JP2006096651A - Method for manufacturing inorganic oxide material, inorganic oxide material, and carbon-metal compound oxide material - Google Patents

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大塚  潔
Takeshi Takenaka
竹中  壮
Hitoshi Ogiwara
仁志 荻原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a silica nanotube or an inorganic oxide nano material other than silica in a diversity of shapes, and to provide a new composite material using it. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the inorganic oxide material, a substrate structure obtained by comprising a step of depositing an inorganic oxide precursor on a substrate, a step of making the inorganic oxide precursor into the inorganic oxide, and a step of oxidation removal of the substrate is used as a template. The inorganic oxide material can have a hexagonal cross-sectional shape, and can carry a metal selected from among Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, Ca, or mixtures of them. Furthermore, a carbon-inorganic oxide composite material containing carbon nanofiber attached to at least the inside wall or the outside wall of the inorganic oxide material can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ナノサイズの無機酸化物材料の新規な製造方法、該方法により製造される新規な形態を有する無機酸化物材料および炭素−無機酸化物複合材料に関する。   The present invention relates to a novel method for producing a nano-sized inorganic oxide material, an inorganic oxide material having a novel form produced by the method, and a carbon-inorganic oxide composite material.

カーボンナノチューブの発見以来、ナノチューブ構造を有する種々の材料の合成・応用が検討されている。その中でも、テンプレート法は代表的なシリカナノチューブの合成方法である。この方法は一般に、4級アンモニウム界面活性剤等の有機物をテンプレート材料として用い、アルコキシシランなどを原料ゾルとして、ゾルゲル法による合成(特許文献1)、あるいは、カーボンナノチューブ、陽極酸化アルミナなどのテンプレート上でテトラエトキシシラン等の加水分解を行うことにより合成されてきた(非特許文献1)。   Since the discovery of carbon nanotubes, synthesis and application of various materials having a nanotube structure have been studied. Among them, the template method is a typical method for synthesizing silica nanotubes. In general, this method uses an organic substance such as a quaternary ammonium surfactant as a template material, and alkoxysilane or the like as a raw material sol and is synthesized by a sol-gel method (Patent Document 1) or on a template such as a carbon nanotube or anodized alumina. Has been synthesized by hydrolyzing tetraethoxysilane or the like (Non-patent Document 1).

しかしながら、これらのテンプレートには、(1)テンプレートの形状が一様であるため、生成するシリカナノチューブの形状に多様性が無い、(2)テンプレートのコストが高い、等といった問題点がある。また、シリカナノチューブ合成の報告は多数なされているものの、その応用例は極めて少なく、ナノスケールサイズの中空構造を持つシリカナノチューブやシリカ以外の無機酸化物ナノ材料の応用が期待されているが、例えば、シリカナノチューブやシリカ以外の無機酸化物ナノ材料の外壁あるいは内壁のみに金属粒子を担持した新規材料系などは知られていない。   However, these templates have problems such as (1) since the shape of the template is uniform, there is no diversity in the shape of the generated silica nanotubes, and (2) the cost of the template is high. Although there have been many reports on the synthesis of silica nanotubes, there are very few examples of their application, and the application of inorganic nanotubes other than silica nanotubes and silica with nanoscale hollow structures is expected. In addition, a novel material system in which metal particles are supported only on the outer wall or inner wall of an inorganic oxide nanomaterial other than silica nanotube or silica is not known.

さらに、これら新規材料系を利用して、シリカナノチューブやシリカ以外の無機酸化物ナノ材料の外壁あるいは内壁のみに付着した枝状のカーボンナノファイバーを作製することが可能になれば、新規な触媒材料、環境浄化材料、電子放射材料、電磁波吸収体等への応用が期待されるが、このような複合系材料は現在までに提案されていない。一方、本発明者等は、従来から金属触媒上での炭化水素分解によるナノサイズの直径を持つカーボンナノファイバー(以下CNF)の合成を検討してきている(非特許文献2)。これらCNFは安価な金属Ni触媒、メタン等を用いて、500℃程度の低温で得られることが特徴である。さらに、反応条件等を制御することによって、種々の形状を持つCNFを合成可能であることが見出されている。また、これまで、ナノサイズの無機酸化物材料への担持を、高度に制御する手法は、開発されておらず、金属の担持性を制御することにより、特異的な反応を生起させることができる新規なナノサイズの触媒等としての応用が期待される。   Further, if it becomes possible to produce branched carbon nanofibers attached only to the outer wall or inner wall of silica nanotubes or inorganic oxide nanomaterials other than silica using these new material systems, a novel catalyst material Application to environmental purification materials, electron emission materials, electromagnetic wave absorbers, etc. is expected, but no such composite materials have been proposed to date. On the other hand, the present inventors have conventionally studied synthesis of carbon nanofibers (hereinafter referred to as CNF) having a nano-sized diameter by hydrocarbon decomposition on a metal catalyst (Non-patent Document 2). These CNFs are characterized by being obtained at a low temperature of about 500 ° C. using an inexpensive metal Ni catalyst, methane or the like. Furthermore, it has been found that CNFs having various shapes can be synthesized by controlling reaction conditions and the like. In addition, until now, a method for highly controlling the loading on the nano-sized inorganic oxide material has not been developed, and a specific reaction can be caused by controlling the loading of the metal. Application as a novel nano-sized catalyst is expected.

特開2000−256007号公報JP 2000-256007 A Mitchell等、J.Am.Chem.Soc.2002、124、11864.Mitchell et al., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11864. S.Takenaka、S.Kobayashi、H.Ogihara、and K.Otsuka J. Catal.217(2003)79.S. Takenaka, S. Kobayashi, H.H. Ogihara, and K. Otsuka J. Catal. 217 (2003) 79.

本発明は上述した従来技術に鑑みてなされたものであり、より一般的には、新規な形態性を有する無機酸化物材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and more generally, an object thereof is to provide an inorganic oxide material having a novel morphology.

また、本発明の他の目的は、炭化水素分解から生成したCNFをテンプレートに用いてシリカナノチューブなどの中空な構造を有する無機酸化物を作製することにより、従来技術に示した問題点(1)、(2)を解決することを目的とする。   Another object of the present invention is to produce an inorganic oxide having a hollow structure such as a silica nanotube by using CNF generated from hydrocarbon decomposition as a template, and thus the problems (1) shown in the prior art. The object is to solve (2).

また、本発明のさらに他の目的は、上記CNFをテンプレート材料として作製したシリカナノチューブやシリカ以外の無機酸化物材料に、無機酸化物材料の内壁あるいは外壁に金属粒子を担持させた新規な無機酸化物材料を提供することにある。   Further, another object of the present invention is to provide a novel inorganic oxide in which metal particles are supported on the inner wall or the outer wall of an inorganic oxide material on silica nanotubes prepared using the CNF as a template material or an inorganic oxide material other than silica. It is to provide material.

また、本発明のさらに他の目的は、上記金属粒子を担持した無機酸化物材料に対して、金属粒子を担持させ、該金属粒子を担時したシリカナノチューブ等の外壁あるいは内壁から枝状のCNFを含む炭素−無機酸化物複合材料を提供することにある。   Still another object of the present invention is to support the inorganic oxide material supporting the metal particles by supporting the metal particles, and branching CNF from the outer wall or inner wall of the silica nanotube or the like supporting the metal particles. It is providing the carbon-inorganic oxide composite material containing this.

本発明は、酸化除去可能なカーボンナノファイバーを基体として使用することによりカーボンナノファイバーをテンプレートとして耐酸化性を有する材料、好適には無機酸化物材料を成長させることにより新規な形態特性を有する材料を提供することができるという着想に基づいてなされたものである。   The present invention relates to a material having oxidation resistance by using carbon nanofibers that can be removed by oxidation as a substrate, and a material having novel morphological characteristics, preferably by growing an inorganic oxide material. It was made based on the idea that it can be provided.

本発明により製造される無機酸化物材料は、高いアスペクト比を有しており、また中空構造を備えている。このため、内壁・外壁のいずれかまたは両方に金属粒子を担持させることが可能であり、また本発明により内壁または外壁に対する金属付着を制御することが可能となる。   The inorganic oxide material produced according to the present invention has a high aspect ratio and has a hollow structure. For this reason, it is possible to carry metal particles on either or both of the inner wall and the outer wall, and it is possible to control the metal adhesion to the inner wall or the outer wall according to the present invention.

そして、無機酸化物材料には、さらに高いアスペクト比のカーボンナノファイバーといった微細構造を成長させることができ、より高次の形態制御が可能となる。   In addition, a fine structure such as a carbon nanofiber having a higher aspect ratio can be grown on the inorganic oxide material, and higher-order form control becomes possible.

本発明では、例えばシリカナノチューブは、炭素水素の接触的分解で生成させた1〜100nmのカーボンナノファイバー(CNF)をテンプレートとして用い、このCNFとテトラエトキシシラン(TEOS)等の有機ケイ素化合物を混合させ、これをアルゴン等の流通下で加熱後、空気焼成によりCNFを除去することより、1〜600nmのシリカナノチューブが得られることにより達成される。   In the present invention, for example, silica nanotubes are prepared by using carbon nanofibers (CNF) of 1 to 100 nm generated by catalytic decomposition of carbon hydrogen as templates, and mixing these CNFs and organosilicon compounds such as tetraethoxysilane (TEOS). This is achieved by obtaining silica nanotubes having a wavelength of 1 to 600 nm by removing CNF by air baking after heating under a flow of argon or the like.

また、シリカ以外の中空な無機酸化物材料としては、例えば、チタンアルコキシドやジルコニウムアルコキシドの加水分解によって得られたゾル溶液にCNFを浸漬して混合し、ろ過・洗浄後、上記と同様に空気焼成によりCNFを除去することにより、中空な酸化チタン材料や酸化ジルコニウム材料とすることができる。   In addition, as a hollow inorganic oxide material other than silica, for example, CNF is immersed and mixed in a sol solution obtained by hydrolysis of titanium alkoxide or zirconium alkoxide, and after filtration and washing, air firing is performed in the same manner as described above. By removing CNF by this, a hollow titanium oxide material or zirconium oxide material can be obtained.

また本発明では、例えば、シリカナノチューブの内壁に鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、白金等から選択された金属粒子を内包した無機酸化物材料は、本発明にしたがい製造された無機酸化物材料を金属塩水溶液中に浸漬する。続いて試料を吸引濾過する際に、洗浄処理を施し、乾固した試料を水素等で還元後、空気焼成を行うことにより達成される。   In the present invention, for example, an inorganic oxide material in which metal particles selected from iron, cobalt, nickel, platinum, palladium, platinum, and the like are included in the inner wall of a silica nanotube is an inorganic oxide material manufactured according to the present invention. Is immersed in an aqueous metal salt solution. Subsequently, when the sample is subjected to suction filtration, the sample is subjected to a washing treatment, and the dried sample is reduced with hydrogen or the like and then air baked.

また、無機酸化物材料の外壁に金属を担持させるためには、上記金属塩水溶液中に、無機酸化物材料で被覆したCNFを入れ、加熱・攪拌し、乾固した試料を水素等で還元後、空気焼成を施し、CNFを除去して、外壁のみに金属が担持させることにより製造される。   In order to support the metal on the outer wall of the inorganic oxide material, CNF coated with the inorganic oxide material is placed in the aqueous metal salt solution, heated and stirred, and the dried sample is reduced with hydrogen or the like. It is manufactured by performing air firing, removing CNF, and supporting the metal only on the outer wall.

さらに本発明によれば、内壁または外壁に金属を担持した無機酸化物材料を固定床流通式反応装置に設置し、高温でメタン等の炭化水素を所定の時間流通させて、炭化水素を接触分解させることで、外壁あるいは内壁からCNFを成長させた炭素−無機酸化物複合材料が提供される。   Furthermore, according to the present invention, an inorganic oxide material carrying a metal on the inner wall or the outer wall is installed in a fixed bed flow type reactor, and hydrocarbons such as methane are allowed to flow for a predetermined time at a high temperature to catalytically decompose the hydrocarbons. By doing so, a carbon-inorganic oxide composite material in which CNF is grown from the outer wall or the inner wall is provided.

すなわち、本発明によれば、
中実な基体に無機酸化物前駆体を付着させる段階と、
前記無機酸化物前駆体を無機酸化物とする段階と、
前記基体を酸化除去する段階と
を含む前記基体の構造をテンプレートとする中空な無機酸化物材料の製造方法が提供できる。
That is, according to the present invention,
Attaching an inorganic oxide precursor to a solid substrate;
Converting the inorganic oxide precursor to an inorganic oxide;
And a step of oxidizing and removing the substrate. A method for producing a hollow inorganic oxide material using the structure of the substrate as a template can be provided.

本発明では、前記基体は、炭素質材料とすることができる。本発明の前記炭素質材料は、1〜600nmの高アスペクト比を有する材料とすることができる。前記基体は、カーボンナノファイバーとすることが好ましい。また、前記基体に前記無機酸化物前駆体を付着させる段階は、前記無機酸化物前駆体を、前記基体に担持させる段階を含むことができる。さらに、前記無機酸化物材料は、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Pd、V、Sn、Ti、Fe、Co、Cr、Nb、Mo、Ca、またはこれらの混合物から選択される金属を担持することができる。   In the present invention, the substrate may be a carbonaceous material. The carbonaceous material of the present invention can be a material having a high aspect ratio of 1 to 600 nm. The substrate is preferably a carbon nanofiber. Further, the step of attaching the inorganic oxide precursor to the substrate may include the step of supporting the inorganic oxide precursor on the substrate. Further, the inorganic oxide material is selected from Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, Ca, or a mixture thereof. Metal can be supported.

本発明の第2の構成によれば、1〜600nmのサイズであり、高アスペクト比を有する中空構造の無機酸化物材料が提供される。本発明では、前記無機酸化物材料は、断面形状がヘキサゴナル形状を有することができる。本発明では、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Pd、V、Sn、Ti、Fe、Co、Cr、Nb、Mo、Caからなる群から選択される金属またはこれらの混合物から選択される金属を担持することができる。   According to the second configuration of the present invention, a hollow structure inorganic oxide material having a size of 1 to 600 nm and a high aspect ratio is provided. In the present invention, the inorganic oxide material may have a hexagonal cross section. In the present invention, a metal selected from the group consisting of Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, and Ca, or a mixture thereof. The selected metal can be supported.

本発明の第3の構成では、上記に記載の無機酸化物材料の、少なくとも内壁または外壁に付着したカーボンナノファイバーを含む、炭素−無機酸化物複合材料が提供できる。   In the third configuration of the present invention, a carbon-inorganic oxide composite material including carbon nanofibers attached to at least an inner wall or an outer wall of the inorganic oxide material described above can be provided.

本発明によればナノスケールで形態制御が達成され、金属などの担持制御を行うことができ、さらに、外壁または内壁にカーボンナノファイバーが付着した新規な形態性を有する無機酸化物材料の製造方法、無機酸化物材料、および炭素−無機酸化物複合材料を提供することができる。   According to the present invention, shape control can be achieved on a nano scale, metal loading control can be performed, and a method for producing an inorganic oxide material having a novel morphology with carbon nanofibers attached to the outer wall or inner wall Inorganic oxide materials and carbon-inorganic oxide composite materials can be provided.

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
[テンプレートの作成]
[カーボンナノファイバー製造用触媒]
本発明においてテンプレート(基体)は、中実で、酸化により除去することができる、炭素質系の基体を使用することができる。このような基体としては、カーボンブラック、カーボンファイバー、またはカーボンナノファイバーなどを挙げることができるが、特異的な形態性および内壁または外壁を効果的に生成させる観点からは、カーボンナノファイバー(以下CNFをとして参照する。)を使用することが好ましい。使用されるCNFは、これまでに知られた製造法を用いて製造することができる。より具体的には、CNF製造用触媒の担体としては、炭化水素分解により生成したカーボンファイバー(特開2004−074060号公報)、シリカ、チタニア、Y−型ゼオライト、ジルコニア、マグネシア、アルミナ、酸化ダイアモンド(特開2003−112050号公報)等、従来、公知の担体を使用することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[Create template]
[Carbon nanofiber production catalyst]
In the present invention, a carbonaceous substrate that is solid and can be removed by oxidation can be used as the template (substrate). Examples of such a substrate include carbon black, carbon fiber, or carbon nanofiber. From the viewpoint of effectively producing a specific morphology and an inner wall or an outer wall, carbon nanofiber (hereinafter referred to as CNF). It is preferable to use as The CNF used can be produced using production methods known so far. More specifically, as the carrier for the catalyst for producing CNF, carbon fiber produced by hydrocarbon decomposition (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-074060), silica, titania, Y-type zeolite, zirconia, magnesia, alumina, diamond oxide Conventionally known carriers such as JP-A-2003-112050 can be used.

また、炭化水素分解法により生成するカーボンナノファイバー用触媒としては、特開2004−074060号公報、特開2003−112050号公報に記載の鉄、コバルト、ニッケル等の鉄族金属が好ましく、この中でも高い活性を示すニッケルが特に好ましい。   Moreover, as a catalyst for carbon nanofibers produced by the hydrocarbon decomposition method, iron group metals such as iron, cobalt, and nickel described in JP-A-2004-074060 and JP-A-2003-111050 are preferable. Nickel exhibiting high activity is particularly preferred.

鉄族金属の担持量は、炭化水素の分解において触媒が完全に失活するまでの活性成分1原子あたりのカーボン原子析出量が高いという観点から、触媒全体に対して5〜90質量%が好ましく、10〜70質量%がより好ましく、20〜50質量%がさらに好ましい。   The amount of the iron group metal supported is preferably 5 to 90% by mass with respect to the entire catalyst from the viewpoint that the amount of carbon atom deposition per active component atom until the catalyst is completely deactivated in the decomposition of hydrocarbons is high. 10-70 mass% is more preferable, and 20-50 mass% is further more preferable.

本発明の鉄族金属を担持した触媒の作製は、上述した担体をニッケル、コバルトまたは鉄の鉄族金属塩の溶液に浸漬させる。溶液としては、水溶液や有機溶媒による溶液などを使用することができる。水溶液としては、例えば、硝酸ニッケル水溶液、硝酸コバルト水溶液、硝酸鉄水溶液などを使用することができる。また、有機溶媒としては、例えば、アセトンや、メチルエチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン系溶媒を用いることができる。担体として、表面親水性が高いシリカ等を用いる場合には、水溶液が好ましいが、表面疎水性が高いカーボンファイバー等を用いる場合には、水和した鉄族金属イオンが炭素担体に分散して吸着でき難いため、溶媒に極性の弱いアセトンを用いるとカーボンファイバーの表面がアセトンには良く濡れるため、アセトン溶媒等を用いることがより好ましい。   In the production of the catalyst supporting the iron group metal of the present invention, the above-described support is immersed in a solution of an iron group metal salt of nickel, cobalt, or iron. As the solution, an aqueous solution or a solution using an organic solvent can be used. As the aqueous solution, for example, a nickel nitrate aqueous solution, a cobalt nitrate aqueous solution, an iron nitrate aqueous solution, or the like can be used. As the organic solvent, for example, acetone, ketone solvents such as methyl ethyl ketone and diethyl ketone can be used. When silica or the like having high surface hydrophilicity is used as the carrier, an aqueous solution is preferable. However, when carbon fiber or the like having high surface hydrophobicity is used, hydrated iron group metal ions are dispersed and adsorbed on the carbon carrier. Since it is difficult to do so, it is more preferable to use an acetone solvent or the like because the surface of the carbon fiber is well wetted with acetone when acetone with weak polarity is used as the solvent.

触媒は、担体を鉄族金属塩の溶液に含浸させた後、混合溶液を攪拌しながら(必要に応じて加熱)溶媒を蒸発させて乾燥する。溶液として水溶液を使用した場合、約80℃〜約100℃に加熱して蒸発させることができる。調整した試料に300℃〜500℃程度で水素を流通し、担体上の金属塩を金属に還元する。上述した処理により、鉄族金属の粒子が存在するCNF製造用触媒担体を調製することができる。これらの中でも高い活性を有する点と触媒の再生が容易である点で、Ni/SiO触媒がより好ましい。 The catalyst is impregnated with a solution of an iron group metal salt, and then dried by evaporating the solvent while stirring the mixed solution (heating as necessary). When an aqueous solution is used as the solution, it can be evaporated by heating to about 80 ° C. to about 100 ° C. Hydrogen is passed through the prepared sample at about 300 ° C. to 500 ° C., and the metal salt on the support is reduced to metal. By the above-described treatment, a catalyst carrier for producing CNF in which iron group metal particles are present can be prepared. Among these, a Ni / SiO 2 catalyst is more preferable because it has high activity and the catalyst can be easily regenerated.

担持した鉄族金属の粒子径は、活性が完全に失活するまでの触媒の寿命が長いという観点から、10〜100nm、特に20〜80nmの範囲が好ましい。本発明のCNF製造用触媒上で炭化水素を分解させると、金属の粒子径に対応した径のCNFを成長させることができ、20〜80nmの金属粒子が最も効率良くカーボンナノファイバーを成長させるからである。この範囲外の金属粒子は、CNFをある程度成長させはするものの比較的速やかに失活する。   The particle size of the supported iron group metal is preferably in the range of 10 to 100 nm, particularly 20 to 80 nm, from the viewpoint that the life of the catalyst until the activity is completely deactivated is long. When hydrocarbons are decomposed on the catalyst for producing CNF of the present invention, CNF having a diameter corresponding to the particle diameter of the metal can be grown, and the metal particles of 20 to 80 nm can grow carbon nanofibers most efficiently. It is. The metal particles outside this range are deactivated relatively quickly although CNF is grown to some extent.

[CNFの製造]
本発明で使用するCNFは、上記によって得られたCNF製造用触媒の存在下で炭化水素を、例えば、約400℃〜約600℃に加熱し、炭化水素を分解することにより製造することができる。この場合、CNFの製造と共に水素ガスが発生する。本発明でCNFを製造するために使用することができる炭化水素としては、特に限定されないが、メタン、ヘキサン、オクタン等の炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖の脂肪族炭化水素が好ましい。また、適宜、炭素数1〜10の脂環式炭化水素や芳香族炭化水素も使用することができる。生成したCNFは、例えば濃硝酸水溶液中等に浸し、加熱・攪拌し、CNFを濾過・洗浄後、シリカナノチューブ合成のテンプレートを得ることができる。
[Manufacturing CNF]
The CNF used in the present invention can be produced by decomposing a hydrocarbon by heating the hydrocarbon to about 400 ° C. to about 600 ° C. in the presence of the CNF production catalyst obtained as described above. . In this case, hydrogen gas is generated with the production of CNF. Although it does not specifically limit as hydrocarbon which can be used in order to manufacture CNF by this invention, C1-C10 linear or branched aliphatic hydrocarbons, such as methane, hexane, and octane, are preferable. Moreover, a C1-C10 alicyclic hydrocarbon and aromatic hydrocarbon can also be used suitably. The produced CNF can be immersed in, for example, a concentrated nitric acid aqueous solution, heated and stirred, and after filtering and washing CNF, a template for silica nanotube synthesis can be obtained.

[中空構造を有する無機酸化物材料の製造:シリカナノチューブ]
炭化水素分解で得られたCNFは、一般に表面の疎水性が強く、そのままではシリカナノチューブ合成のテンプレートには利用できない。そこでCNF表面を、水酸基(OH)、カルボキシル基(COOH)等の官能基化することによって親水性表面を有するCNFを作製し、これをシリカナノチューブ合成のテンプレートとすることが出来る。CNF表面を官能基化するためには、従来公知の酸化剤やアルコキシドシラン等による方法が可能である。またこれとは別に、製造されたCNFを濃硝酸水溶液中で加熱・攪拌処理等をし、洗浄・乾燥することによっても後述する無機酸化物前駆体を吸着するサイトを生成させることができる。
[Production of inorganic oxide material having hollow structure: Silica nanotube]
CNF obtained by hydrocarbon decomposition generally has a strong surface hydrophobicity and cannot be used as a template for synthesizing silica nanotubes as it is. Therefore, CNF having a hydrophilic surface can be produced by functionalizing the CNF surface with a hydroxyl group (OH), carboxyl group (COOH) or the like, and this can be used as a template for silica nanotube synthesis. In order to functionalize the CNF surface, a method using a conventionally known oxidizing agent, alkoxide silane, or the like is possible. Separately from this, the produced CNF can be heated / stirred in a concentrated nitric acid aqueous solution, washed and dried to generate a site for adsorbing the inorganic oxide precursor described later.

CNF表面を官能基化したCNFと前述のテトラエトキシシラン等のアルコキシシランをはじめとする有機ケイ素化合物を飽和水蒸気雰囲気中等でアルコキシシランや金属アルコキシ化合物を攪拌し、該アルコキシ化合物等の加水分解を行い、ろ過、乾燥した試料をAr等の不活性雰囲気中で熱処理した後に、空気焼成することによりCNFを除去することにより、シリカナノチューブを得ることができる。空気焼成の温度としては、400℃〜1000℃の範囲が好ましい。   CNF with functionalized CNF surface and organosilicon compounds including alkoxysilanes such as tetraethoxysilane mentioned above are stirred in a saturated water vapor atmosphere and the alkoxysilanes and metal alkoxy compounds are stirred to hydrolyze the alkoxy compounds. Silica nanotubes can be obtained by heat treating the filtered and dried sample in an inert atmosphere such as Ar and then removing CNF by firing with air. The air baking temperature is preferably in the range of 400 ° C to 1000 ° C.

また、本発明で製造することができる中空な無機酸化物材料は、数100〜数1000nmの長さを有し、外径が、約1〜600nmの範囲であり、そのアスペクト比が、約10〜数100の範囲とすることができる。   In addition, the hollow inorganic oxide material that can be produced in the present invention has a length of several hundred to several thousand nm, an outer diameter in a range of about 1 to 600 nm, and an aspect ratio of about 10 It can be made into the range of-several hundred.

[中空構造を有する無機酸化物材料の製造:酸化チタンナノチューブおよび酸化ジルコニウムナノチューブ]
無機酸化物前駆体として、他の金属アルコキシド、金属石鹸など有機金属化合物を使用することにより、本発明では目的とする元素を含む無機酸化物材料を製造することができる。例えば、本発明において、チタンアルコキシドあるいはジルコニウムアルコキシドを加水分解することによって、酸化チタンあるいは酸化ジルコニウムのゾル溶液を得ることができる。この酸化物ゾル溶液にCNFを浸漬し、CNFに酸化物ゾルを吸着させた。濾過・乾燥後に空気焼成を行いCNFを除去することにより、酸化チタンナノチューブあるいは酸化ジルコニウムナノチューブを得ることができる。
[Production of inorganic oxide materials having hollow structure: titanium oxide nanotubes and zirconium oxide nanotubes]
By using an organic metal compound such as another metal alkoxide or metal soap as the inorganic oxide precursor, an inorganic oxide material containing the target element can be produced in the present invention. For example, in the present invention, a sol solution of titanium oxide or zirconium oxide can be obtained by hydrolyzing titanium alkoxide or zirconium alkoxide. CNF was immersed in this oxide sol solution, and the oxide sol was adsorbed by CNF. Titanium oxide nanotubes or zirconium oxide nanotubes can be obtained by air baking after filtration and drying to remove CNF.

本発明で、シリカナノチューブを作製するために用いる有機ケイ素化合物としては、有機ケイ素化合物を使用することができ、本発明で使用することができる有機ケイ素化合物としては、一般式RSi(OR′)4−aで示される有機ケイ素化合物を上げることができる。上記一般式中、Rはビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、水素原子またはハロゲン原子であり、R′はビニル基、アリール基、アクリル基、炭系数1〜8のアルキル基、−COC2n+1(n=1〜4)または水素原子であり、aは、0〜3の整数である。)を有するものが好ましい。 In the present invention, an organosilicon compound can be used as the organosilicon compound used for producing the silica nanotube, and the organosilicon compound that can be used in the present invention is represented by the general formula R a Si (OR ′ ) The organosilicon compound represented by 4-a can be raised. In the above general formula, R is a vinyl group, an aryl group, an acrylic group, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a hydrogen atom or a halogen atom, and R ′ is a vinyl group, an aryl group, an acrylic group, or a carbon number of 1 to 8. An alkyl group, —C 2 H 4 OC n H 2n + 1 (n = 1 to 4) or a hydrogen atom, and a is an integer of 0 to 3. ) Is preferred.

上述した有機ケイ素化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラオクチルシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなど従来公知の化合物が使用できる。   Examples of the organosilicon compounds described above include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, tetraoctylsilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, and methyltriisopropoxy. Conventionally known compounds such as silane, vinyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, and dimethyldimethoxysilane can be used.

また、酸化チタンナノチューブを作製するための材料であるチタンアルコキシド等の有機チタン化合物としては、一般式RTi(OR′)3−aで示される化合物を使用することができる。上記一般式中、Rはビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、水素原子またはハロゲン原子であり、R′はビニル基、アリール基、アクリル基、炭素数1〜8のアルキル基、−COC2n+1(n=1〜4)または水素原子であり、aは0〜2の整数である。)を有するものが好ましい。上述した有機チタン化合物としては、具体的には、例えば、チタントリメトキシド、チタントリエトキシド、チタントリ−n−プロポキシド、チタントリ−i−プロポキシド、チタントリ−n−ブトキシド、チタントリ−sec−ブトキシド、チタントリ−tert−ブトキシド、イソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)チタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ-n-ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン、テトラステアリルオキシチタン、テトラステアリルオキシチタン、テトラメトキシチタンなどのテトラアルコキシドチタン化合物などの、公知のチタンアルコキシド化合物を用いることができる。 Moreover, as an organic titanium compound such as titanium alkoxide, which is a material for producing a titanium oxide nanotube, a compound represented by the general formula R a Ti (OR ′) 3-a can be used. In the above general formula, R is a vinyl group, an aryl group, an acrylic group, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a hydrogen atom or a halogen atom, and R 'is a vinyl group, an aryl group, an acrylic group, or a carbon number of 1 to 8 An alkyl group, —C 2 H 4 OC n H 2n + 1 (n = 1 to 4) or a hydrogen atom, and a is an integer of 0 to 2. ) Is preferred. Specific examples of the organic titanium compound include titanium trimethoxide, titanium triethoxide, titanium tri-n-propoxide, titanium tri-i-propoxide, titanium tri-n-butoxide, titanium tri-sec-butoxide. , Titanium tri-tert-butoxide, isopropoxybis (ethyl acetoacetate) titanium, tetraisopropoxy titanium, tetra-n-butoxy titanium, tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium, tetrastearyloxy titanium, tetrastearyloxy titanium, tetramethoxy A known titanium alkoxide compound such as a tetraalkoxide titanium compound such as titanium can be used.

また、更にはジルコニウムアルコキシドやアルミニウムアルコキシド等の材料を用いることもでき、このために使用することができる有機金属化合物としては、具体的には例えば、アルミニウムイソプロピネート、アルミニウムトリセカンダリーブトキシド、モノsec-ブトキシアルミニウムジイソプロピレートなどのトリアルコキシアルミニウム化合物、ジアセチルアセトントリブトキシジルコニウム、テトラ-n-ブトキシジルコニウムなどのテトラアルコキシジルコニウム化合物などを挙げることができる。   Furthermore, materials such as zirconium alkoxide and aluminum alkoxide can also be used. Specific examples of organometallic compounds that can be used for this purpose include, for example, aluminum isopropylate, aluminum trisecondary butoxide, mono- Examples include trialkoxyaluminum compounds such as butoxyaluminum diisopropylate, and tetraalkoxyzirconium compounds such as diacetylacetone tributoxyzirconium and tetra-n-butoxyzirconium.

さらに、本発明において使用することができる金属化合物としては、上記化合物以外にも、例えば、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセテート)、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート、チタンキレート化合物、チタンアシレート化合物などを挙げることができ、これらの化合物は目的とする組成を有する本発明の無機酸化物材料を製造するために適宜単独でまたは混合物として使用することができる。   In addition to the above compounds, examples of the metal compound that can be used in the present invention include aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, aluminum tris (ethyl acetoacetate), aluminum tris (acetylacetate), aluminum bisethylacetate. Acetate monoacetylacetonate, titanium chelate compound, titanium acylate compound and the like can be mentioned, and these compounds are suitably used alone or as a mixture for producing the inorganic oxide material of the present invention having a desired composition. can do.

さらに、本発明では、金属酸化物として、酸化スズ(SnO)、酸化チタン(TiO)、三酸化コバルト(CoO)、酸化コバルト(CoO)、酸化タングステン(WO)、酸化モリブデン(MoO)などの他、酸化アルミニウム(Al)、インジウムスズオキサイド(ITO)、酸化インジウム(In)、酸化鉛(PbO)、PZT、SrCe0.95Yb0.053−δ、酸化ニオビウム(Nb)、酸化トリウム(ThO)、酸化タンタル(Ta)、チタン酸カルシウム(CaTiO)、コバルト酸ランタン(LaCoO)、三酸化レニウム(ReO)、酸化クロム(Cr)、酸化鉄(Fe)、クロム酸ランタン(LaCrO)、チタン酸バリウム(BaTiO)、ZnO−Biなどを使用することもできる。 Furthermore, in the present invention, as the metal oxide, tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), cobalt trioxide (CoO 3 ), cobalt oxide (CoO), tungsten oxide (WO 3 ), molybdenum oxide (MoO) 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), indium tin oxide (ITO), indium oxide (In 2 O 3 ), lead oxide (PbO 2 ), PZT, SrCe 0.95 Yb 0.05 O 3 −δ , niobium oxide (Nb 2 O 5 ), thorium oxide (ThO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), lanthanum cobaltate (LaCoO 3 ), rhenium trioxide (ReO 3) ), chromium oxide (Cr 2 O 3), iron oxide (Fe 2 O 3), lanthanum chromate (LaCrO 3), Ji Barium phosphate (BaTiO 3), or the like may be used ZnO-Bi 2 O 3.

さらに、本発明で使用することができる無機酸化物を与えるための前駆体物質としては、より具体的には、Sn、W、Mo、Co、In、Sb、As、Ti、Co、Al、Zr、Yb、Sr、Th、Taなどの、上述した金属を含むアルコキシド、アセテート、金属有機酸塩、金属塩、金属石鹸、ハロゲン化物、など、これまで知られた有機化合物または金属化合物を、適宜所望する特性に適合させるように、単独で、またはいかなる混合物としても使用することができる。   Furthermore, as a precursor material for giving an inorganic oxide that can be used in the present invention, more specifically, Sn, W, Mo, Co, In, Sb, As, Ti, Co, Al, Zr , Yb, Sr, Th, Ta and the like, alkoxides containing the above-mentioned metals, acetates, metal organic acid salts, metal salts, metal soaps, halides, etc. Can be used alone or in any mixture to suit the properties to be achieved.

[内壁または外壁への金属担持]
本発明により作製した無機酸化物材料の外壁にのみ金属粒子を担持した新規材料の作製に使用される金属粒子としては、ニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジュウム等を含む、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Pd、V、Sn、Ti、Fe、Co、Cr、Nb、Mo、Ca、またはこれらの混合物から選択される金属粒子を使用することができる。これら金属の担持量は、一般には、触媒全体に対して5〜90質量%が好ましく、10〜70質量%がより好ましく、20〜50質量%が特に好ましい。酸化チタンナノチューブ、ジルコニアナノチューブ、アルミナナノチューブ等を作製する場合も同様である。
[Metal loading on the inner or outer wall]
The metal particles used for the production of a new material carrying metal particles only on the outer wall of the inorganic oxide material produced according to the present invention include nickel, iron, cobalt, platinum, palladium, etc., Cu, Ni, Ag, Metal particles selected from Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, Ca, or mixtures thereof can be used. In general, the supported amount of these metals is preferably 5 to 90% by mass, more preferably 10 to 70% by mass, and particularly preferably 20 to 50% by mass with respect to the entire catalyst. The same applies to the production of titanium oxide nanotubes, zirconia nanotubes, alumina nanotubes and the like.

本発明のシリカナノチューブの外壁にのみ金属粒子を担持したシリカナノチューブは、ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩、白金塩、パラジュウム塩等の水溶液あるいは水−アルコール液等中にシリカで被覆したCNFを入れ、加熱・攪拌し、乾固した試料を還元剤で還元し、金属粒子化する、還元の方法としては、300℃〜500℃程度で水素を流通する方法が好ましい。その後、400℃〜600℃での空気焼成を施しCNFを除去して、外壁のみに金属が担持されたシリカナノチューブを得ることができる。また、同様にして、外壁にのみ金属粒子を担持した、酸化チタンナノチューブ、ジルコニアナノチューブ、アルミナナノチューブ等を作製することができる。   The silica nanotubes in which the metal particles are supported only on the outer wall of the silica nanotubes of the present invention are obtained by placing CNF coated with silica in an aqueous solution such as nickel salt, iron salt, cobalt salt, platinum salt, palladium salt or water-alcohol solution. As a reduction method of heating and stirring, drying and solidifying a sample with a reducing agent to form metal particles, a method of circulating hydrogen at about 300 ° C. to 500 ° C. is preferable. Thereafter, air calcination at 400 ° C. to 600 ° C. is performed to remove CNF, and silica nanotubes in which a metal is supported only on the outer wall can be obtained. Similarly, titanium oxide nanotubes, zirconia nanotubes, alumina nanotubes or the like in which metal particles are supported only on the outer wall can be produced.

本発明のシリカナノチューブの内壁に金属粒子を担持したシリカナノチューブは、ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩、白金塩、パラジュウム塩等の水溶液あるいは水−アルコール液等中にシリカナノチューブを入れ放置した後、洗浄処理を施しながら、試料を吸引ろ過し、その後乾燥し、調製した試料に300℃〜500℃程度で水素を流通し、担体上の金属塩を金属に還元する。空気焼成を行い、金属粒子を内包させることにより製造することができる。   Silica nanotubes carrying metal particles on the inner wall of the silica nanotube of the present invention, after leaving the silica nanotubes in an aqueous solution or water-alcohol solution such as nickel salt, iron salt, cobalt salt, platinum salt, palladium salt, etc. While performing the washing treatment, the sample is suction filtered and then dried, and hydrogen is passed through the prepared sample at about 300 ° C. to 500 ° C. to reduce the metal salt on the support to metal. It can manufacture by performing air baking and enclosing a metal particle.

[無機酸化物ナノチューブと炭素との複合材料化]
本発明では、無機酸化物ナノチューブの外壁・内壁からのCNF成長は、前記に述べた金属粒子、特に鉄属元素を担持した無機酸化物ナノチューブに対し、カーボンナノファイバー製造用触媒の存在下で炭化水素を約400℃〜約600℃に加熱し、炭化水素を分解することにより、複合化を行うことができる。本発明にしたがい、CNFは、無機酸化物ナノチューブの金属粒子の担持されたサイトから外壁・内壁から枝状に成長し、無機酸化物ナノチューブ−CNF複合系材料を形成する。炭化水素としては、特に限定されないが、メタン、ヘキサン、オクタンなどの炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖の脂肪族炭化水素が好ましい。また、炭素数1〜10の脂環式炭化水素や芳香族炭化水素も使用することができる。無機酸化物ナノ材料の外壁からCNFを成長させる場合も同様である。
[Making composite materials of inorganic oxide nanotubes and carbon]
In the present invention, the CNF growth from the outer wall / inner wall of the inorganic oxide nanotube is carried out in the presence of a catalyst for producing carbon nanofibers in the presence of a catalyst for producing carbon nanofibers on the metal particles described above, in particular, the inorganic oxide nanotubes supporting an iron group element. Compounding can be performed by heating the hydrogen to about 400 ° C. to about 600 ° C. to decompose the hydrocarbon. In accordance with the present invention, CNF grows in a branch shape from the outer wall / inner wall from the site where the metal particles of the inorganic oxide nanotube are supported to form an inorganic oxide nanotube-CNF composite material. Although it does not specifically limit as hydrocarbon, A C1-C10 linear or branched aliphatic hydrocarbon, such as methane, hexane, and octane, is preferable. Moreover, C1-C10 alicyclic hydrocarbon and aromatic hydrocarbon can also be used. The same applies when CNF is grown from the outer wall of the inorganic oxide nanomaterial.

以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明は、本発明の構成を備え、かつその効果を発現する限りにおいて後述する実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the examples described below as long as the configuration of the present invention is provided and the effects are exhibited.
(Example 1)

CNF合成のため、シリカ担持Ni触媒を含浸法によって調製した。具体的には、15g/Lの硝酸ニッケル水溶液中にシリカを含浸し、溶液を加熱・攪拌した。乾燥後調製した試料に400℃程度で水素を流通し、担体上の金属塩を金属に還元した。乾固した試料を600℃で空気焼成することによって、シリカ担持Ni触媒(Ni/SiO)を得た。得られたシリカ担持(Ni/SiO)を固定床流通式反応装置に設置し、約500℃で純水素を1時間流通させた後に、約550℃で純メタンをNi/SiOに接触させた。ガスクロマトグラフによって反応中の生成ガスを分析し、水素が発生しなくなるまでメタンを流通した。生成したCNFを濃硝酸水溶液中に浸し、約80℃で4時間攪拌した。CNFを濾過・洗浄後、シリカナノチューブ合成のテンプレートとして用いた。 A silica supported Ni catalyst was prepared by impregnation method for CNF synthesis. Specifically, silica was impregnated in a 15 g / L nickel nitrate aqueous solution, and the solution was heated and stirred. Hydrogen was passed through the sample prepared after drying at about 400 ° C. to reduce the metal salt on the support to metal. The dried sample was air calcined at 600 ° C. to obtain a silica-supported Ni catalyst (Ni / SiO 2 ). The obtained silica support (Ni / SiO 2 ) was placed in a fixed bed flow reactor, and pure hydrogen was allowed to flow at about 500 ° C. for 1 hour, and then pure methane was brought into contact with Ni / SiO 2 at about 550 ° C. It was. The gas produced during the reaction was analyzed by gas chromatography, and methane was circulated until no more hydrogen was generated. The produced CNF was immersed in a concentrated aqueous nitric acid solution and stirred at about 80 ° C. for 4 hours. CNF was filtered and washed, and then used as a template for silica nanotube synthesis.

次に、シリカナノチューブ合成として、50mgのCNFと5mlのテトラエチルシラン(TEOS)をガラス製容器に入れ、40℃で飽和した水蒸気存在下にて所定時間(4〜48時間)攪拌した。試料を吸引濾過し、80℃で乾燥した後に、アルゴン流通下、約500℃にて加熱して無機酸化物前駆体を焼成した。シリカで被覆されたCNFを、約600℃で空気焼成してCNFのみを酸化させて除去し、シリカナノチューブを得た。   Next, as a synthesis of silica nanotubes, 50 mg of CNF and 5 ml of tetraethylsilane (TEOS) were placed in a glass container and stirred for a predetermined time (4 to 48 hours) in the presence of water vapor saturated at 40 ° C. The sample was suction filtered, dried at 80 ° C., and then heated at about 500 ° C. under an argon stream to calcine the inorganic oxide precursor. Silica-coated CNF was air-fired at about 600 ° C. to oxidize and remove only CNF, thereby obtaining silica nanotubes.

図1には、メタン分解により作製したCNFと生成したシリカナノチューブのTEM像を示す。シリカナノチューブとCNFの形状は類似しており、CNFがシリカナノチューブ作製のテンプレートとして機能したことがわかる。シリカナノチューブの長さは数百〜数μmであり、径は、約50nmであった。また従来の陽極酸化アルミナをテンプレートとしてシリカナノチューブを作製する方法に比べて湾曲した構造のシリカナノチューブも得ることが出来た。   In FIG. 1, the TEM image of CNF produced by methane decomposition | disassembly and the produced | generated silica nanotube is shown. The shapes of silica nanotubes and CNF are similar, indicating that CNF functions as a template for producing silica nanotubes. The length of the silica nanotube was several hundred to several μm, and the diameter was about 50 nm. In addition, silica nanotubes having a curved structure were obtained as compared with the conventional method of producing silica nanotubes using anodized alumina as a template.

図2には、製造されたシリカナノチューブのSEM写真を示す。図2に示されるように、製造されたシリカナノチューブの壁は、テンプレートとして使用したカーボンナノファイバーの有する六角形(ヘキサゴナル)構造を有しており、その径は、約600nmであった。図2に示したシリカナノチューブは、図1に示したよりも明確にカーボンナノファイバーがテンプレートとして機能したことが示されている。
(実施例2)
In FIG. 2, the SEM photograph of the manufactured silica nanotube is shown. As shown in FIG. 2, the wall of the produced silica nanotube had a hexagonal structure that the carbon nanofiber used as a template had, and the diameter thereof was about 600 nm. The silica nanotube shown in FIG. 2 clearly shows that the carbon nanofiber functions as a template than that shown in FIG.
(Example 2)

実施例2として、本発明の無機酸化物材料の形態制御性として、中空な無機酸化物材料の壁厚の制御を検討した。壁厚の制御は、実施例1と同一の組成および材料を使用して、TEOSの加水分解時間を4h、12h、36hと変化させることにより制御した。   As Example 2, control of the wall thickness of a hollow inorganic oxide material was examined as the form controllability of the inorganic oxide material of the present invention. The wall thickness was controlled by using the same composition and materials as in Example 1 and changing the hydrolysis time of TEOS to 4h, 12h, and 36h.

図3には、TEOSの加水分解時間を変化させて作製したシリカナノチューブのTEM像を示す。図3(A)は、加水分解時間が4hであり、図3(B)が加水分解時間12hであり、図3(C)が加水分解時間36hについて得られた結果を示す。シリカナノチューブのTEM像から、図3(A)では、加水分解時間4hの壁の厚みは10nm以下であるのに対して、図3(C)に示す加水分解時間36hのシリカナノチューブの壁の厚みは30nmであることがわかった。すなわち、本発明においては、TEOSの加水分解時間によってシリカナノチューブの厚みを制御できることが示された。これらは、従来の陽極酸化アルミナをテンプレートとしてシリカナノチューブを作製する方法ではできないことであった。
(実施例3)
FIG. 3 shows a TEM image of silica nanotubes produced by changing the hydrolysis time of TEOS. FIG. 3 (A) shows the results obtained for a hydrolysis time of 4h, FIG. 3 (B) for a hydrolysis time of 12h, and FIG. 3 (C) for a hydrolysis time of 36h. From the TEM image of the silica nanotube, in FIG. 3A, the wall thickness of the hydrolysis time of 4 h is 10 nm or less, whereas the wall thickness of the silica nanotube of the hydrolysis time of 36 h shown in FIG. Was found to be 30 nm. That is, in the present invention, it was shown that the thickness of the silica nanotube can be controlled by the hydrolysis time of TEOS. These were not possible with the conventional method of producing silica nanotubes using anodized alumina as a template.
Example 3

実施例3として、内壁に金属を担持したシリカナノチューブを合成した。硝酸ニッケル、硝酸鉄、硝酸コバルト、塩化白金酸、あるいは塩化パラジュウムの水溶液(1−10重量%程度の濃度)中に実施例1で製造したシリカナノチューブを入れて放置し、シリカナノチューブに金属塩を付着させた。続いて試料を吸引濾過する際に、ブフナー漏斗中にて、洗浄処理を施した。乾燥後、調製した試料に400℃程度で水素を流通し、シリカナノチューブ上の金属塩を金属に還元した。その後、空気焼成を行い、金属粒子を内包したシリカナノチューブを得た。金属粒子を内包したシリカナノチューブの蛍光X線分析(XRF)およびTEM観察と同時に行ったエネルギー分散型X線分光分析(EDS)により、シリカナノチューブ内に存在する金属粒子の種類、担持量を見積もった。
(実施例4)
As Example 3, a silica nanotube having a metal supported on the inner wall was synthesized. The silica nanotube produced in Example 1 is placed in an aqueous solution (concentration of about 1 to 10% by weight) of nickel nitrate, iron nitrate, cobalt nitrate, chloroplatinic acid, or palladium chloride, and the metal salt is added to the silica nanotube. Attached. Subsequently, when the sample was subjected to suction filtration, washing was performed in a Buchner funnel. After drying, hydrogen was passed through the prepared sample at about 400 ° C. to reduce the metal salt on the silica nanotube to a metal. Thereafter, air firing was performed to obtain silica nanotubes encapsulating metal particles. The type and amount of metal particles present in silica nanotubes were estimated by X-ray fluorescence analysis (XRF) of silica nanotubes encapsulating metal particles and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) performed simultaneously with TEM observation. .
Example 4

実施例4として、外壁に金属を担持したシリカナノチューブを製造した。硝酸ニッケル、硝酸鉄、硝酸コバルト、塩化白金酸、あるいは塩化パラジュウムの水溶液(1−10重量%程度の濃度)に、実施例1と同様にして製造した二酸化ケイ素前駆体ゾルで被覆したCNFを投入し、加熱・攪拌して金属塩を担持させた。乾燥後、調製した試料に400℃程度で水素を流通し、シリカナノチューブを製造し、同時にシリカナノチューブ上の金属塩を金属に還元した。その後、600℃での空気焼成を施しCNFを除去して、外壁のみに金属が担持されたシリカナノチューブを得た。
(実施例5)
As Example 4, a silica nanotube having a metal supported on the outer wall was produced. CNF coated with a silicon dioxide precursor sol produced in the same manner as in Example 1 was added to an aqueous solution (concentration of about 1 to 10% by weight) of nickel nitrate, iron nitrate, cobalt nitrate, chloroplatinic acid, or palladium chloride. Then, the metal salt was supported by heating and stirring. After drying, hydrogen was passed through the prepared sample at about 400 ° C. to produce silica nanotubes, and at the same time, the metal salt on the silica nanotubes was reduced to metal. Thereafter, air calcination was performed at 600 ° C. to remove CNF, and a silica nanotube having a metal supported only on the outer wall was obtained.
(Example 5)

実施例5として、酸化チタンナノファイバーをTEOSの代わりにテトライソプロポキシチタンを使用して製造した。酸化チタンナノファイバーの合成は、チタンテトライソプロポキシドの加水分解により生成した酸化チタンゾルを含むエタノール溶液中にCNFを室温で浸漬させた。その後、酸化チタンゾルが付着したCNFをエタノールで洗浄してCNFに吸着していない酸化チタンゾルを除去した後、乾燥し、600℃で空気焼成し、テンプレートとして使用したカーボンナノファイバーを酸化除去した。   As Example 5, titanium oxide nanofibers were produced using tetraisopropoxy titanium instead of TEOS. Titanium oxide nanofibers were synthesized by immersing CNF at room temperature in an ethanol solution containing a titanium oxide sol produced by hydrolysis of titanium tetraisopropoxide. Thereafter, the CNF to which the titanium oxide sol adhered was washed with ethanol to remove the titanium oxide sol that was not adsorbed on the CNF, then dried and air-fired at 600 ° C. to oxidize and remove the carbon nanofibers used as the template.

図4にはCNFをテンプレートに用いて作製した酸化チタンナノチューブの走査型電子顕微鏡写真を示す。図4に示されるように、酸化チタンは、テンプレートに相当するファイバーとして形成されており、また、中心のカーボンナノファイバーは、空気酸化により除去されているので、高アスペクト比の中空無機酸化物材料が得られているのが示された。
(実施例6)
FIG. 4 shows a scanning electron micrograph of a titanium oxide nanotube produced using CNF as a template. As shown in FIG. 4, the titanium oxide is formed as a fiber corresponding to a template, and the central carbon nanofiber is removed by air oxidation, so that a high aspect ratio hollow inorganic oxide material Was shown to be obtained.
Example 6

実施例6として、酸化ジルコニウムナノファイバーを製造した。酸化ジルコニウムナノファイバーの合成は、金属酸化物前駆体として、ジルコニウムブトキシドを使用し、ジルコニウムテトラ−n−ブトキシドの加水分解により生成した酸化ジルコニウムゾルを含む1−ブタノール溶液中にCNFを室温で浸漬した。その後、CNFをエタノールで洗浄してCNFに吸着していない酸化ジルコニウムゾルを除去した後、乾燥し、600℃で空気焼成して製造したところ、良好な酸化ジルコニウムナノファイバーが製造できた。
(実施例7)
As Example 6, zirconium oxide nanofibers were produced. Zirconium oxide nanofibers were synthesized by using zirconium butoxide as a metal oxide precursor, and immersing CNF in 1-butanol solution containing zirconium oxide sol produced by hydrolysis of zirconium tetra-n-butoxide at room temperature. . Thereafter, the CNF was washed with ethanol to remove the zirconium oxide sol that was not adsorbed on the CNF, dried, and then fired at 600 ° C. to produce a good zirconium oxide nanofiber.
(Example 7)

実施例7として、カーボンナノファイバーが内壁から成長したシリカナノチューブを製造した。鉄金属粒子としてNi粒子を担持したシリカナノチューブを、実施例3と同様にして製造した。製造したシリカナノチューブを、実施例1と同様のカーボンナノファイバー製造用触媒の存在下、メタンを約550℃で流通させて、メタンの分解により生成されたCNFがシリカナノチューブの内壁から成長させた。その結果を図5に示す。図5に示すように、本発明により製造されたシリカナノチューブの内壁からCNFが成長し、本発明により、新規な形態特性を有する炭素−無機酸化物複合材料が製造できることが確認された。   As Example 7, a silica nanotube in which carbon nanofibers were grown from the inner wall was produced. Silica nanotubes carrying Ni particles as iron metal particles were produced in the same manner as in Example 3. Methane was passed through the produced silica nanotubes at about 550 ° C. in the presence of the same catalyst for producing carbon nanofibers as in Example 1, and CNF produced by the decomposition of methane was grown from the inner walls of the silica nanotubes. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, CNF grew from the inner wall of the silica nanotube produced by the present invention, and it was confirmed that a carbon-inorganic oxide composite material having novel morphological characteristics can be produced by the present invention.

本発明によれば、新規な形態性を有する中空な無機酸化物材料および炭素−無機酸化物複合材料が提供でき、本発明により提供される新規な材料は、新規な触媒材料、環境浄化材料、電子放射材料、電磁波吸収体等に適用することができる。   According to the present invention, a hollow inorganic oxide material and a carbon-inorganic oxide composite material having a novel morphology can be provided. The novel material provided by the present invention includes a novel catalyst material, an environmental purification material, It can be applied to electron emission materials, electromagnetic wave absorbers, and the like.

Ni/SiO触媒上でメタン分解を行って得たカーボンナノファイバーのTEM像(a)、およびカーボンナノファイバーをテンプレートに用いて合成したシリカナノチューブのTEM像(b)。Ni / SiO 2 TEM image of the carbon nanofiber obtained by performing methane decomposition on the catalyst (a), and TEM images of silica nanotubes were synthesized using carbon nanofibers a template (b). 本発明の無機酸化物材料の外壁構造を示したSEM像。The SEM image which showed the outer wall structure of the inorganic oxide material of this invention. TEOSの加水分解時間を変化させて作製したシリカナノチューブのTEM像。加水分解時間は、4時間(a)、12時間(b)、36時間(c)。A TEM image of silica nanotubes produced by changing the hydrolysis time of TEOS. The hydrolysis time is 4 hours (a), 12 hours (b), and 36 hours (c). CNFをテンプレートに用いて合成した酸化チタンナノ材料のSEM像。The SEM image of the titanium oxide nanomaterial synthesize | combined using CNF as a template. シリカナノチューブ内部に担持した金属Ni粒子を触媒としてメタン分解を行い、シリカナノチューブの内壁から延びたカーボンナノファイバーを含む炭素−無機酸化物複合材料のTEM像。The TEM image of the carbon-inorganic oxide composite material containing the carbon nanofiber extended from the inner wall of the silica nanotube which decomposed | disassembled methane using the metal Ni particle | grains carry | supported inside the silica nanotube as a catalyst.

Claims (10)

中実な基体に無機酸化物前駆体を付着させる段階と、
前記無機酸化物前駆体を無機酸化物とする段階と、
前記基体を酸化除去する段階と
を含む前記基体の構造をテンプレートとする中空な無機酸化物材料の製造方法。
Attaching an inorganic oxide precursor to a solid substrate;
Converting the inorganic oxide precursor to an inorganic oxide;
A process for producing a hollow inorganic oxide material using the structure of the substrate as a template.
前記基体は、炭素質材料である、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is a carbonaceous material. 前記炭素質材料は、1〜600nmの高アスペクト比を有する材料である、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, wherein the carbonaceous material is a material having a high aspect ratio of 1 to 600 nm. 前記基体は、カーボンナノファイバーである、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the substrate is a carbon nanofiber. 前記基体に前記無機酸化物前駆体を付着させる段階は、前記無機酸化物前駆体を、前記基体に担持させる段階を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。   5. The manufacturing method according to claim 1, wherein the step of attaching the inorganic oxide precursor to the base includes the step of supporting the inorganic oxide precursor on the base. さらに、前記無機酸化物材料は、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Pd、V、Sn、Ti、Fe、Co、Cr、Nb、Mo、Ca、またはこれらの混合物から選択される金属を担持する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。   Further, the inorganic oxide material is selected from Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, Ca, or a mixture thereof. The manufacturing method of any one of Claims 1-5 which carry | supports the metal. 1〜600nmのサイズであり、高アスペクト比を有する中空構造の無機酸化物材料。   A hollow structure inorganic oxide material having a size of 1 to 600 nm and a high aspect ratio. 前記無機酸化物材料は、断面形状がヘキサゴナル形状を有する、請求項7に記載の無機酸化物材料。   The inorganic oxide material according to claim 7, wherein the inorganic oxide material has a hexagonal cross-sectional shape. Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Pd、V、Sn、Ti、Fe、Co、Cr、Nb、Mo、Caからなる群から選択される金属またはこれらの混合物から選択される金属を担持する、請求項7または8に記載の無機酸化物材料。   Metal selected from the group consisting of Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Pd, V, Sn, Ti, Fe, Co, Cr, Nb, Mo, Ca, or a mixture thereof The inorganic oxide material according to claim 7 or 8, which carries 請求項7〜9のいずれか1項に記載の無機酸化物材料の、少なくとも内壁または外壁に付着したカーボンナノファイバーを含む、炭素−無機酸化物複合材料。   A carbon-inorganic oxide composite material comprising carbon nanofibers attached to at least an inner wall or an outer wall of the inorganic oxide material according to any one of claims 7 to 9.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008074628A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Hokkaido Univ Metal-containing composite structure and method of manufacturing the same
KR100934940B1 (en) * 2007-08-20 2010-01-06 충남대학교산학협력단 Lithium Cobalt Oxide Hallow Sphere Assemblies using Carbon Templates and The Process Thereof
WO2010079882A1 (en) * 2009-01-06 2010-07-15 (주)더몰론코리아 Silica nanotube containing silver nanoparticles with high dispersibility, and method for manufacturing same
JP2010208941A (en) * 2008-06-20 2010-09-24 Osaka Gas Co Ltd Titanium oxide structure
KR100999171B1 (en) 2010-06-03 2010-12-07 (주) 더몰론코리아 Solvent-soluble antimicrobial composition
CN103586460A (en) * 2013-11-11 2014-02-19 山东大学 Magnetic porous cobalt hollow ball electromagnetic wave absorption material, preparation method and application thereof
EP3236481A4 (en) * 2014-12-16 2018-08-01 Nippon Chemi-Con Corporation Method for producing metal compound particle group, metal compound particle group, and electrode for electricity storage device containing metal compound particle group
KR20230068160A (en) * 2021-11-10 2023-05-17 황차환 Method for manufacturing metal oxide nanotube with hollow core and carbon-coated metal oxide nanotube with hollow core

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008074628A (en) * 2006-09-19 2008-04-03 Hokkaido Univ Metal-containing composite structure and method of manufacturing the same
KR100934940B1 (en) * 2007-08-20 2010-01-06 충남대학교산학협력단 Lithium Cobalt Oxide Hallow Sphere Assemblies using Carbon Templates and The Process Thereof
JP2010208941A (en) * 2008-06-20 2010-09-24 Osaka Gas Co Ltd Titanium oxide structure
WO2010079882A1 (en) * 2009-01-06 2010-07-15 (주)더몰론코리아 Silica nanotube containing silver nanoparticles with high dispersibility, and method for manufacturing same
KR101010677B1 (en) * 2009-01-06 2011-01-24 (주) 더몰론코리아 Silica nanotube containing silver nanoparticles having high dispersion force and method of preparing the same
KR100999171B1 (en) 2010-06-03 2010-12-07 (주) 더몰론코리아 Solvent-soluble antimicrobial composition
CN103586460A (en) * 2013-11-11 2014-02-19 山东大学 Magnetic porous cobalt hollow ball electromagnetic wave absorption material, preparation method and application thereof
EP3236481A4 (en) * 2014-12-16 2018-08-01 Nippon Chemi-Con Corporation Method for producing metal compound particle group, metal compound particle group, and electrode for electricity storage device containing metal compound particle group
US10505187B2 (en) 2014-12-16 2019-12-10 Nippon Chemi-Con Corporation Method of producing metal compound particle group, metal compound particle group, and electricity storage device electrode containing metal compound particle group
US11398626B2 (en) 2014-12-16 2022-07-26 Nippon Chemi-Con Corporation Method of producing metal compound particle group, metal compound particle group, and electricity storage device electrode containing metal compound particle group
KR20230068160A (en) * 2021-11-10 2023-05-17 황차환 Method for manufacturing metal oxide nanotube with hollow core and carbon-coated metal oxide nanotube with hollow core
KR102577100B1 (en) * 2021-11-10 2023-09-11 황차환 Method for manufacturing metal oxide nanotube with hollow core and carbon-coated metal oxide nanotube with hollow core

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