JP2008230877A - 酸化亜鉛結晶の製造方法及び該方法により得られる酸化亜鉛結晶付き基材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含みかつpHが7以上に調整された水溶液に基材を浸漬することによって、基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を自己組織的に析出させる。アミン化合物としては、アンモニアを使用する。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、焼成が不要で、低温で簡便に製造し得る酸化亜鉛結晶の製造方法及び該方法により得られる酸化亜鉛結晶付き基材を提供することにある。
請求項1に係る発明では、亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含む水溶液に基材を浸漬するという簡便な工程で、基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を製造することができる。本発明で得られた酸化亜鉛結晶は、焼成が不要であり、従来の技術に比べて生産性が高い。このようにして得られた酸化亜鉛結晶は、大きな表面積を有する。
請求項2に係る発明では、アミン化合物がアンモニアであれば、花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を増加させることができる。
請求項3に係る発明では、水溶液中に水溶性高分子を添加剤として含ませることで、花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を増加させることができる。
請求項4に係る発明では、水溶性高分子がポリオール系水溶性高分子であれば、花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を特に増加させることができる。
請求項5に係る発明では、水溶液の温度が上記範囲内であれば、花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を増加させることができる。
請求項6に係る発明では、亜鉛イオン濃度が上記範囲内であれば、花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を増加させることができる。
請求項8に係る発明は、請求項7に係る発明であって、アミン化合物がアンモニアである水溶液である。
請求項9に係る発明は、請求項7又は8に係る発明であって、水溶液中に水溶性高分子が添加剤として含まれる水溶液である。
請求項10に係る発明は、請求項9に係る発明であって、水溶性高分子がポリオール系水溶性高分子である水溶液である。
請求項11に係る発明は、請求項7ないし10いずれか1項に係る発明であって、亜鉛イオン濃度が0.005〜0.50mol/Lである水溶液である。
請求項12に係る発明では、上記製造方法により製造され、その結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶は、大きな表面積を有する。
請求項14に係る発明は、請求項13に係る発明であって、花びら状部の一端が尖形であり、花びら状部の他端が中心部の外周部に位置し、花びら状部の横幅が0.1〜1μm、長さが0.2〜5μmである酸化亜鉛結晶付き基材である。
請求項15に係る発明は、請求項13に係る発明であって、中心部は微粒子が凝集した1又は2以上の二次凝集体から構成され、中心部の大きさが1〜5μmである酸化亜鉛結晶付き基材である。
請求項16に係る発明は、請求項12ないし15いずれか1項に係る発明であって、基材が金属酸化物からなる酸化亜鉛結晶付き基材である。
請求項18に係る発明は、請求項12ないし16いずれか1項に記載の酸化亜鉛結晶付き基材を有する色素増感型太陽電池である。
本発明の酸化亜鉛結晶の製造方法は、亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含みかつpHが7以上に調整された水溶液を用意し、この水溶液に基材を浸漬することによって、基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を自己組織的に析出させることを特徴とする。亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含む水溶液に基材を浸漬するという簡便な工程で、高温焼成することなく、特に高価な装置や複雑な装置を用いず、溶液内で基材に直接析出させるというコスト的に非常に有利な方法によって、基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を製造することができる。
Zn(NH3)4 2+ + 2OH- → ZnO + H2O + 4NH3 ……(2)
なお、基材を浸漬することなく、水溶液をただ単に静置しただけでは、酸化亜鉛は両性であるため、水溶液のpHが高い場合には、水溶液中に溶解したまま析出しないことが知られている。
<実施例1>
亜鉛源として硝酸亜鉛六水和物を、添加剤として分子量が約1000のポリエチレングリコールを用意した。また、pH調整のためのアルカリ源として、アンモニアを用意した。また、基材としてシリコン基板を用意した。先ず、0.027mol/Lの硝酸亜鉛六水和物を溶解させた水溶液50mlに、分子量が約1000のポリエチレングリコールを0.05質量%含んだ1mol/Lアンモニア水溶液をpHが10.6になるように添加し、30分室温で攪拌することにより水溶液を調製した。なお、調製した水溶液中の亜鉛イオン濃度は0.019mol/Lとなるように調整した。次に、調製した水溶液をビーカーに入れて水溶液温度を70℃に加温し、そこにシリコン基板を浸漬し、水溶液温度を70℃に保持しながら静置し、6時間後に水溶液からシリコン基板を取り出した。取り出したシリコン基板上には結晶が析出されていた。その後、結晶が析出されたシリコン基板を洗浄した後、60℃で乾燥した。
基材をシリコン基板からスライドガラスに変更した以外は、実施例1の方法と同様の方法により、スライドガラス上に結晶を析出させた。実施例1と同様にSEM観察及びXRD測定を行ったところ、スライドガラス上に析出された結晶は、結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶であることが確認された。
基材をシリコン基板からITO膜付きガラス基板に変更した以外は、実施例1の方法と同様の方法により、ITO膜付きガラス基板上に結晶を析出させた。実施例1と同様にSEM観察及びXRD測定を行ったところ、ITO膜付きガラス基板上に析出された結晶は、結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶であることが確認された。
水溶液を調製する際に添加剤を添加しなかったこと以外は、実施例1の方法と同様の方法により、シリコン基板上に結晶を析出させた。実施例1と同様にSEMにより観察したところ、図3(a)及び図3(b)に示すように、シリコン基板上に結晶形状が花状の結晶が成長していることが確認された。なお、この実施例4で得られた結晶を、実施例1で得られた結晶とを比較すると、一つ当たりの花状の酸化亜鉛結晶に備わっている花びら状部の数が少なかった。また、実施例1と同様にXRD測定を行ったところ、シリコン基板上に析出された結晶は、酸化亜鉛結晶であることが確認された。この結果から、水溶液中に溶解させる添加剤の存在の有無にかかわらず結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶は析出すること、添加剤の存在によって花状の酸化亜鉛結晶の花びら状部の数を増加させることができることが確認された。
アンモニアの代わりに水酸化ナトリウムを用いた以外は、実施例1の方法と同様の方法により、水溶液中にシリコン基板を浸漬したが、シリコン基板上に結晶は析出されなかった。なお、水溶液中にも粒子は生成されていなかった。
水溶液のpHを10.6から6.8に変更した以外は、実施例1の方法と同様の方法により、水溶液中にシリコン基板を浸漬したが、シリコン基板上に結晶は析出されなかった。なお、水溶液中には粒子は生成されていた。
実施例1で作製した酸化亜鉛結晶付きシリコン基板について、蛍光測定を行った。その結果、図4に示すように、発光スペクトルでは、波長約385nmの紫外発光と、約550nmにピークトップを持つ緑色発光が検出され、本発明の実施例1で作製した酸化亜鉛結晶付きガラス基板の酸化亜鉛結晶が良好な発光体であることが示された。
アセトニトリルとエタノールからなる混合溶媒にルテニウム錯体(Ru(dcbpy)2(NCS)2;小島化学薬品社製)を溶解させて色素溶液を調製した。この色素溶液に実施例3で作製した酸化亜鉛結晶が析出したITO膜付きガラス基板を一晩浸漬し、色素を吸着させることにより、色素電極を得た。一方、導電性ガラス基板に白金をコートした白金電極を用意し、この白金電極と色素電極とを各々の活性面が20μm間隔で向かい合わせとなるように固定し、その間に電解液を注入して色素増感型太陽電池を作製した。注入した電解液には、アセトニトリルに、0.1mol/Lのヨウ化リチウム、0.05mol/Lのヨウ素及び0.5mol/Lのテトラブチルアンモニウムヨウ素塩をそれぞれ溶解させることにより調製された液を用いた。作製した色素増感型太陽電池は、日中の屋外にばく露したところ、起電力の発現を確認した。
実施例1で作製した酸化亜鉛結晶付きシリコン基板の光触媒活性を評価した。なお、光触媒活性は、以下に示す手順により評価した。
評価の結果、アセトアルデヒド除去率が98%と高い結果が得られた。この結果から、本発明の酸化亜鉛結晶付きシリコン基板の酸化亜鉛結晶が良好な光触媒機能を有することが示された。
Claims (19)
- 亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含みかつpHが7以上に調整された水溶液に基材を浸漬することによって、前記基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を自己組織的に析出させることを特徴とする酸化亜鉛結晶の製造方法。
- アミン化合物がアンモニアである請求項1記載の製造方法。
- 水溶液中に水溶性高分子が添加剤として含まれる請求項1又は2記載の製造方法。
- 水溶性高分子がポリオール系水溶性高分子である請求項3記載の製造方法。
- 酸化亜鉛結晶を析出させる際の水溶液の温度が50〜90℃である請求項1ないし4いずれか1項に記載の製造方法。
- 水溶液中の亜鉛イオン濃度が0.005〜0.50mol/Lである請求項1ないし5いずれか1項に記載の製造方法。
- 亜鉛イオン及びアミン化合物を少なくとも含みかつpHが7以上に調整され、液中に基材を浸漬することによって、前記基材上に結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶を自己組織的に析出させる、請求項1記載の製造方法に用いられる酸化亜鉛結晶作製用水溶液。
- アミン化合物がアンモニアである請求項7記載の水溶液。
- 水溶液中に水溶性高分子が添加剤として含まれる請求項7又は8記載の水溶液。
- 水溶性高分子がポリオール系水溶性高分子である請求項9記載の水溶液。
- 亜鉛イオン濃度が0.005〜0.50mol/Lである請求項7ないし10いずれか1項に記載の水溶液。
- 請求項1ないし6いずれか1項に記載の製造方法により製造され、直径が1〜20μmであり、その結晶形状が花状の酸化亜鉛結晶が形成された酸化亜鉛結晶付き基材。
- 花状の酸化亜鉛結晶が複数枚の花びら状部とこれらの花びら状部で囲まれた中心部により構成された請求項12記載の酸化亜鉛結晶付き基材。
- 花びら状部の一端が尖形であり、前記花びら状部の他端が中心部の外周部に位置し、前記花びら状部の横幅が0.1〜1μm、長さが0.2〜5μmである請求項13記載の酸化亜鉛結晶付き基材。
- 中心部は微粒子が凝集した1又は2以上の二次凝集体から構成され、前記中心部の大きさが1〜5μmである請求項13記載の酸化亜鉛結晶付き基材。
- 基材が金属酸化物からなる請求項12ないし15いずれか1項に記載の酸化亜鉛結晶付き基材。
- 請求項12ないし16いずれか1項に記載の酸化亜鉛結晶付き基材からなる発光体。
- 請求項12ないし16いずれか1項に記載の酸化亜鉛結晶付き基材を有する色素増感型太陽電池。
- 請求項12ないし16いずれか1項に記載の酸化亜鉛結晶付き基材からなる光触媒膜。
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