン、1−メルカプト−n−デカン、1−メ
ルカプト−n−ドデカン、1−メルカプト−n−ヘキサ
デカン等のω−メルカプトアルカン類、ベンゼンチオー
ル、メルカプトフェニルメタン(又はベンジルメルカプ
タン)等のフェニル基を有するチオール類、1−アミノ
−n−ブタン(又はn−ブチルアミン)、1−アミノ−
n−ヘキサン、1−アミノ−n−オクタン、1−アミノ
−n−デカン、1−アミノ−n−ドデカン、1−アミノ
−n−ヘキサデカン等のω−アミノアルカン類、アニリ
ン、アミノフェニルメタン(又はベンジルアミン)等の
フェニル基を有するアミン類、n−ブタン酸、n−ヘキ
サン酸、n−オクタン酸、n−デカン酸、n−ドデカン
酸、n−ヘキサデカン酸、オレイン酸等の脂肪酸類、n
−ブタン酸アミド、n−ヘキサン酸アミド、n−オクタ
ン酸アミド、n−デカン酸アミド、n−ドデカン酸アミ
ド、n−ヘキサデカン酸アミド、オレイン酸アミド等の
脂肪酸アミド類、安息香酸アミド、桂皮酸アミド等のフ
ェニル基を有するカルボン酸アミド類、n−ブチルホス
ホン酸、n−ヘキシルホスホン酸、n−オクチルホスホ
ン酸、n−デシルホスホン酸、n−ドデシルホスホン
酸、n−ヘキサデシルホスホン酸等の脂肪族ホスホン酸
類、ベンゼンホスホン酸等のフェニル基を有するホスホ
ン酸類、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシル
ホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシ
ド、トリデシルホスフィンオキシド等のトリアルキルホ
スフィンオキシド類、トリフェニルホスフィンオキシ
ド、ベンジルジオクチルホスフィンオキシド等のフェニ
ル基を有するホスフィンオキシド類等が例示される。
Specific lipophilic surface-modifying molecules include 1
-Mercapto-n-butane (or n-butyl mercaptan), 1-mercapto-n-hexane, 1-mercapto-n-octane, 1-mercapto-n-decane, 1-mercapto-n-dodecane, 1-mercapto- ω-mercaptoalkanes such as n-hexadecane, benzenethiol, thiols having a phenyl group such as mercaptophenylmethane (or benzylmercaptan), 1-amino-n-butane (or n-butylamine), 1-amino-
ω-aminoalkanes such as n-hexane, 1-amino-n-octane, 1-amino-n-decane, 1-amino-n-dodecane, 1-amino-n-hexadecane, aniline, aminophenylmethane (or Amines having a phenyl group such as benzylamine), fatty acids such as n-butanoic acid, n-hexanoic acid, n-octanoic acid, n-decanoic acid, n-dodecanoic acid, n-hexadecanoic acid and oleic acid, n
-Fatty acid amides, n-hexanoic acid amides, n-octanoic acid amides, n-decanoic acid amides, n-dodecanoic acid amides, n-hexadecanoic acid amides, oleic acid amides and other fatty acid amides, benzoic acid amides, cinnamic acid Carboxylic amides having a phenyl group such as amides, n-butylphosphonic acid, n-hexylphosphonic acid, n-octylphosphonic acid, n-decylphosphonic acid, n-dodecylphosphonic acid, n-hexadecylphosphonic acid, etc. Phosphonic acids having a phenyl group such as aliphatic phosphonic acids and benzenephosphonic acid, trialkylphosphine oxides such as tributylphosphine oxide, trihexylphosphine oxide, trioctylphosphine oxide and tridecylphosphine oxide, triphenylphosphine oxide, benzyldioctyl oxide Phosphine oxides having a phenyl group of the scan fin oxide, and the like, and the like.

【0028】[半導体ナノ粒子の製造方法]本発明の製
造方法は、以下説明するように、半導体ナノ結晶及び/
又はその前駆体を含有するヒドロゾルを生成させる第1
工程、及び該半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体への
結合性を有する脂溶性表面修飾分子を含有する有機相と
該ヒドロゾルとを接触させて該半導体ナノ結晶及び/又
はその前駆体を有機相へ抽出する第2工程、並びに必要
に応じて該有機相を加熱する第3工程の3つの工程を含
むものである。
[Manufacturing Method of Semiconductor Nanoparticles] The manufacturing method of the present invention is, as will be described below, a semiconductor nanocrystal and
Or to produce a hydrosol containing the precursor thereof
Step, and contacting the hydrosol with an organic phase containing a lipophilic surface-modifying molecule having a binding property to the semiconductor nanocrystal and / or its precursor, to bring the semiconductor nanocrystal and / or its precursor into an organic phase. It includes three steps, a second step of extracting the organic phase and a third step of heating the organic phase, if necessary.

【0029】(1)第1工程 水を主体とする水性溶媒中において前記半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体を生成させる工程である。ここで
の水性溶媒、生成させるヒドロゾル中の半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体の含有量、該ヒドロゾルのpHに
ついては、前記ヒドロゾルの項目での説明と同一であ
る。かかるヒドロゾルの生成の反応機構に制限はなく、
例えば前記従来技術に挙げたゾル生成法、即ち水性溶媒
又はアルコール系溶媒中での金属塩の加水分解又は加硫
分解等とこれに付随する縮合反応により金属酸化物又は
金属硫化物等の半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体を
直接生成させる方法が例示されるが、その他の方法(例
えば前記気相法、その他の液相法である逆ミセル法やホ
ットソープ法等)で調製した半導体ナノ結晶及び/又は
その前駆体を原料として使用して水性溶媒中に分散して
ヒドロゾルを生成させてもよい。これらのうち最も好適
に用いられるのは上記ゾル生成法である。
(1) First step This is a step of forming the semiconductor nanocrystals and / or their precursors in an aqueous solvent mainly containing water. The content of the aqueous solvent, the content of the semiconductor nanocrystals and / or the precursor thereof in the hydrosol to be generated, and the pH of the hydrosol are the same as those described in the hydrosol section. There is no limitation on the reaction mechanism of formation of such a hydrosol,
For example, the sol generation method described in the above-mentioned prior art, that is, hydrolysis or vulcanization of a metal salt in an aqueous solvent or an alcoholic solvent, and a condensation reaction associated therewith, are used to form semiconductor nano-particles such as metal oxides or metal sulfides. A method for directly producing crystals and / or precursors thereof is exemplified, but semiconductor nanocrystals prepared by other methods (for example, the vapor phase method, the other liquid phase method such as the reverse micelle method and the hot soap method). And / or the precursor thereof may be used as a raw material and dispersed in an aqueous solvent to form a hydrosol. The most preferably used of these is the above-mentioned sol generation method.

【0030】上記ゾル生成法における原料としては、例
えば酸化チタンナノ結晶の合成には硫酸チタニルが、酸
化亜鉛ナノ結晶の合成には酢酸亜鉛や硝酸亜鉛等の亜鉛
塩が、それぞれ例示される。テトラエチルオルソシリケ
ート(略称TEOS)やテトライソプロポキシオルソチ
タネート等の金属アルコキシド類も原料として好適に使
用可能である。特にゾル生成法により酸化物ナノ結晶を
合成する場合においては、例えば硫酸チタニルを原料と
して用いる酸化チタンナノ結晶の合成のように、水酸化
物等の前駆体を経由し次いで酸やアルカリにより(好ま
しくは酸により)これを脱水縮合又は解膠してヒドロゾ
ルを生成させる手順も可能である。かかる前駆体を経由
する手順では、該前駆体を、濾過や沈殿分離(必要であ
れば遠心分離)等の任意の方法で単離精製することが最
終製品の純度の点で好適である。
Examples of the raw material in the sol production method include titanyl sulfate for the synthesis of titanium oxide nanocrystals and zinc salts such as zinc acetate and zinc nitrate for the synthesis of zinc oxide nanocrystals. Metal alkoxides such as tetraethyl orthosilicate (abbreviation TEOS) and tetraisopropoxy orthotitanate can also be preferably used as a raw material. In particular, in the case of synthesizing oxide nanocrystals by a sol generation method, for example, as in the synthesis of titanium oxide nanocrystals using titanyl sulfate as a raw material, a precursor such as hydroxide is used, and then an acid or alkali (preferably Procedures for dehydration condensation or deflocculation of this (with an acid) to form a hydrosol are also possible. In the procedure via such a precursor, it is preferable in terms of purity of the final product to isolate and purify the precursor by an arbitrary method such as filtration or precipitation separation (centrifugation if necessary).

【0031】(2)第2工程 上記第1工程で得たヒドロゾルと、水と分離した相を形
成可能な有機相(以下「抽出有機相」という)との2相
系を接触させ、該有機相に半導体ナノ結晶及び/又はそ
の前駆体を抽出する工程である。かかる抽出有機相は、
ヒドロゾルとの接触により少量の水を溶解してもよい
が、前記の脂溶性表面修飾分子の融液又はこれを溶解し
た有機溶媒(以下「修飾分子溶液」という)のいずれか
である。かかる2相系界面において脂溶性表面修飾分子
が働く機構としては一種の相間移動触媒作用、即ち脂溶
性表面修飾分子が有する結合生成官能基がヒドロゾル相
に存在する半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体の表面
に結合する界面反応が考えられ、かかる界面反応の進行
とともに半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体の脂溶性
が増し抽出有機相に移動するものと考えられる。
(2) Second Step A two-phase system of the hydrosol obtained in the first step and an organic phase capable of forming a phase separated from water (hereinafter referred to as “extracted organic phase”) is brought into contact with the organic phase. This is a step of extracting the semiconductor nanocrystals and / or their precursors into the phase. Such an extracted organic phase is
Although a small amount of water may be dissolved by contact with a hydrosol, it is either a melt of the fat-soluble surface modifying molecule described above or an organic solvent (hereinafter referred to as “modifying molecule solution”) in which the melt is dissolved. As a mechanism for the fat-soluble surface modifying molecule to work at such a two-phase system interface, a kind of phase transfer catalytic action, that is, a semiconductor nanocrystal and / or a precursor thereof in which a bond-forming functional group of the fat-soluble surface modifying molecule is present in the hydrosol phase It is considered that an interfacial reaction that binds to the surface of the semiconductor nanocrystal and / or its precursor increases in lipophilicity and moves to the extracted organic phase as the interfacial reaction proceeds.

【0032】本第2工程におけるヒドロゾル相と抽出有
機相との容積比は、ヒドロゾル中の半導体ナノ結晶及び
/又はその前駆体の含有量にもよるが通常99:1〜
1:99程度の範囲であり、界面面積を大きくする点で
この容積比は好ましくは90:10〜10:90、更に
好ましくは80:20〜20:80である。上記の抽出
有機相は有機溶媒を含有していてもよいが、該抽出有機
相における脂溶性表面修飾分子の含有量は、抽出する半
導体ナノ結晶及び/又はその前駆体の表面を被覆してこ
れを脂溶性とするに十分な量が必要である。具体的に
は、抽出有機相中の重量百分率として通常1〜100
%、抽出力の点で好ましくは10〜100%、更に好ま
しくは20〜100%である。
The volume ratio of the hydrosol phase to the extracted organic phase in the second step depends on the content of the semiconductor nanocrystals and / or the precursor thereof in the hydrosol, but is usually 99: 1 to 1.
The volume ratio is in the range of about 1:99, and the volume ratio is preferably 90:10 to 10:90, and more preferably 80:20 to 20:80 from the viewpoint of increasing the interface area. The extracted organic phase may contain an organic solvent, but the content of the lipophilic surface-modifying molecule in the extracted organic phase is such that the surface of the semiconductor nanocrystal to be extracted and / or its precursor is coated Sufficient amount to make the oil soluble. Specifically, it is usually 1 to 100 as a weight percentage in the extracted organic phase.
%, In terms of extraction power, it is preferably 10 to 100%, and more preferably 20 to 100%.

【0033】上記の抽出有機相が含有してもよい有機溶
媒は水と均一に混和しない相を形成可能なものであれば
制限はなく、具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタ
ン、オクタン、イソオクタン等のアルカン類、塩化メチ
レン、クロロホルム、ジクロロエタン等のハロゲン化脂
肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素類、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、
ブロモベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ジエ
チルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル類、酢酸
メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、ヘキ
サノールやオクタノール等の高級アルコール類等が例示
される。これらのうちでヘキサン、ヘプタン、オクタ
ン、イソオクタン等のアルカン類、トルエンやキシレン
等の芳香族炭化水素類、クロロベンゼン等のハロゲン化
芳香族炭化水素類は化学的安定性、揮発性が高すぎずか
つ除去しやすい沸点及び非親水性の点で好ましく、中で
もトルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類及びクロロ
ベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類は溶解力の点
で更に好ましい。
The organic solvent that may be contained in the above extracted organic phase is not limited as long as it can form a phase that is not uniformly miscible with water. Specifically, pentane, hexane, heptane, octane, isooctane. Alkanes such as methylene chloride, chloroform, dichloroethane and other halogenated aliphatic hydrocarbons, benzene, toluene, xylene and other aromatic hydrocarbons, chlorobenzene, dichlorobenzene, etc.
Examples thereof include halogenated aromatic hydrocarbons such as bromobenzene, ethers such as diethyl ether and dibutyl ether, esters such as methyl acetate, ethyl acetate and butyl acetate, and higher alcohols such as hexanol and octanol. Of these, alkanes such as hexane, heptane, octane, and isooctane, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene are not too high in chemical stability and volatility. It is preferable in terms of boiling point and non-hydrophilicity that are easily removed, and among them, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene and halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene are more preferable in terms of solubility.

【0034】本第2工程における抽出温度は通常0〜1
00℃であり、抽出有機相の溶解力の点で該下限値は好
ましくは10℃、更に好ましくは20℃であり、ヒドロ
ゾルや抽出有機相の溶媒揮散を抑制する目的で該上限値
は好ましくは90℃、更に好ましくは80℃である。一
方、本第2工程における抽出時間に制限はないが、通常
0.5〜1500分であり、抽出収率の点で該下限値は
好ましくは1分、更に好ましくは10分であり、抽出速
度の点で該上限値は好ましくは1000分、更に好まし
くは500分である。
The extraction temperature in the second step is usually 0 to 1
The temperature is 00 ° C., and the lower limit is preferably 10 ° C., more preferably 20 ° C. from the viewpoint of the dissolving power of the extracted organic phase, and the upper limit is preferably for the purpose of suppressing solvent volatilization of the hydrosol or the extracted organic phase. 90 ° C., more preferably 80 ° C. On the other hand, there is no limitation on the extraction time in the second step, but it is usually 0.5 to 1500 minutes, and in view of the extraction yield, the lower limit value is preferably 1 minute, more preferably 10 minutes. In this respect, the upper limit value is preferably 1000 minutes, more preferably 500 minutes.

【0035】本第2工程は、半導体ナノ結晶及び/又は
その前駆体や有機物の酸化等の変性を防ぐ目的で窒素や
アルゴン等の不活性気体雰囲気下で行うことが好ましい
場合があり、必要に応じて遮光してもよい。 (3)第3工程 第2工程において抽出有機相に抽出された半導体ナノ結
晶及び/又はその前駆体を必要に応じて加熱する工程で
ある。本第3工程において加熱を受ける半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体を含有する有機相を以下「被加熱
有機相」という。この工程の主目的は該加熱により半導
体ナノ結晶を生成させること及び/又はその結晶性を向
上させることにあるが、副次的な効果として半導体ナノ
結晶及び/又はその前駆体の数平均粒径の増大がある場
合がある。本第3工程においては、上記抽出有機相をそ
のまま被加熱有機相としてもよいが、高い加熱温度を達
成する目的で比較的低い沸点の有機溶媒をあらかじめ蒸
留等により除去して被加熱有機相としてもよく、これら
いずれの場合においても所定温度での加熱還流による温
度制御等を目的として新しい溶媒を加えてもよい。
In some cases, it is preferable to carry out the second step in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon for the purpose of preventing denaturation such as oxidation of semiconductor nanocrystals and / or their precursors and organic substances. Depending on the situation, light may be shielded. (3) Third step This is a step of heating the semiconductor nanocrystals and / or their precursors extracted in the extraction organic phase in the second step, if necessary. The organic phase containing the semiconductor nanocrystals and / or the precursor thereof that is heated in the third step is hereinafter referred to as “heated organic phase”. The main purpose of this step is to generate semiconductor nanocrystals by heating and / or to improve the crystallinity thereof, but as a secondary effect, the number average particle size of the semiconductor nanocrystals and / or their precursors. There may be an increase in In the third step, the extracted organic phase may be used as the heated organic phase as it is, but an organic solvent having a relatively low boiling point is removed in advance by distillation or the like as the heated organic phase for the purpose of achieving a high heating temperature. In any of these cases, a new solvent may be added for the purpose of temperature control by heating under reflux at a predetermined temperature.

【0036】本第3工程における被加熱有機相の温度
は、通常150〜400℃である。半導体ナノ結晶及び
/又はその前駆体の結晶性の向上の点で該下限値は好ま
しくは180℃、更に好ましくは200℃であり、一方
脂溶性表面修飾分子や溶媒等の有機物の熱分解等による
変性を抑制する点で該上限値は好ましくは380℃、更
に好ましくは350℃である。
The temperature of the organic phase to be heated in the third step is usually 150 to 400 ° C. In terms of improving the crystallinity of the semiconductor nanocrystals and / or their precursors, the lower limit is preferably 180 ° C., more preferably 200 ° C., on the other hand, due to thermal decomposition of organic substances such as fat-soluble surface modification molecules and solvents. The upper limit is preferably 380 ° C., and more preferably 350 ° C. from the viewpoint of suppressing denaturation.

【0037】本第3工程の加熱を、窒素やアルゴン等の
不活性気体の雰囲気下で行うことが好ましい。これは、
加熱による有機物の酸化劣化等の変性を防止するためで
ある。本発明における不活性気体雰囲気とは、酸素ガス
濃度が通常1%未満、好ましくは0.1%未満、更に好
ましくは0.05%未満である上記の不活性気体の雰囲
気を意味する。
The heating in the third step is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon. this is,
This is to prevent denaturation such as oxidative deterioration of organic substances due to heating. The inert gas atmosphere in the present invention means an atmosphere of the above-mentioned inert gas having an oxygen gas concentration of usually less than 1%, preferably less than 0.1%, more preferably less than 0.05%.

【0038】本第3工程を経て生成した半導体ナノ結晶
及び/又はその前駆体は、通常、前記第2工程でその表
面に結合した脂溶性表面修飾分子を保持した半導体ナノ
粒子の状態で存在しており、これを単離するための後処
理として例えば貧溶媒(例えば水を含有していてもよい
メタノール等のアルコール類)への被加熱有機相の注入
による該半導体ナノ粒子の析出沈殿操作を行ってもよ
い。
The semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof produced through the third step are usually present in the state of semiconductor nanoparticles having the lipid-soluble surface-modifying molecules bound to the surface thereof in the second step. As a post-treatment for isolating this, for example, a precipitation-precipitation operation of the semiconductor nanoparticles by injecting the heated organic phase into a poor solvent (for example, alcohols such as methanol which may contain water) is carried out. You can go.

【0039】[0039]

【実施例】以下、実施例により本発明の具体的態様を更
に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り、これらの実施例によって限定されるものではない。 [測定装置] (1)透過型電子顕微鏡(TEM):日立製作所製、H
−9000UHR型透過電子顕微鏡(加速電圧300k
V、観察時の真空度約7.6×10-9Torr)。 (2)発光スペクトル:日立製作所製のF2500分光
蛍光光度計。 (3)吸収スペクトル:ヒューレットパッカード社製H
P8453型紫外・可視吸光光度計。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded. [Measuring device] (1) Transmission electron microscope (TEM): H manufactured by Hitachi, Ltd.
-9000UHR transmission electron microscope (accelerating voltage 300k
V, the degree of vacuum during observation is about 7.6 × 10 -9 Torr). (2) Emission spectrum: F2500 spectrofluorimeter made by Hitachi Ltd. (3) Absorption spectrum: Hewlett-Packard H
P8453 UV / Visible absorptiometer.

【0040】[ヒドロゾルの合成例] 合成例1:水和酸化鉄を含有するヒドロゾル 硝酸鉄(III)9水和物(4.03g)を室温で水(1
0mL)に溶解し、攪拌しながら水酸化ナトリウムの
2.5規定濃度水溶液(10mL)を25分かけて滴下
した。更に室温で攪拌を継続して、pHが1.68で濃
いワインレッド色を有するヒドロゾルを得た。
[Synthesis Example of Hydrosol] Synthesis Example 1: Hydrosol iron (III) nitrate nonahydrate (4.03 g) containing hydrated iron oxide was added to water (1) at room temperature.
0 mL), and a 2.5 N aqueous solution of sodium hydroxide (10 mL) was added dropwise with stirring over 25 minutes. Further, stirring was continued at room temperature to obtain a hydrosol having a pH of 1.68 and a dark wine red color.

【0041】合成例2:酸化チタンナノ結晶を含有する
ヒドロゾル 0.1モル/Lの濃度の塩化チタニル水溶液を攪拌しな
がら、同容量の1.5モル/Lの濃度の炭酸ナトリウム
水溶液を室温で25分かけて滴下した。こうして得た白
色の超微粒子の懸濁液を、遠心分離(4000rp
m)、上澄み液のデカンテーションによる除去及び水洗
の3工程をこの順に繰り返す操作により精製した。但
し、該精製は、上澄み液に水酸化バリウム水溶液を加え
ても硫酸バリウムの白色の濁りが目視観察されなくなる
まで行った。こうして得た白色沈殿を0.3モル/Lの
濃度の希塩酸中に攪拌分散しながら60℃で約1時間加
熱して透明感のある酸性のヒドロゾルを得た。このヒド
ロゾルを氷冷し、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム(略称DBS)の水溶液(0.05モル/L濃度)を
加えたところ白色沈殿を生じたので、これをトルエンで
抽出し濃縮した。この濃縮残渣のTEM観察より、上記
酸化チタンヒドロゾルに含有されている酸化チタンナノ
結晶は数平均粒径が5nmであることがわかった。ま
た、X線回折スペクトルよりアナタース型結晶を主体と
する酸化チタン結晶であることがわかった。
Synthesis Example 2: Hydrosol containing titanium oxide nanocrystals While stirring an aqueous solution of titanyl chloride having a concentration of 0.1 mol / L, the same volume of an aqueous solution of sodium carbonate having a concentration of 1.5 mol / L was used at room temperature for 25 hours. It dripped over minutes. The suspension of white ultrafine particles thus obtained was centrifuged (4000 rp).
m), removal of the supernatant by decantation and washing with water were repeated in this order for purification. However, the purification was carried out until the white turbidity of barium sulfate was not visually observed even if an aqueous barium hydroxide solution was added to the supernatant. The white precipitate thus obtained was stirred and dispersed in dilute hydrochloric acid having a concentration of 0.3 mol / L and heated at 60 ° C. for about 1 hour to obtain a transparent acidic hydrosol. This hydrosol was ice-cooled, and an aqueous solution of sodium dodecylbenzenesulfonate (abbreviated as DBS) (concentration of 0.05 mol / L) was added. As a white precipitate was produced, this was extracted with toluene and concentrated. From the TEM observation of this concentrated residue, it was found that the titanium oxide nanocrystals contained in the titanium oxide hydrosol had a number average particle diameter of 5 nm. Further, it was found from the X-ray diffraction spectrum that the titanium oxide crystals were mainly anatase type crystals.

【0042】[半導体ナノ粒子の製造例] 実施例1:マグネタイトナノ粒子 合成例1で得たワインレッド色を有するヒドロゾル(1
2mL)に、ヘキサデシルアミン(1.465g)をト
ルエン(15mL)に溶解したものを加え、室温で激し
く攪拌した。静置して分液した有機相を濃縮し、真空乾
燥して茶褐色の固体(1.19g)を得た。この茶褐色
の固体(512.8mg)を ヘキサデシルアミン
(8.10g)とともにガラス容器中において100℃
で攪拌しながら真空乾燥し、次いで大気圧の乾燥アルゴ
ン雰囲気下とした。反応液を液温324℃において約1
時間加熱したところ液色は黒色となったので空冷し、反
応液が固化する前にメタノール(20mL)中に注いで
10分間攪拌して固体を析出させた。該析出物は遠心分
離(3000rpm)して沈降させ、上澄み液を除去し
たものにトルエン(3mL)を加えて再溶解させた。こ
の再溶解液を再びメタノール(20mL)中に注いで1
0分間攪拌して固体を析出させ、該析出物は遠心分離
(3000rpm)して沈降させ上澄み液を除去した。
こうして得た精製された沈降物を真空乾燥して黒色粉末
(32mg)を得た。この黒色粉末のX線回折スペクト
ル(図1に示す)よりマグネタイトのナノ結晶を主体と
するナノ粒子であることがわかった。また、TEM観察
によりマグネタイト結晶の数平均粒径が約6nmである
ことがわかった。
[Production Example of Semiconductor Nanoparticles] Example 1: Magnetite Nanoparticles The wine red-colored hydrosol (1 obtained in Synthesis Example 1)
Hexadecylamine (1.465 g) dissolved in toluene (15 mL) was added to 2 mL), and the mixture was vigorously stirred at room temperature. The organic phase separated by standing was concentrated and dried in vacuum to obtain a brown solid (1.19 g). This brown solid (512.8 mg) was mixed with hexadecylamine (8.10 g) in a glass container at 100 ° C.
The mixture was vacuum dried with stirring at, and then placed under a dry argon atmosphere at atmospheric pressure. The reaction solution is approximately 1
When heated for a period of time, the liquid color became black, so it was cooled by air, poured into methanol (20 mL) before the reaction liquid solidified, and stirred for 10 minutes to precipitate a solid. The precipitate was separated by centrifugation (3000 rpm), the supernatant was removed, and toluene (3 mL) was added to redissolve the precipitate. Pour the redissolved solution back into methanol (20 mL) 1
A solid was precipitated by stirring for 0 minutes, and the precipitate was centrifuged (3000 rpm) to settle to remove the supernatant.
The purified precipitate thus obtained was vacuum dried to obtain a black powder (32 mg). From the X-ray diffraction spectrum (shown in FIG. 1) of this black powder, it was found that the particles were mainly composed of magnetite nanocrystals. Further, it was found by TEM observation that the number average particle size of the magnetite crystals was about 6 nm.

【0043】実施例1で得たこのマグネタイトナノ粒子
はトルエンに再溶解可能であり、目視で全く濁りのない
透明な溶液を与えることから、ナノ粒子として分散して
いるものと考えられた。また、かかるトルエン溶液にポ
リメチルメタクリレートを溶解しガラス板上にスピンコ
ーティングすると透明な塗膜を与えるので、上記マグネ
タイトナノ粒子はアクリル樹脂等の有機樹脂への分散性
にも優れるものである。
Since the magnetite nanoparticles obtained in Example 1 were re-dissolvable in toluene and gave a transparent solution with no turbidity by visual observation, it was considered that they were dispersed as nanoparticles. Further, when polymethylmethacrylate is dissolved in such a toluene solution and spin-coated on a glass plate to give a transparent coating film, the magnetite nanoparticles are excellent in dispersibility in an organic resin such as an acrylic resin.

【0044】実施例2:酸化チタンナノ粒子 合成例2で得た酸性のヒドロゾルに、オクチルホスホン
酸又はテトラデシルホスホン酸を含有するトルエンを加
えて激しく攪拌し、これを静置して得る有機相を分液し
て濃縮して残渣を得る。この残渣を褐色ガラスフラスコ
中でテトラデシルホスホン酸に再分散し、実施例1と同
様の手順で乾燥アルゴン雰囲気下として加熱すること
で、結晶性の向上した酸化チタンナノ粒子を得る。
Example 2 Titanium Oxide Nanoparticles To the acidic hydrosol obtained in Synthesis Example 2, was added toluene containing octylphosphonic acid or tetradecylphosphonic acid, and the mixture was vigorously stirred, and the organic phase obtained by allowing this to stand was obtained. The layers are separated and concentrated to give a residue. The residue is redispersed in tetradecylphosphonic acid in a brown glass flask and heated in a dry argon atmosphere in the same procedure as in Example 1 to obtain titanium oxide nanoparticles with improved crystallinity.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の製造方法は、半導体ナノ結晶の
簡便な液相合成法であるヒドロゾル法を利用しながら、
高い結晶性とナノ分散性とを兼ね備える半導体ナノ粒子
を与えることができる。本発明の製造方法により、有機
マトリクス(例えば有機溶媒や樹脂等)への分散性に優
れた半導体ナノ粒子を、安価かつ化学的安定性に優れた
塩類を原料として有利に得ることができる。
The production method of the present invention utilizes the hydrosol method, which is a simple liquid phase synthesis method for semiconductor nanocrystals,
Semiconductor nanoparticles having both high crystallinity and nanodispersion can be provided. According to the production method of the present invention, semiconductor nanoparticles having excellent dispersibility in an organic matrix (for example, organic solvent, resin, etc.) can be advantageously obtained from inexpensive salts having excellent chemical stability as raw materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1において得たマグネタイトナノ粒子の
X線回折スペクトル図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction spectrum diagram of magnetite nanoparticles obtained in Example 1.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体を
含有するヒドロゾルを生成させる第1工程、及び該半導
体ナノ結晶及び/又はその前駆体への結合性を有する脂
溶性表面修飾分子を含有する有機相と該ヒドロゾルとを
接触させて該半導体ナノ結晶及び/又はその前駆体を有
機相へ抽出する第2工程を含むことを特徴とする半導体
ナノ粒子の製造方法。
1. A first step for producing a hydrosol containing semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof, and a lipophilic surface-modifying molecule having binding properties to the semiconductor nanocrystals and / or precursors thereof. A method for producing semiconductor nanoparticles, comprising a second step of bringing the organic phase and the hydrosol into contact with each other to extract the semiconductor nanocrystal and / or a precursor thereof into the organic phase.
【請求項2】 脂溶性表面修飾分子が、メルカプト基、
ジスルフィド基、アミノ基、ピリジン環、アミド結合、
カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、ホスフ
ィン酸基、ホスフィン基及びホスフィンオキシド基から
なる群から選ばれた少なくとも一つの結合生成官能基を
有するものである、請求項1に記載の半導体ナノ粒子の
製造方法。
2. The lipophilic surface-modifying molecule is a mercapto group,
Disulfide group, amino group, pyridine ring, amide bond,
The semiconductor nanoparticle according to claim 1, which has at least one bond-forming functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, a phosphinic acid group, a phosphine group, and a phosphine oxide group. Manufacturing method.
【請求項3】 脂溶性表面修飾分子の分子量が150〜
500である、請求項1又は2に記載の半導体ナノ粒子
の製造方法。
3. The molecular weight of the lipophilic surface-modifying molecule is 150 to
The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 1, wherein the method is 500.
【請求項4】 第2工程で得られた半導体ナノ結晶及び
/又はその前駆体を含有する有機相を150〜400℃
に加熱する第3工程を含む、請求項1〜3のいずれかに
記載の半導体ナノ粒子の製造方法。
4. The organic phase containing the semiconductor nanocrystals and / or their precursors obtained in the second step is heated to 150 to 400 ° C.
The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 1, further comprising a third step of heating the semiconductor nanoparticles.
【請求項5】 第3工程における加熱を不活性気体雰囲
気下で行う、請求項4に記載の半導体ナノ粒子の製造方
法。
5. The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 4, wherein the heating in the third step is performed in an inert gas atmosphere.
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