JP2010265174A - Modified mesoporous oxide - Google Patents

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JP2010265174A JP2010167722A JP2010167722A JP2010265174A JP 2010265174 A JP2010265174 A JP 2010265174A JP 2010167722 A JP2010167722 A JP 2010167722A JP 2010167722 A JP2010167722 A JP 2010167722A JP 2010265174 A JP2010265174 A JP 2010265174A
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Akira Nakabayashi
亮 中林
Kazunari Domen
一成 堂免
Junko Nomura
淳子 野村
Yukikazu Hara
亨和 原
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a modified mesoporous oxide having a controlled property of the surface or the inside of a fine pore and excellent heat stability, and to provide the mesoporous oxide having uniform pores, high surface area and high crystallinity. <P>SOLUTION: The modified mesoporous oxide (A) is obtained by modifying a mesoporous oxide (a) using at least one modifying agent compound (b) selected from the group consisting of compounds having at least one structural unit selected from the group consisting of a tri-organo silane unit, a mono-oxy di-organo silane unit and a dioxy-organo silane unit, and the high crystallinity mesoporous oxide (B) is derived from the modified mesoporous oxide (A) by heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、特殊構造を有する変性剤で処理されてなるメソポーラス酸化物、及び該メソポーラス酸化物から誘導される細孔の均一性が良好で高表面積を有する結晶性の高いメソポーラス酸化物に関する。   The present invention relates to a mesoporous oxide treated with a modifying agent having a special structure, and a highly crystalline mesoporous oxide having a high surface area with good uniformity of pores derived from the mesoporous oxide.

メソポーラス酸化物とはナノサイズの細孔を有する酸化物材料である。メソポーラス酸化物は、その特徴である細孔の均一性や高い表面積から、種々の物理化学的な機能を持つ材料として期待されている。
近年、これらメソポーラス酸化物の中で、非シリカ系のメソポーラス酸化物、特にメソポーラス遷移金属酸化物が注目されている。これは、構成材料である遷移金属が種々の触媒として作用することが期待できるためである。
しかし、これまで合成されたメソポーラス遷移金属酸化物は、ほとんどが非晶質または結晶性が低いものであり、メソポーラス酸化物の結晶化度が充分高くなるように高温で結晶化処理をすると、結晶化の進行と共に細孔構造の崩壊が起こるという問題があった。
A mesoporous oxide is an oxide material having nano-sized pores. Mesoporous oxides are expected as materials having various physicochemical functions because of their uniform pore characteristics and high surface area.
In recent years, among these mesoporous oxides, non-silica mesoporous oxides, particularly mesoporous transition metal oxides, have attracted attention. This is because the transition metal, which is a constituent material, can be expected to act as various catalysts.
However, most of the mesoporous transition metal oxides synthesized so far are amorphous or low in crystallinity. When the crystallization treatment is performed at a high temperature so that the crystallinity of the mesoporous oxide is sufficiently high, There was a problem that the pore structure collapsed as the crystallization progressed.

これらの課題に対し、特開2003−321211号公報ではテトラエチルオルトシリケート(TEOS)或いは珪酸ナトリウム溶液を細孔内に充填後80〜100℃でゲル化させ、結晶化熱処理をした後、酸またはアルカリを添加した水により充填物(ゲル化物)を除去して結晶性を向上させたメソ多孔質を形成する方法が提案されている。しかし、この方法では細孔内を選択的にゲル化物で充填するのが困難であり、また結晶化熱処理前に細孔内以外で反応したものだけを選択的に除去することは不可能であった。その為、結晶化熱処理を後の酸またはアルカリを添加した水による充填物(ゲル化物)の除去が不可欠であると共に、生成するメソポーラス酸化物の細孔も一部は維持されるものの多くが崩壊するという課題があった。すなわち、メソポーラス酸化物を結晶化前の細孔、細孔の周期性を維持したまま、細孔壁を高度に結晶化させる技術が切望されていた。
一方、メソポーラス酸化物の表面や細孔内の性状を制御すると、細孔の均一性や高い表面積を利用した、メソポーラス酸化物のより広範な応用展開が期待できる。しかし、今までのところ、それらの性状を有効に制御する方法は提案されていない。
In response to these problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-321411 discloses that tetraethylorthosilicate (TEOS) or sodium silicate solution is filled into pores and then gelled at 80 to 100 ° C. and subjected to crystallization heat treatment, followed by acid or alkali. There has been proposed a method of forming a mesoporous film with improved crystallinity by removing a filler (gelated product) with water to which is added. However, in this method, it is difficult to selectively fill the pores with a gelled product, and it is impossible to selectively remove only those reacted outside the pores before the crystallization heat treatment. It was. For this reason, it is indispensable to remove the filler (gelated product) with water added with acid or alkali after crystallization heat treatment, and many of the pores of the generated mesoporous oxide are maintained, but most of them collapse. There was a problem to do. That is, a technique for highly crystallizing the pore walls while maintaining the periodicity of the pores and pores before crystallization of the mesoporous oxide has been desired.
On the other hand, controlling the surface of the mesoporous oxide and the properties in the pores can be expected to develop a wider range of applications of mesoporous oxide using the uniformity of the pores and the high surface area. However, until now, no method for effectively controlling these properties has been proposed.

特開2003−321211号公報JP 2003-321111 A

本発明の課題は、表面や細孔内の性状が制御された熱安定性に優れたメソポーラス酸化物を提供すると共に、細孔の均一性が良好で高表面積を有する結晶性の高いメソポーラス酸化物を提供することである。   An object of the present invention is to provide a mesoporous oxide excellent in thermal stability with controlled properties in the surface and pores, and having high crystallinity and high crystallinity with good pore uniformity and high surface area Is to provide.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は以下の通りである。
1.メソポーラス酸化物(a)を、式(1)で表されるトリオルガノシラン単位、式(2)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位、式(3)で表されるジオキシオルガノシラン単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する化合物類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の変性剤化合物(b)を用いて変性処理することによって得
られる変性メソポーラス酸化物(A)。
3 Si− (1)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、水素原子、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。)
−(R2 SiO)− (2)
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。)

Figure 2010265174
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。) As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention is as follows.
1. The mesoporous oxide (a) is represented by a triorganosilane unit represented by the formula (1), a monooxydiorganosilane unit represented by the formula (2), and a dioxyorganosilane unit represented by the formula (3). A modified mesoporous oxide (A) obtained by modifying with at least one modifier compound (b) selected from the group consisting of compounds having at least one structural unit selected from the group consisting of:
R 3 Si- (1)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. (A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, a hydrogen atom, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group.)
- (R 2 SiO) - ( 2)
(In the formula, R is as defined in formula (1).)
Figure 2010265174
(In the formula, R is as defined in formula (1).)

2.メソポーラス酸化物(a)が、遷移金属を含有するメソポーラス酸化物であることを特徴とする上記1に記載の変性メソポーラス酸化物(A)。
3.該変性剤化合物(b)が、式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)であることを特徴とする上記1または2に記載の変性メソポーラス酸化物(A)。
x y z SiO(4-x-y-z)/2 (4)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。
また、式中Qは、下記(あ)〜(う)からなる群より選ばれる少なくとも1つの機能性付与基を含有する基である。
(あ)カルボキシル基あるいはその塩、リン酸基あるいはその塩、スルホン酸基あるいはその塩、アミノ基あるいはその塩、ポリオキシアルキレン基からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基。
(い)エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、(環状)酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、チオール基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの反応性基。
(う)少なくとも1つの分光増感基。
また、0<x<4、0<y<4、0≦z<4、及び(x+y+z)≦4である。)
2. 2. The modified mesoporous oxide (A) according to 1 above, wherein the mesoporous oxide (a) is a mesoporous oxide containing a transition metal.
3. 3. The modified mesoporous oxide (A) according to 1 or 2 above, wherein the modifier compound (b) is a Si-H group-containing silicon compound (b1) represented by the formula (4).
H x R y Q z SiO (4-xyz) / 2 (4)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group is represented.
In the formula, Q is a group containing at least one functionality-imparting group selected from the group consisting of (a) to (u) below.
(A) At least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, an amino group or a salt thereof, and a polyoxyalkylene group.
(Ii) Epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, (cyclic) acid anhydride group, keto group, carboxyl group, hydrazine residue, isocyanate group, isothiocyanate group, hydroxyl group, amino group, cyclic carbonate group, thiol group, At least one reactive group selected from the group consisting of ester groups;
(Iii) At least one spectral sensitizing group.
Further, 0 <x <4, 0 <y <4, 0 ≦ z <4, and (x + y + z) ≦ 4. )

4.該変性剤化合物(b)が、式(5)又は式(6)で表されるモノSi−H基含有化合物、式(7)で表される両末端Si−H基含有化合物、式(8)で表されるHシリコーン化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種のSi−H基含有ケイ素化合物(b1)であることを特徴とする上記1または2に記載の変性メソポーラス酸化物(A)。

Figure 2010265174
{(式中、R1 は各々独立して直鎖状または分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、
炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基、炭素数2〜30のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、水酸基、もしくは式(9)で表されるシロキシ基から選ばれた1種以上からなる基を表す。
−O−(R2 SiO)n −SiR3 ・・・(9)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。また、nは整数であり、0≦n≦1000である。)}
H−(R1 2SiO)m −SiR1 2−Q ・・・(6)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りである。Qは、下記(あ)〜(う)からなる群より選ばれる少なくとも1つの機能性付与基を含有する基である。
(あ)カルボキシル基あるいはその塩、リン酸基あるいはその塩、スルホン酸基あるいはその塩、アミノ基あるいはその塩、ポリオキシアルキレン基からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基。
(い)エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、(環状)酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、チオール基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの反応性基。
(う)少なくとも1つの分光増感基。
mは整数であり、0≦m≦1000である。)
H−(R1 2SiO)m −SiR1 2−H ・・・(7)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りである。mは整数であり、0≦m≦1000である。)
(R1HSiO)a(R1 2SiO)b(R1QSiO)c(R1 3SiO1/2 d・・・(8)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りであり、Qは式(6)で定義した通りである。aは1以上の整数であり、b及びcは0又は1以上の整数であり、(a+b+c)≦10000であり、そしてdは0又は2である。但し、(a+b+c)が2以上の整数であり且つd=0の場合、該Hシリコーン化合物は環状シリコーン化合物であり、d=2の場合、該Hシリコーン化合物は鎖状シリコーン化合物である。) 4). The modifier compound (b) is a mono-Si—H group-containing compound represented by the formula (5) or (6), a Si—H group-containing compound represented by the formula (7), a formula (8) The modified mesoporous oxide (A) according to 1 or 2 above, wherein the modified mesoporous oxide (A) is at least one Si-H group-containing silicon compound (b1) selected from the group consisting of H silicone compounds represented by
Figure 2010265174
{(Wherein R 1 is each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms,
A cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, It represents a group consisting of one or more selected from a hydroxyl group or a siloxy group represented by formula (9).
—O— (R 2 SiO) n —SiR 3 (9)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group, n is an integer, and 0 ≦ n ≦ 1000.)}
H- (R 1 2 SiO) m -SiR 1 2 -Q ··· (6)
(In the formula, R 1 is as defined in Formula (5). Q is a group containing at least one functionality-imparting group selected from the group consisting of the following (A) to (U)).
(A) At least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, an amino group or a salt thereof, and a polyoxyalkylene group.
(Ii) Epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, (cyclic) acid anhydride group, keto group, carboxyl group, hydrazine residue, isocyanate group, isothiocyanate group, hydroxyl group, amino group, cyclic carbonate group, thiol group, At least one reactive group selected from the group consisting of ester groups;
(Iii) At least one spectral sensitizing group.
m is an integer, and 0 ≦ m ≦ 1000. )
H- (R 1 2 SiO) m -SiR 1 2 -H ··· (7)
(In the formula, R 1 is as defined in Formula (5). M is an integer, and 0 ≦ m ≦ 1000.)
(R 1 HSiO) a (R 1 2 SiO) b (R 1 QSiO) c (R 1 3 SiO 1/2 ) d (8)
(In the formula, R 1 is as defined in formula (5), Q is as defined in formula (6), a is an integer of 1 or more, and b and c are 0 or an integer of 1 or more. (A + b + c) ≦ 10000 and d is 0 or 2. provided that when (a + b + c) is an integer of 2 or more and d = 0, the H silicone compound is a cyclic silicone compound, When d = 2, the H silicone compound is a chain silicone compound.)

5.光触媒活性を有することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の変性メソポーラス酸化物(A)。
6.Pt、Rh、Ru、Ir、Cu、Sn、Ni、Fe、W、Coよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物が坦持されてなる上記1〜5のいずれかに記載の変性メソポーラス酸化物(A)。
7.上記1〜6のいずれかに記載の変性メソポーラス酸化物(A)を熱処理することにより誘導される高結晶性メソポーラス酸化物(B)。
8.上記1〜6のいずれかに記載の変性メソポーラス酸化物(A)を溶媒で洗浄した後、熱処理することにより誘導される結晶性が向上したメソポーラス酸化物(B)。
9.熱処理の後に酸及び/又はアルカリ処理されてなる上記7または8に記載の高結晶性メソポーラス酸化物(B)。
10. Pt、Rh、Ru、Ir、Cu、Sn、Ni、Fe、W、Coよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物が坦持されてなる上記7〜9のいずれかに記載の高結晶性メソポーラス酸化物(B)。
5). 5. The modified mesoporous oxide (A) according to any one of 1 to 4 above, which has a photocatalytic activity.
6). 1 to 5 above, wherein at least one transition metal selected from the group consisting of Pt, Rh, Ru, Ir, Cu, Sn, Ni, Fe, W, Co and / or an oxide of the transition metal is supported. The modified mesoporous oxide (A) according to any one of the above.
7). The highly crystalline mesoporous oxide (B) induced | guided | derived by heat-processing the modified | denatured mesoporous oxide (A) in any one of said 1-6.
8). A mesoporous oxide (B) having improved crystallinity induced by heat-treating the modified mesoporous oxide (A) according to any one of the above 1 to 6 with a solvent.
9. 9. The highly crystalline mesoporous oxide (B) according to 7 or 8 above, which is subjected to an acid and / or alkali treatment after the heat treatment.
10. 7 to 9 above, wherein at least one transition metal selected from the group consisting of Pt, Rh, Ru, Ir, Cu, Sn, Ni, Fe, W, and Co and / or an oxide of the transition metal is supported. The highly crystalline mesoporous oxide (B) according to any one of the above.

本発明の変性メソポーラス酸化物は種々の機能を有すると共に、熱安定性に優れるため、結晶加熱処理により細孔構造やその均一性を保持したまま容易に結晶性が向上した高結晶性メソポーラス酸化物を得ることができる。   Since the modified mesoporous oxide of the present invention has various functions and is excellent in thermal stability, the crystalline mesoporous oxide is easily improved in crystallinity while maintaining the pore structure and its uniformity by crystal heating treatment. Can be obtained.

参考例1で得られたメソポーラス酸化ニオブのX線回折パターンを示す。2 shows an X-ray diffraction pattern of mesoporous niobium oxide obtained in Reference Example 1. 参考例1で得られたメソポーラス酸化ニオブの窒素吸着等温線を示す。2 shows a nitrogen adsorption isotherm of mesoporous niobium oxide obtained in Reference Example 1. 実施例1で得られた変性メソポーラス酸化ニオブの窒素吸着等温線を示す。2 shows a nitrogen adsorption isotherm of the modified mesoporous niobium oxide obtained in Example 1. 実施例1で得られたTHF洗浄後の変性メソポーラス酸化ニオブの窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the modified mesoporous niobium oxide after THF washing obtained in Example 1 is shown. 実施例1で得られた高結晶性メソポーラス酸化ニオブのX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the highly crystalline mesoporous niobium oxide obtained in Example 1 is shown. 実施例1で得られた高結晶性メソポーラス酸化ニオブの窒素吸着等温線を示す。2 shows a nitrogen adsorption isotherm of the highly crystalline mesoporous niobium oxide obtained in Example 1. 参考例2で得られたメソポーラス酸化チタンのX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the mesoporous titanium oxide obtained in Reference Example 2 is shown. 参考例2で得られたメソポーラス酸化チタンの窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the mesoporous titanium oxide obtained in Reference Example 2 is shown. 実施例2で得られた高結晶性メソポーラス酸化チタンのX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the highly crystalline mesoporous titanium oxide obtained in Example 2 is shown. 実施例2で得られた高結晶性メソポーラス酸化チタンの窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the highly crystalline mesoporous titanium oxide obtained in Example 2 is shown. 参考例3で得られたメソポーラスNbTa複合酸化物のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the mesoporous NbTa composite oxide obtained in Reference Example 3 is shown. 参考例3で得られたメソポーラスNbTa複合酸化物の窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the mesoporous NbTa composite oxide obtained in Reference Example 3 is shown. 実施例4で得られた高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物のX線回折パターンを示す。The X-ray-diffraction pattern of the highly crystalline mesoporous NbTa complex oxide obtained in Example 4 is shown. 実施例4で得られた高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物の窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide obtained in Example 4 is shown. 実施例4で得られたアルカリ処理後の高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物のX線回折パターンを示す。The X-ray-diffraction pattern of the highly crystalline mesoporous NbTa complex oxide after the alkali treatment obtained in Example 4 is shown. 実施例4で得られたアルカリ処理後の高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物の窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide after alkali treatment obtained in Example 4 is shown. 比較例1で得られた酸化ニオブ粉体のX線回折パターンを示す。The X-ray diffraction pattern of the niobium oxide powder obtained in Comparative Example 1 is shown. 比較例1で得られた酸化ニオブ粉体の窒素吸着等温線を示す。The nitrogen adsorption isotherm of the niobium oxide powder obtained in Comparative Example 1 is shown.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の変性メソポーラス酸化物(A)は、メソポーラス酸化物(a)を後述する少なくとも1種の変性剤化合物(b)を用いて変性処理することによって得られ、種々の機能を有すると共に熱安定性に優れることを特徴とする。
本発明によると、メソポーラス酸化物(a)の細孔内を、被覆率を制御して変性剤化合物(b)で被覆したり、変性剤化合物(b)で細孔内を充填したりすることができる。さらにメソポーラス酸化物(a)と相互作用をしていない変性剤化合物(b)およびその誘導体(変性剤化合物と水等から誘導される化合物)は溶媒洗浄や蒸留等によって容易に除去できる。即ち、本発明で提供される変性メソポーラス酸化物(A)は、細孔内や表面の変性程度が目的に応じて高度に制御されたものである。
本発明において変性とは、後述する少なくとも1種の変性剤化合物(b)を、メソポーラス酸化物(a)の表面(細孔表面及び粒子表面)に固定化することを意味する。上記の変性剤化合物のメソポーラス酸化物(a)表面への固定化は、ファン・デル・ワールス力(物理吸着)、クーロン力または化学結合によるものである。特に、化学結合を利用した変性は、変性剤化合物(b)とメソポーラス酸化物(a)との相互作用が強く、変性剤化合物がメソポーラス酸化物(a)の表面に強固に固定化されるので好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The modified mesoporous oxide (A) of the present invention is obtained by modifying the mesoporous oxide (a) with at least one modifier compound (b) described later, and has various functions and is thermally stable. It is characterized by excellent properties.
According to the present invention, the pores of the mesoporous oxide (a) are coated with the modifier compound (b) while controlling the coverage, or the pores are filled with the modifier compound (b). Can do. Furthermore, the modifier compound (b) not interacting with the mesoporous oxide (a) and its derivative (a compound derived from the modifier compound and water) can be easily removed by solvent washing or distillation. That is, the modified mesoporous oxide (A) provided in the present invention is one in which the degree of modification in the pores or on the surface is highly controlled depending on the purpose.
In the present invention, the modification means that at least one modifier compound (b) described later is immobilized on the surface (pore surface and particle surface) of the mesoporous oxide (a). Immobilization of the modifier compound on the surface of the mesoporous oxide (a) is based on van der Waals force (physical adsorption), Coulomb force or chemical bonding. In particular, the modification using chemical bonds has a strong interaction between the modifier compound (b) and the mesoporous oxide (a), and the modifier compound is firmly immobilized on the surface of the mesoporous oxide (a). preferable.

本発明において好適に使用できるメソポーラス酸化物(a)は、公知の方法、例えば有機溶媒に界面活性剤を溶解した溶液に、メソポーラス酸化物(a)の前駆体を加えて溶解させ、該前駆体を加水分解して高分子量化および自己組織化したゾル溶液とし、前記ゾル溶液から組織の安定化したゲルを得た後、該ゲルを好ましくは酸素が存在する雰囲気中において、好ましくは300℃〜700℃で焼成することにより得ることができる。
ここで、上記有機溶媒としては、例えばイソプロパノール、ブタノール、エタノール、メタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、トルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等やこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらの中で、界面活性剤及び金属酸化物の前駆体の溶解性からアルコール類が特に好ましい。
The mesoporous oxide (a) that can be suitably used in the present invention is prepared by adding a precursor of the mesoporous oxide (a) to a known method, for example, a solution in which a surfactant is dissolved in an organic solvent, and dissolving the precursor. Is hydrolyzed to obtain a high molecular weight and self-organized sol solution, and after obtaining a tissue-stabilized gel from the sol solution, the gel is preferably in an atmosphere in which oxygen is present, preferably at 300 ° C. to It can be obtained by baking at 700 ° C.
Here, examples of the organic solvent include alcohols such as isopropanol, butanol, ethanol, methanol, hexanol, ethylene glycol, butyl cellosolve, and butyl carbitol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone, tetrahydrofuran, and dioxane. Ethers, amides such as dimethylacetamide and dimethylformamide, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane and heptane, esters such as ethyl acetate and n-butyl acetate, chloroform , Halogen compounds such as methylene chloride and carbon tetrachloride, dimethyl sulfoxide, nitrobenzene, and a mixture of two or more thereof. Among these, alcohols are particularly preferable because of the solubility of the surfactant and the precursor of the metal oxide.

また、メソポーラス酸化物(a)を得るのに好適に使用できる上記界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤及びイオン性界面活性剤のいずれを用いても良いが、メソポーラス酸化物の細孔分布制御や界面活性剤の除去回収性の点などから非イオン性界面活性剤が好適に使用される。
上記の非イオン性界面活性剤としては特に制限がなく、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型のものを用いることができるが、メソポーラス酸化物合成時の構造安定性の点から、エーテル型、含窒素型のものが好ましい。エーテル型の非イオン性界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、単一鎖長ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン2級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステロールエーテル、ポリオキシエチレンラノリン誘導体、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。含窒素型の非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどが挙げられる。更に具体的に旭電化工業株式会社の非イオン性界面活性剤で例を挙げると、アデカプルロニック(L・p・Fシリーズ)、アデカプルロニック(TRシリーズ)、アデカトール(SOシリーズ)、アデカトール(LOシリーズ)、アデカトール(NP・OPL・OA・LA・SP・PCシリーズ)、アデカPEGシリーズ等を挙げることができる。
In addition, as the surfactant that can be suitably used for obtaining the mesoporous oxide (a), either a nonionic surfactant or an ionic surfactant may be used, but the pores of the mesoporous oxide may be used. Nonionic surfactants are preferably used from the viewpoints of distribution control and removal and recovery of surfactants.
The nonionic surfactant is not particularly limited, and ether type, ether ester type, ester type, nitrogen-containing type can be used, but from the viewpoint of structural stability during synthesis of mesoporous oxide, Ether-type and nitrogen-containing types are preferred. Examples of ether type nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ether, single chain length polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene secondary alcohol ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene sterol ether , Polyoxyethylene lanolin derivatives, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, polypropylene glycol, polyethylene glycol and the like. Examples of the nitrogen-containing nonionic surfactant include polyoxyethylene alkylamine. Specific examples of nonionic surfactants from Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. include Adekapluronic (LpF series), Adekapluronic (TR series), Adekator (SO series), Adekator (LO series). ), Adekator (NP / OPL / OA / LA / SP / PC series), Adeka PEG series, and the like.

また、上記イオン性界面活性剤としては、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラデシルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルジメチルベンジルアンモニウムブロミド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロリド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルピリジニウムクロリド、ヘキサデシルピリジニウムブロミド、メシチレンなどが挙げられる。また、カルボキシベタイン、アミノカルボン酸塩、イミダゾリヌウムベタイン等の両性界面活性剤も挙げることができる。   Examples of the ionic surfactant include dodecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium bromide, hexadecyldimethylbenzylammonium. Examples include chloride, hexadecyldimethylbenzylammonium bromide, octadecyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium bromide, hexadecylpyridinium chloride, hexadecylpyridinium bromide, mesitylene and the like. Moreover, amphoteric surfactants such as carboxybetaine, aminocarboxylate, imidazoline betaine can also be mentioned.

本発明において、メソポーラス酸化物(a)を得るのに好適に使用できる酸化物の前駆体としては、金属及び/又はSiの塩やアルコキシド、キレート化合物等やそれらの混合物を挙げることができる。ここで、メソポーラス酸化物(a)の前駆体として金属を含有するものを選択すると、生成するメソポーラス酸化物(a)は種々の触媒作用等が発現できるため好ましい。該金属としては特に制限はないが遷移金属を好適に用いることができ
る。本発明に最も好適に用いる事ができるメソポーラス酸化物(a)の前駆体としては、Ti、Ta、Nb、Zr、W、Mg、Al、La等の塩化物及び/又はアルコキシドを挙げることができる。
上述したメソポーラス酸化物(a)の形状は任意のものであることができるが、1次粒子径が1nm〜100μmの粒子であることが好ましい。また、細孔の大きさは0.1〜100nm、好ましくは1〜50nmである。
また、上記メソポーラス酸化物(a)として光触媒活性を有するものは、環境浄化や防汚、防曇等の分野へ応用が可能となり特に好ましい。ここで、光触媒活性とは、光照射によって酸化、還元反応を起こすことを言う。これらの光触媒活性は、例えば材料表面の光照射時における色素等の有機物の分解性を測定することにより判定することができる。光触媒活性を有する表面は、優れた汚染有機物質の分解活性や耐汚染性を発現する。
In the present invention, examples of the oxide precursor that can be suitably used to obtain the mesoporous oxide (a) include metal and / or Si salts, alkoxides, chelate compounds, and the like, and mixtures thereof. Here, when a metal-containing material is selected as the precursor of the mesoporous oxide (a), the generated mesoporous oxide (a) is preferable because it can exhibit various catalytic actions. Although there is no restriction | limiting in particular as this metal, A transition metal can be used conveniently. Examples of the precursor of the mesoporous oxide (a) that can be most preferably used in the present invention include chlorides and / or alkoxides such as Ti, Ta, Nb, Zr, W, Mg, Al, and La. .
The shape of the mesoporous oxide (a) described above can be arbitrary, but is preferably a particle having a primary particle diameter of 1 nm to 100 μm. The size of the pores is 0.1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm.
Further, the mesoporous oxide (a) having photocatalytic activity is particularly preferable because it can be applied to fields such as environmental purification, antifouling, and antifogging. Here, the photocatalytic activity means that an oxidation or reduction reaction is caused by light irradiation. These photocatalytic activities can be determined, for example, by measuring the decomposability of organic substances such as pigments when the material surface is irradiated with light. A surface having photocatalytic activity exhibits excellent decomposition activity and contamination resistance of contaminating organic substances.

本発明において、変性メソポーラス酸化物(A)を得るのに用いられる少なくとも1種の変性剤化合物(b)は、式(1)で表されるトリオルガノシラン単位、式(2)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位、式(3)で表されるジオキシオルガノシラン単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する化合物類よりなる群から選ばれる。
3 Si− (1)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、水素原子、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。)
−(R2 SiO)− (2)
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。)

Figure 2010265174
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。) In the present invention, at least one modifier compound (b) used to obtain the modified mesoporous oxide (A) is represented by the triorganosilane unit represented by the formula (1), the formula (2). It is selected from the group consisting of compounds having at least one structural unit selected from the group consisting of monooxydiorganosilane units and dioxyorganosilane units represented by formula (3).
R 3 Si- (1)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. (A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, a hydrogen atom, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group.)
- (R 2 SiO) - ( 2)
(In the formula, R is as defined in formula (1).)
Figure 2010265174
(In the formula, R is as defined in formula (1).)

本発明において、メソポーラス酸化物(a)の変性剤化合物(b)による変性処理は、水及び/又は有機溶媒の存在、あるいは非存在下において、前述したメソポーラス酸化物(a)と、同じく前述した変性剤化合物(b)を好ましくは質量比(a)/(b)=0.0001〜10000、より好ましくは(a)/(b)=0.001〜1000の割合で混合し、好ましくは0〜300℃、より好ましくは10〜150℃にて加熱することにより得ることができる。この際、変性剤化合物(b)の状態は液体、気体、固体、水及び/又は有機溶媒に溶解または分散した状態のいずれであっても良い。また、変性処理後に未反応の変性剤化合物(b)は、必要に応じ、蒸留や濾過、抽出等によって除去することもできる。   In the present invention, the modification treatment of the mesoporous oxide (a) with the modifier compound (b) is the same as the above-described mesoporous oxide (a) in the presence or absence of water and / or an organic solvent. The modifier compound (b) is preferably mixed at a mass ratio (a) / (b) = 0.0001 to 10000, more preferably (a) / (b) = 0.001 to 1000, preferably 0. It can be obtained by heating at ~ 300 ° C, more preferably at 10-150 ° C. At this time, the state of the modifier compound (b) may be any of a liquid, gas, solid, water and / or a state dissolved or dispersed in an organic solvent. Further, the unreacted modifier compound (b) after the modification treatment can be removed by distillation, filtration, extraction or the like, if necessary.

本発明の上記変性処理に於いて、メソポーラス酸化物(a)と変性剤化合物(b)の比が0.0001より小さいと、反応しない変性剤化合物(b)が多くなり変性処理が非効率となり好ましくない。また、メソポーラス酸化物(a)と変性剤化合物(b)の比が10000より大きくなると、変性処理による効果が十分に発現できないので好ましくない。
ここで上記変性処理を行う場合、好ましく使用できる有機溶媒としては、例えばトルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭
化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、エチレングリコール、ブチルセロソルブ、イソプロパノール、n−ブタノール、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等やこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
In the above modification treatment of the present invention, if the ratio of the mesoporous oxide (a) and the modifier compound (b) is less than 0.0001, the amount of the modifier compound (b) which does not react increases and the modification treatment becomes inefficient. It is not preferable. Further, if the ratio of the mesoporous oxide (a) to the modifier compound (b) is greater than 10,000, it is not preferable because the effect of the modification treatment cannot be sufficiently exhibited.
Here, when performing the above modification treatment, examples of organic solvents that can be preferably used include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, and heptane, ethyl acetate, and n-butyl acetate. Esters, ethylene glycol, butyl cellosolve, alcohols such as isopropanol, n-butanol, ethanol, methanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, dimethylacetamide, dimethylformamide, etc. Examples thereof include amides, halogen compounds such as chloroform, methylene chloride, and carbon tetrachloride, dimethyl sulfoxide, nitrobenzene, and a mixture of two or more thereof.

本発明の変性メソポーラス酸化物(A)を得るのに使用される上記変性剤化合物(b)としては、例えばSi−H基、加水分解性シリル基(アルコキシシリル基、ヒドロキシシリル基、ハロゲン化シリル基、アセトキシシリル基、アミノキシシリル基等)、エポキシ基、アセトアセチル基、チオール基、酸無水物基等のメソポーラス酸化物(a)と反応性を有するケイ素化合物等を挙げることができる。
また、上記変性剤化合物(b)の他の例としては、例えばメソポーラス酸化物(a)とファン・デル・ワールス力、クーロン力等により相互作用する構造、例えばポリオキシアルキレン基、スルホン酸基、カルボキシル基等を有するケイ素化合物等を挙げることができる。
Examples of the modifier compound (b) used to obtain the modified mesoporous oxide (A) of the present invention include Si—H groups, hydrolyzable silyl groups (alkoxysilyl groups, hydroxysilyl groups, silyl halides). Group, acetoxysilyl group, aminoxysilyl group, etc.), epoxy compounds, acetoacetyl groups, thiol groups, acid anhydride groups and other silicon compounds having reactivity with the mesoporous oxide (a).
Other examples of the modifier compound (b) include, for example, a structure that interacts with the mesoporous oxide (a) by van der Waals force, Coulomb force, etc., such as a polyoxyalkylene group, a sulfonic acid group, Examples thereof include a silicon compound having a carboxyl group.

本発明において、上記変性剤化合物(b)として、下記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)を用いると、非常に効率よくメソポーラス酸化物(a)表面を変性することができるため好ましい。
x y z SiO(4-x-y-z)/2 (4)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。
また、式中Qは、下記(あ)〜(う)からなる群より選ばれる少なくとも1つの機能性付与基を含有する基である。
(あ)カルボキシル基あるいはその塩、リン酸基あるいはその塩、スルホン酸基あるいはその塩、アミノ基あるいはその塩、ポリオキシアルキレン基からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基。
(い)エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、(環状)酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、チオール基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの反応性基。
(う)少なくとも1つの分光増感基。
また、0<x<4、0<y<4、0≦z<4、及び(x+y+z)≦4である。)
In the present invention, when the Si-H group-containing silicon compound (b1) represented by the following formula (4) is used as the modifier compound (b), the surface of the mesoporous oxide (a) is modified very efficiently. This is preferable.
H x R y Q z SiO (4-xyz) / 2 (4)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group is represented.
In the formula, Q is a group containing at least one functionality-imparting group selected from the group consisting of (a) to (u) below.
(A) At least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, an amino group or a salt thereof, and a polyoxyalkylene group.
(Ii) Epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, (cyclic) acid anhydride group, keto group, carboxyl group, hydrazine residue, isocyanate group, isothiocyanate group, hydroxyl group, amino group, cyclic carbonate group, thiol group, At least one reactive group selected from the group consisting of ester groups;
(Iii) At least one spectral sensitizing group.
Further, 0 <x <4, 0 <y <4, 0 ≦ z <4, and (x + y + z) ≦ 4. )

本発明において、上述したメソポーラス酸化物(a)の上記式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)による変性処理は、水及び/又は有機溶媒の存在、あるいは非存在下において、化合物(a)と該Si−H基含有ケイ素化合物(b1)を好ましくは質量比(a)/(b1)=0.0001〜10000、より好ましくは(a)/(b1)=0.001〜1000の割合で、好ましくは0〜200℃にて混合することにより実施できる。この際の混合は、液相、気相、固相のいずれの状態であっても良い。また、上記変性処理による化合物(a)とSi−H基含有ケイ素化合物(b1)との反応は、反応に伴って発生する水素ガス量を測定することにより定量することができる。   In the present invention, the modification treatment of the above-described mesoporous oxide (a) with the Si—H group-containing silicon compound (b1) represented by the above formula (4) is performed in the presence or absence of water and / or an organic solvent. In the above, the compound (a) and the Si-H group-containing silicon compound (b1) are preferably in a mass ratio (a) / (b1) = 0.0001 to 10000, more preferably (a) / (b1) = 0. It can implement by mixing in the ratio of 001-1000, Preferably it is 0-200 degreeC. The mixing at this time may be in any of a liquid phase, a gas phase, and a solid phase. In addition, the reaction between the compound (a) and the Si—H group-containing silicon compound (b1) by the modification treatment can be quantified by measuring the amount of hydrogen gas generated with the reaction.

本発明において、上記メソポーラス酸化物(a)のSi−H基含有ケイ素化合物(b1)による変性処理は、Si−H基に対する脱水素縮合触媒を使用して好ましくは0〜150℃で実施することもできる。
この場合、あらかじめ光還元法等の方法で脱水素縮合触媒をメソポーラス酸化物(a)
に固定し、上記Si−H基含有ケイ素化合物(b1)で変性処理しても良いし、脱水素縮合触媒の存在下に上記Si−H基含有化合物ケイ素(b1)でメソポーラス酸化物(a)を変性処理しても良い。
ここでSi−H基に対する脱水素縮合触媒とは、Si−H基とメソポーラス酸化物(a)の表面に存在する水酸基、さらには水等との脱水素縮合反応を加速する物質を意味し、該脱水素縮合触媒を使用することにより温和な条件でメソポーラス酸化物(a)の表面を変性することが可能となる。
In the present invention, the modification treatment of the mesoporous oxide (a) with the Si—H group-containing silicon compound (b1) is preferably performed at 0 to 150 ° C. using a dehydrogenative condensation catalyst for the Si—H group. You can also.
In this case, the mesoporous oxide (a) is used as the dehydrogenative condensation catalyst in advance by a method such as a photoreduction method.
And may be modified with the Si-H group-containing silicon compound (b1) or the mesoporous oxide (a) with the Si-H group-containing compound silicon (b1) in the presence of a dehydrogenative condensation catalyst. May be modified.
Here, the dehydrogenation condensation catalyst for the Si—H group means a substance that accelerates the dehydrogenation condensation reaction between the Si—H group and the surface of the mesoporous oxide (a), further water, etc. By using the dehydrogenative condensation catalyst, the surface of the mesoporous oxide (a) can be modified under mild conditions.

該脱水素縮合触媒としては、例えば白金族触媒、すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の単体及びその化合物や、銀、鉄、銅、コバルト、ニッケル、錫等の単体及びその化合物が挙げられる。これらの中で白金族触媒が好ましく、白金の単体及びその化合物が特に好ましい。
ここで、上記白金の化合物としては、例えば塩化白金(II)、テトラクロロ白金酸(II)、塩化白金(IV)、ヘキサクロロ白金酸(IV)、ヘキサクロロ白金(IV)アンモニウム、ヘキサクロロ白金(IV)カリウム、水酸化白金(II)、二酸化白金(IV)、ジクロロ−ジシクロペンタジエニル−白金(II)、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−オレフィン錯体等を使用することができる。
Examples of the dehydrogenative condensation catalyst include platinum group catalysts, that is, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum simple substance and compounds thereof, and simple substances such as silver, iron, copper, cobalt, nickel, tin and compounds thereof. Can be mentioned. Of these, platinum group catalysts are preferred, and platinum alone and its compounds are particularly preferred.
Here, examples of the platinum compound include platinum chloride (II), tetrachloroplatinic acid (II), platinum chloride (IV), hexachloroplatinic acid (IV), hexachloroplatinum (IV) ammonium, hexachloroplatinum (IV). Potassium, platinum (II) hydroxide, platinum (IV) dioxide, dichloro-dicyclopentadienyl-platinum (II), platinum-vinylsiloxane complex, platinum-phosphine complex, platinum-olefin complex, etc. can be used. .

また、本発明に好適に使用できるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)としては、例えば式(5)や式(6)で表されるモノSi−H基含有化合物、式(7)で表される両末端Si−H基含有化合物、式(8)で表されるHシリコーン化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種のSi−H基含有ケイ素化合物を挙げることができる。

Figure 2010265174
{(式中、R1は各々独立して直鎖状または分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数が1〜30個のフルオロアルキル基、炭素数2〜30のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、水酸基、もしくは式(9)で表されるシロキシ基から選ばれた1種以上からなる基を表す。
−O−(R2 SiO)n −SiR3 ・・・(9)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。また、nは整数であり、0≦n≦1000である。)}
H−(R1 2SiO)m −SiR1 2−Q ・・・(6)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りである。Qは、下記(あ)〜(う)からなる群より選ばれる少なくとも1つの機能性付与基を含有する基である。
(あ)カルボキシル基あるいはその塩、リン酸基あるいはその塩、スルホン酸基あるいはその塩、アミノ基あるいはその塩、ポリオキシアルキレン基からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基。
(い)エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、(環状)酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、チオール基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの反応性基。
(う)少なくとも1つの分光増感基。
mは整数であり、0≦m≦1000である。)
H−(R1 2SiO)m −SiR1 2−H ・・・(7)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りである。mは整数であり、0≦m≦1000である。)
(R1HSiO)a(R1 2SiO)b(R1 QSiO)c(R1 3SiO1/2d・・・(8)
(式中、R1 は式(5)で定義した通りであり、Qは式(6)で定義した通りである。aは1以上の整数であり、b及びcは0又は1以上の整数であり、(a+b+c)≦10000であり、そしてdは0又は2である。但し、(a+b+c)が2以上の整数であり且つd=0の場合、該Hシリコーン化合物は環状シリコーン化合物であり、d=2の場合、該Hシリコーン化合物は鎖状シリコーン化合物である。) Moreover, as a Si-H group containing silicon compound (b1) which can be used conveniently for this invention, the mono Si-H group containing compound represented by Formula (5) or Formula (6), for example, represented by Formula (7) And an Si-H group-containing compound having at least one selected from the group consisting of the Si-H group-containing compound at both ends and the H silicone compound represented by the formula (8).
Figure 2010265174
{(In the formula, each R1 is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon number of 1; From one or more selected from -30 fluoroalkyl groups, alkenyl groups having 2 to 30 carbon atoms, phenyl groups, alkoxy groups having 1 to 20 carbon atoms, hydroxyl groups, or siloxy groups represented by formula (9) Represents a group.
—O— (R 2 SiO) n —SiR 3 (9)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group, n is an integer, and 0 ≦ n ≦ 1000.)}
H- (R 1 2 SiO) m -SiR 1 2 -Q ··· (6)
(In the formula, R 1 is as defined in Formula (5). Q is a group containing at least one functionality-imparting group selected from the group consisting of the following (A) to (U)).
(A) At least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, an amino group or a salt thereof, and a polyoxyalkylene group.
(Ii) Epoxy group, acryloyl group, methacryloyl group, (cyclic) acid anhydride group, keto group, carboxyl group, hydrazine residue, isocyanate group, isothiocyanate group, hydroxyl group, amino group, cyclic carbonate group, thiol group, At least one reactive group selected from the group consisting of ester groups;
(Iii) At least one spectral sensitizing group.
m is an integer, and 0 ≦ m ≦ 1000. )
H- (R 1 2 SiO) m -SiR 1 2 -H ··· (7)
(In the formula, R 1 is as defined in Formula (5). M is an integer, and 0 ≦ m ≦ 1000.)
(R 1 HSiO) a (R 1 2 SiO) b (R 1 QSiO) c (R 1 3 SiO 1/2 ) d (8)
(In the formula, R 1 is as defined in formula (5), Q is as defined in formula (6), a is an integer of 1 or more, and b and c are 0 or an integer of 1 or more. (A + b + c) ≦ 10000 and d is 0 or 2. provided that when (a + b + c) is an integer of 2 or more and d = 0, the H silicone compound is a cyclic silicone compound, When d = 2, the H silicone compound is a chain silicone compound.)

本発明において、上記式(5)で表されるモノSi−H基含有化合物の具体例としては、例えばビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)エチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−プロピルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)i−プロピルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−ブチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)n−ヘキシルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)シクロヘキシルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)フェニルシラン、ビス(トリエチルシロキシ)メチルシラン、ビス(トリエチルシロキシ)エチルシラン、トリス(トリメチルシロキシ)シラン、トリス(トリエチルシロキシ)シラン、ペンタメチルジシロキサン、1,1,1,3,3,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、1,1,1,3,3,5,5,6,6−ノナメチルテトラシロキサン、トリメチルシラン、エチルジメチルシラン、メチルジエチルシラン、トリエチルシラン、フェニルジメチルシラン、ジフェニルメチルシラン、シクロヘキシルジメチルシラン、t−ブチルジメチルシラン、ジ−t−ブチルメチルシラン、n−オクタデシルジメチルシラン、トリ−n−プロピルシラン、トリ−i−プロピルシラン、トリ−i−ブチルシラン、トリ−n−ヘキシルシラン、トリフェニルシラン、アリルジメチルシラン、1−アリル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、クロロメチルジメチルシラン、7−オクテニルジメチルシラン、ジメチルメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、フェニルジメトキシシラン、フェニルメチルメトキシシラン、ジフェニルメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリス(イソプロポキシ)シラン等を挙げることができる。   In the present invention, specific examples of the mono-Si—H group-containing compound represented by the above formula (5) include, for example, bis (trimethylsiloxy) methylsilane, bis (trimethylsiloxy) ethylsilane, bis (trimethylsiloxy) n-propylsilane. Bis (trimethylsiloxy) i-propylsilane, bis (trimethylsiloxy) n-butylsilane, bis (trimethylsiloxy) n-hexylsilane, bis (trimethylsiloxy) cyclohexylsilane, bis (trimethylsiloxy) phenylsilane, bis (triethylsiloxy) ) Methylsilane, bis (triethylsiloxy) ethylsilane, tris (trimethylsiloxy) silane, tris (triethylsiloxy) silane, pentamethyldisiloxane, 1,1,1,3,3,5,5-heptamethyltrisiloxy 1,1,1,3,3,5,5,6,6-nonamethyltetrasiloxane, trimethylsilane, ethyldimethylsilane, methyldiethylsilane, triethylsilane, phenyldimethylsilane, diphenylmethylsilane, cyclohexyldimethylsilane , T-butyldimethylsilane, di-t-butylmethylsilane, n-octadecyldimethylsilane, tri-n-propylsilane, tri-i-propylsilane, tri-i-butylsilane, tri-n-hexylsilane, triphenyl Silane, allyldimethylsilane, 1-allyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, chloromethyldimethylsilane, 7-octenyldimethylsilane, dimethylmethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyldimethoxysilane, methyldiethoxy Silane, E cycloalkenyl dimethoxysilane, phenylmethyl silane, diphenyl silane, trimethoxysilane, triethoxysilane, mention may be made of tris (isopropoxy) silane.

これらのモノSi−H基含有化合物の中で、メソポーラス酸化物(a)の変性処理時におけるSi−H基の反応性(脱水素縮合反応)の良さから、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、トリス(トリメチルシロキシ)シラン、ペンタメチルジシロキサン等の分子中にシロキシ基を有するものや、ジメチルメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、フェニルジメトキシシラン、ジフェニルメトキシシラン、トリエトキシシラン等の分子中にアルコキシ基を有するものが好ましい。上記分子中にシロキシ基を有するモノSi−H基含有化合物は、メソポーラス酸化物(a)の表面との反応選択性に優れるため、特に好ましい。   Among these mono-Si-H group-containing compounds, bis (trimethylsiloxy) methylsilane, tris (), because of the good reactivity (dehydrogenation condensation reaction) of the Si-H group during the modification treatment of the mesoporous oxide (a). Those having a siloxy group in the molecule such as trimethylsiloxy) silane, pentamethyldisiloxane, dimethylmethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyldimethoxysilane, methyldiethoxysilane, phenyldimethoxysilane, diphenylmethoxysilane, triethoxysilane, etc. Those having an alkoxy group in the molecule are preferred. The mono-Si—H group-containing compound having a siloxy group in the molecule is particularly preferable because of excellent reaction selectivity with the surface of the mesoporous oxide (a).

本発明において、上記式(7)で表される両末端Si−H基含有化合物の具体例としては、例えば1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタメチルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジメチルシロキサン類や、1,1,3,3−テトラエチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサエチルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタエチルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジエチルシロキサン類や、1,1,3,3−テトラフェニルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサフェニルトリシロキサン、1,1,3,3,5,5,7,7−オクタフェニルテトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリジフェニルシロキサン類や、1,3−ジフェニル−1,3−ジメチル−ジシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリフェニル−トリシロキサン、1,3,5,7−テトラメチル−1,3,5,7−テトラフェニル−テトラシロキサン等の数平均分子量50000以下のH末端ポリフェニルメチルシロキサン類や、ジメチルシラン、エチルメチルシラン、ジエチルシラン、フェニルメチルシラン、ジフェニルシラン、シクロヘキシルメチルシラン、t−ブチルメチルシラン、ジ−t−ブチルシラン、n−オクタデシルメチルシラン、アリルメチルシラン等を例示することができる。   In the present invention, specific examples of the both-end Si—H group-containing compound represented by the above formula (7) include 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, 1,1,3,3,5, for example. , 5-hexamethyltrisiloxane, 1,1,3,3,5,5,7,7-octamethyltetrasiloxane and the like H-terminal polydimethylsiloxanes having a number average molecular weight of 50000 or less, Number average molecular weight of 50,000 or less such as 3-tetraethyldisiloxane, 1,1,3,3,5,5-hexaethyltrisiloxane, 1,1,3,3,5,5,7,7-octaethyltetrasiloxane H-terminal polydiethylsiloxanes, 1,1,3,3-tetraphenyldisiloxane, 1,1,3,3,5,5-hexaphenyltrisiloxane, 1,1,3,3,5,5 , 7,7-Octaf H-terminated polydiphenylsiloxanes having a number average molecular weight of 50000 or less such as nyltetrasiloxane, 1,3-diphenyl-1,3-dimethyl-disiloxane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5-triphenyl -H-terminal polyphenylmethylsiloxanes having a number average molecular weight of 50000 or less, such as trisiloxane, 1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetraphenyl-tetrasiloxane, dimethylsilane, ethylmethyl Examples thereof include silane, diethylsilane, phenylmethylsilane, diphenylsilane, cyclohexylmethylsilane, t-butylmethylsilane, di-t-butylsilane, n-octadecylmethylsilane, and allylmethylsilane.

本発明に用いる上記式(7)で表される両末端Si−H基含有化合物としては、メソポーラス酸化物(a)の変性処理時におけるSi−H基の反応性(脱水素縮合反応)の良さから、好ましくは数平均分子量が10000以下、より好ましくは2000以下、さらに好ましくは1000以下の両末端Si−H基含有化合物が好適に使用できる。
本発明に用いることができる上記式(8)で表されるHシリコーン化合物としては、変性処理時におけるメソポーラス酸化物(a)の凝集防止の点より、数平均分子量が、好ましくは10000以下、より好ましくは5000以下、さらに好ましくは2000以下のHシリコーン化合物が好適に使用できる。
また、上記一般式(4)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1)として、機能性付与基含有基(Q)を有するもの(式(6)、式(8)であってcが1以上の正数のもの等)を選択すると、本発明で得られる変性メソポーラス酸化物(A)に種々の機能を付与できるため好ましい。
As the Si-H group-containing compound represented by the above formula (7) used in the present invention, the reactivity (dehydrogenation condensation reaction) of the Si-H group during the modification treatment of the mesoporous oxide (a) is good. Therefore, a compound containing Si-H groups at both ends having a number average molecular weight of preferably 10,000 or less, more preferably 2000 or less, and still more preferably 1000 or less can be suitably used.
The H silicone compound represented by the above formula (8) that can be used in the present invention has a number average molecular weight of preferably 10,000 or less from the viewpoint of preventing aggregation of the mesoporous oxide (a) during the modification treatment. Preferably, an H silicone compound of 5000 or less, more preferably 2000 or less, can be suitably used.
Further, as the Si-H group-containing silicon compound (b1) represented by the general formula (4), those having a functional group-containing group (Q) (formula (6), formula (8) and c Is preferably a positive number of 1 or more, etc., because various functions can be imparted to the modified mesoporous oxide (A) obtained in the present invention.

ここで機能性付与基含有基(Q)は下式(10)で表される基であることが好ましい。
−Z−(W)a ・・・(10)
(式中、Zは分子量14〜50,000の(a−1)価の有機基を表し、Wは上記式(4)中の機能性付与基(あ)〜(う)からなる群から選ばれる少なくとも1つであり、aは1〜20の整数である。)
例えば機能性付与基含有基(Q)として、カルボキシル基あるいはその塩を含む1価の基、リン酸基あるいはその塩を含む1価の基、スルホン酸基あるいはその塩を含む1価の基、アミノ基あるいはその塩を含む1価の基、ポリオキシアルキレン基からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基[式(4)中の(あ)]を有するものを選択すると、得られる変性メソポーラス酸化物(A)の水に対する分散安定性が非常に良好なものとなる。
Here, the functional group-containing group (Q) is preferably a group represented by the following formula (10).
-Z- (W) a (10)
(In the formula, Z represents a (a-1) -valent organic group having a molecular weight of 14 to 50,000, and W is selected from the group consisting of the functional groups (A) to (U) in the above formula (4). And a is an integer of 1 to 20.)
For example, as the functional group-containing group (Q), a monovalent group containing a carboxyl group or a salt thereof, a monovalent group containing a phosphate group or a salt thereof, a monovalent group containing a sulfonic acid group or a salt thereof, Modification obtained by selecting one having at least one hydrophilic group selected from the group consisting of a monovalent group containing an amino group or a salt thereof, or a polyoxyalkylene group [(A) in formula (4)] The dispersion stability of the mesoporous oxide (A) in water is very good.

また、例えば機能性付与基含有基(Q)として、エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、環状酸無水物基、非環状酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、チオール基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの反応性基[式(4)中の(い)]を含有する基を選択すると本発明の変性メソポーラス酸化物(A)は架橋性を有する。
また、例えば機能性付与基含有基(Q)として、分光増感基を有するものを選択すると、本発明の変性メソポーラス酸化物(A)が光触媒活性を有する場合は、可視光領域及び/又は赤外光領域の光の照射による光触媒活性や光電変換機能を向上させることができる。
ここで、分光増感基とは、可視光領域及び/又は赤外光領域に吸収を持つ種々の金属錯体や有機色素(即ち、増感色素)に由来する基を意味する。
増感色素としては、例えばキサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、ローダシアニン系色素、スチリル系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、フタロシアニン系色素(金属錯体を含む)、ポルフィリン系色素(金属錯体を含む)、トリフェニルメタン系色素、ペリレン系色素、コロネン系色素、アゾ系色素、ニトロフェノール系色素、さらには例えば特開平1−220380号公報や特許出
願公表平5−504023号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛の錯体や、他にルテニウムレッド等の金属錯体を挙げることができる。
Further, for example, as a functional group-containing group (Q), an epoxy group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a cyclic acid anhydride group, an acyclic acid anhydride group, a keto group, a carboxyl group, a hydrazine residue, an isocyanate group, When a group containing at least one reactive group selected from the group consisting of an isothiocyanate group, a hydroxyl group, an amino group, a cyclic carbonate group, a thiol group and an ester group [(i) in formula (4)] is selected The modified mesoporous oxide (A) of the invention has crosslinkability.
Further, for example, when a group having a spectral sensitizing group is selected as the functional group-containing group (Q), when the modified mesoporous oxide (A) of the present invention has photocatalytic activity, the visible light region and / or red The photocatalytic activity and the photoelectric conversion function by irradiation of light in the outside light region can be improved.
Here, the spectral sensitizing group means a group derived from various metal complexes or organic dyes (that is, sensitizing dyes) having absorption in the visible light region and / or the infrared light region.
Examples of sensitizing dyes include xanthene dyes, oxonol dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, rhodocyanine dyes, styryl dyes, hemicyanine dyes, merocyanine dyes, phthalocyanine dyes (including metal complexes), Porphyrin dyes (including metal complexes), triphenylmethane dyes, perylene dyes, coronene dyes, azo dyes, nitrophenol dyes, and further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-220380 Examples include a complex of ruthenium, osmium, iron, and zinc described in Japanese Patent No. 504023, and a metal complex such as ruthenium red.

これらの増感色素の中で、400nm以上の波長領域で吸収を持ち、かつ最低空軌道のエネルギー準位(励起状態の酸化還元電位)がメソポーラス酸化物(a)の伝導帯のエネルギー準位より高いという特徴を有するものが好ましい。このような増感色素の特徴は、赤外・可視・紫外領域における光の吸収スペクトルの測定、電気化学的方法による酸化還元電位の測定( 例えばT.Tani, Photogr. Sci. Eng., 14, 72 (1970); R.W.Berriman et al., ibid., 17. 235 (1973); P.B.Gilman Jr., ibid., 18, 475 (1974)等) 、分子軌道法を用いたエネルギー準位の算定( 例えばT.Tani et al., Photogr. Sci. Eng., 11, 129 (1967); D.M.Sturmer et al., ibid., 17. 146 (1973); ibid., 18, 49 (1974); R.G.Selby et al., J. Opt. Soc. Am., 33, 1 (1970)等) 、更には光触媒と分光増感色素によって作成したGratzel 型湿式太陽電池の光照射による起電力の有無や効率等によって確認することができる。
上記の特徴を有する増感色素の例としては、9−フェニルキサンテン骨格を有する化合物、2,2−ビピリジン誘導体を配位子として含むルテニウム錯体、ペリレン骨格を有する化合物、フタロシアニン系金属錯体、ポルフィリン系金属錯体等を挙げることができる。
Among these sensitizing dyes, there is absorption in a wavelength region of 400 nm or more, and the energy level of the lowest vacant orbit (the redox potential in the excited state) is higher than the energy level of the conduction band of the mesoporous oxide (a). What has the characteristic of being high is preferable. Such sensitizing dyes are characterized by the measurement of absorption spectra of light in the infrared, visible, and ultraviolet regions, and the measurement of redox potential by electrochemical methods (for example, T. Tani, Photogr. Sci. Eng., 14, 72 (1970); RWBerriman et al., Ibid., 17. 235 (1973); PBGilman Jr., ibid., 18, 475 (1974), etc.), energy level calculation using molecular orbital method (e.g. T .Tani et al., Photogr. Sci. Eng., 11, 129 (1967); DMSturmer et al., Ibid., 17. 146 (1973); ibid., 18, 49 (1974); RGSelby et al., J. Opt. Soc. Am., 33, 1 (1970), etc.), and Gratzel-type wet solar cells made with photocatalysts and spectral sensitizing dyes. it can.
Examples of sensitizing dyes having the above characteristics include compounds having a 9-phenylxanthene skeleton, ruthenium complexes having 2,2-bipyridine derivatives as ligands, compounds having a perylene skeleton, phthalocyanine metal complexes, porphyrins A metal complex etc. can be mentioned.

本発明において、上述した機能性付与基含有基(Q)を有するSi−H基含有ケイ素化合物を得る方法としては、
(Q−1):下記一般式(11)で表されるSi−H基含有化合物と、機能性付与基[上記式(4)中の(あ)〜(う)]を有する炭素−炭素不飽和結合化合物をヒドロシリル化反応させる方法。
(Q−2):下記一般式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物と、反応性基[上記式(4)中の(い)]を有する炭素−炭素不飽和結合化合物をヒドロシリル化反応させて反応性基を有するSi−H基含有ケイ素化合物を得た後、該反応性基と反応性を有する機能性付与基含有化合物を反応させる方法が挙げられる。
(x+z) y SiO(4-X-Y-Z)/2 (11)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30のアルケニル基、フェニル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、水酸基を表す。 また、0<(x+z)<4、0<y<4、及び(x+y+z)≦4である。)
In the present invention, as a method of obtaining the Si—H group-containing silicon compound having the above-described functional group-containing group (Q),
(Q-1): a carbon-carbon non-carbon compound having a Si—H group-containing compound represented by the following general formula (11) and a functional group [(a) to (u) in the above formula (4)]. A method of hydrosilylating a saturated bond compound.
(Q-2): A carbon-carbon unsaturated bond compound having a Si—H group-containing silicon compound represented by the following general formula (11) and a reactive group [(i) in the above formula (4)]. Examples thereof include a method of reacting a functional group-containing compound having reactivity with the reactive group after obtaining a Si-H group-containing silicon compound having a reactive group through a hydrosilylation reaction.
H (x + z) R y SiO (4-XYZ) / 2 (11)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. It represents a fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group, and 0 <(x + z) <4, 0 <y <. 4 and (x + y + z) ≦ 4.)

まず、機能性付与基(Q)を有するSi−H基含有ケイ素化合物を得る方法として、上述した(Q−1)の方法[以下(Q−1)−方法]について説明する。 (Q−1)−方法において、上記式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物に、機能性付与基として親水性基を導入するのに用いる炭素−炭素不飽和結合化合物としては、カルボキシル基あるいはその塩、リン酸基あるいはその塩、スルホン酸基あるいはその塩、アミノ基あるいはその塩、ポリオキシアルキレン基、環状酸無水物からなる群から選ばれた少なくとも1つの親水性基を有するオレフィン類、アリルエーテル類、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、(メタ)アクリル酸エステル類、スチレン誘導体等が挙げられる。
上記親水性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物の好ましい具体例として、例えば式(12)で表されるポリオキシエチレン基含有アリルエーテルや、さらには5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、アリルコハク酸無水物等を挙げることができる。
CH2 =CHCH2 O(CH2 CH2 O)b 5 (12)
(式中、bは1〜1000の整数を表す。R5 は、水素原子或いは直鎖状または分岐状の炭素数が1〜30個のアルキル基を表す。)
First, as a method for obtaining a Si—H group-containing silicon compound having a functionality-imparting group (Q), the above-described method (Q-1) [hereinafter (Q-1) -method] will be described. In the (Q-1) -method, as the carbon-carbon unsaturated bond compound used for introducing a hydrophilic group as a functional group into the Si-H group-containing silicon compound represented by the above formula (11), At least one hydrophilic group selected from the group consisting of a carboxyl group or a salt thereof, a phosphoric acid group or a salt thereof, a sulfonic acid group or a salt thereof, an amino group or a salt thereof, a polyoxyalkylene group, and a cyclic acid anhydride. Examples thereof include olefins, allyl ethers, vinyl ethers, vinyl esters, (meth) acrylic acid esters, and styrene derivatives.
Preferable specific examples of the carbon-carbon unsaturated bond compound having a hydrophilic group include, for example, polyoxyethylene group-containing allyl ether represented by the formula (12), and further 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride And allyl succinic anhydride.
CH 2 = CHCH 2 O (CH 2 CH 2 O) b R 5 (12)
(In the formula, b represents an integer of 1 to 1000. R 5 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.)

また、上記式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物に反応性基を導入するのに用いる炭素−炭素不飽和結合化合物としては、エポキシ基、(メタ)アクリロイル基、(環状)酸無水物基、ケト基、カルボキシル基、ヒドラジン残基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、水酸基、アミノ基、環状カーボネート基、エステル基からなる群から選ばれた少なくとも1種の反応性基を有するオレフィン類、アリルエーテル類、アリルエステル類、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、(メタ)アクリル酸エステル類、スチレン誘導体等が挙げられる。
上記反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物の好ましい具体例として、例えばアリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸アリル、ジアリルエーテル、ジアリルフタレート、(メタ)アクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、エチレングリコールジ(メタ)アクリル酸エステル、無水マレイン酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、5−ヘキセン−2−オン、アリルイソシアネート、アリルアルコール、エチレングリコールモノアリルエーテル、アリルアミン、アリルイソチオシアネート、アリルセミカルバジド、(メタ)アクリル酸ヒドラジド、4−アリルオキシメチル−2−オキソ−1,3−ジオキソラン等を挙げることができる。
Moreover, as a carbon-carbon unsaturated bond compound used for introducing a reactive group into the Si—H group-containing silicon compound represented by the above formula (11), an epoxy group, a (meth) acryloyl group, (cyclic) Olefin having at least one reactive group selected from the group consisting of an acid anhydride group, keto group, carboxyl group, hydrazine residue, isocyanate group, isothiocyanate group, hydroxyl group, amino group, cyclic carbonate group, and ester group , Allyl ethers, allyl esters, vinyl ethers, vinyl esters, (meth) acrylic acid esters, styrene derivatives and the like.
Preferred specific examples of the carbon-carbon unsaturated bond compound having the reactive group include, for example, allyl glycidyl ether, glycidyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, diallyl ether, diallyl phthalate, vinyl (meth) acrylate. , Vinyl crotonic acid, ethylene glycol di (meth) acrylate, maleic anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, 5-hexen-2-one, allyl isocyanate, allyl alcohol, ethylene glycol monoallyl Examples include ether, allylamine, allyl isothiocyanate, allyl semicarbazide, (meth) acrylic acid hydrazide, 4-allyloxymethyl-2-oxo-1,3-dioxolane, and the like.

また、上記式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物に分光増感基を導入するのに用いる炭素−炭素不飽和結合化合物としては、前述した分光増感色素を有するオレフィン類、アリルエーテル類、アリルエステル類、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、(メタ)アクリル酸エステル類、スチレン誘導体等が挙げられる。これらは、例えば前述した反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物と、該反応性基と反応性を有する分光増感色素との反応によって容易に得ることができる。
例えば、反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物の反応性基がエポキシ基、(環状)酸無水物、イソシアネート基、イソチオシアネート基、環状カーボネート基、エステル基、ケト基、(メタ)アクリロイル基の場合は、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、ヒドラジン残基、(メタ)アクリロイル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有する分光増感色素であり、逆に反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物の反応性基がアミノ基、カルボキシル基、水酸基、ヒドラジン残基、(メタ)アクリロイル基の場合は、エポキシ基、(環状)酸無水物、イソシアネート基、イソチオシアネート基、環状カーボネート基、エステル基、ケト基、(メタ)アクリロイル基からなる群から選ばれた少なくとも1つの官能基を有する分光増感色素が挙げられる。
上記反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物とそれに反応性を有する分光増感色素との反応は、各々の反応性基の種類に応じた反応温度、反応圧力、溶媒等の反応条件を選択して実施できる。その際、分光増感色素の安定性の点から、反応温度としては300℃以下が好ましく、150℃以下0℃以上がさらに好ましい。
Moreover, as a carbon-carbon unsaturated bond compound used for introducing a spectral sensitizing group into the Si—H group-containing silicon compound represented by the above formula (11), olefins having the aforementioned spectral sensitizing dye, Examples include allyl ethers, allyl esters, vinyl ethers, vinyl esters, (meth) acrylic acid esters, styrene derivatives and the like. These can be easily obtained, for example, by reacting the above-described carbon-carbon unsaturated bond compound having a reactive group with a spectral sensitizing dye having reactivity with the reactive group.
For example, the reactive group of the carbon-carbon unsaturated bond compound having a reactive group is an epoxy group, (cyclic) acid anhydride, isocyanate group, isothiocyanate group, cyclic carbonate group, ester group, keto group, (meth) acryloyl. In the case of a group, it is a spectral sensitizing dye having at least one functional group selected from the group consisting of an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a hydrazine residue, and a (meth) acryloyl group, and has a reactive group. When the reactive group of the carbon-carbon unsaturated bond compound is an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a hydrazine residue, or a (meth) acryloyl group, an epoxy group, a (cyclic) acid anhydride, an isocyanate group, an isothiocyanate group, At least one functional group selected from the group consisting of a cyclic carbonate group, an ester group, a keto group, and a (meth) acryloyl group; Spectral sensitizing dye and the like.
The reaction between the carbon-carbon unsaturated bond compound having the reactive group and the spectral sensitizing dye having reactivity thereto is performed by changing reaction conditions such as reaction temperature, reaction pressure, and solvent according to the type of each reactive group. Can be selected and implemented. At that time, from the viewpoint of stability of the spectral sensitizing dye, the reaction temperature is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower and 0 ° C. or higher.

(Q−1)−方法において、上記炭素−炭素不飽和結合化合物と上記式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物とのヒドロシリル化反応は、好ましくは触媒の存在下、有機溶媒の存在下あるいは非存在下において0〜200℃で炭素−炭素不飽和結合化合物(C)と式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物(b1’)を、重量比(C)/(b1’)=0.01以上、より好ましくは(C)/(b1’)=0.01〜2、さらに好ましくは(C)/(b1’)=0.01〜1で接触させることにより行うことができる。
上記ヒドロシリル化反応の触媒としては、白金族触媒、すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の化合物が適しているが、特に白金の化合物とパラジウムの化合物が好適である。白金の化合物としては、例えば塩化白金(II)、テトラクロロ白金酸(II)、塩化白金(IV)、ヘキサクロロ白金酸(IV)、ヘキサクロロ白金(IV)アンモニウム、ヘキサクロロ白金(IV)カリウム、水酸化白金(II)、二酸化白金(IV)、ジクロロ−ジシクロペンタジエニル−白金(II)、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−オレフィン錯体や白金の単体、
アルミナやシリカや活性炭に固体白金を担持させたものが挙げられる。パラジウムの化合物としては、例えば塩化パラジウム(II)、塩化テトラアンミンパラジウム(II)酸アンモニウム、酸化パラジウム(II)等が挙げられる。
また、ヒドロシリル化反応に使用できる有機溶媒としては、例えばトルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド等のアミド類、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化合物類、ジメチルスルホキシド、ニトロベンゼン等やこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
In the (Q-1) -method, the hydrosilylation reaction between the carbon-carbon unsaturated bond compound and the Si—H group-containing silicon compound represented by the formula (11) is preferably performed in the presence of a catalyst in an organic solvent. The carbon-carbon unsaturated bond compound (C) and the Si—H group-containing silicon compound (b1 ′) represented by the formula (11) at 0 to 200 ° C. in the presence or absence of a weight ratio (C) /(B1′)=0.01 or more, more preferably (C) / (b1 ′) = 0.01 to 2, more preferably (C) / (b1 ′) = 0.01 to 1. Can be performed.
As the catalyst for the hydrosilylation reaction, platinum group catalysts, that is, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum compounds are suitable, and platinum compounds and palladium compounds are particularly suitable. Examples of platinum compounds include platinum (II) chloride, tetrachloroplatinic acid (II), platinum (IV) chloride, hexachloroplatinic acid (IV), hexachloroplatinum (IV) ammonium, hexachloroplatinum (IV) potassium, hydroxide Platinum (II), platinum dioxide (IV), dichloro-dicyclopentadienyl-platinum (II), platinum-vinylsiloxane complex, platinum-phosphine complex, platinum-olefin complex and platinum alone,
Examples include those in which solid platinum is supported on alumina, silica, or activated carbon. Examples of the palladium compound include palladium (II) chloride, ammonium tetraamminepalladium (II) chloride, and palladium (II) oxide.
Examples of the organic solvent that can be used in the hydrosilylation reaction include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, and heptane, esters such as ethyl acetate and n-butyl acetate, Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, amides such as dimethylacetamide and dimethylformamide, halogen compounds such as chloroform, methylene chloride and carbon tetrachloride, dimethyl sulfoxide, nitrobenzene and the like A mixture of two or more of these may be mentioned.

次に、機能性付与基を有するSi−H基含有ケイ素化合物を得る方法として、上述した(Q−2)の方法[以下(Q−2)−方法]について説明する。
(Q−2)−方法において使用される反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物としては、(Q−1)−方法において述べたものを挙げることができる。また、上述した式(11)で表されるSi−H基含有ケイ素化合物と該反応性基を有する炭素−炭素不飽和結合化合物とのヒドロシリル化反応は、(Q−1)−方法で述べたヒドロシリル化反応と同じ条件で実施することができる。
(Q−2)−方法によると、上記ヒドロシリル化反応によって反応性基を有するSi−H基含有ケイ素化合物を得ることができる。この反応性基を有するSi−H基含有ケイ素化合物とそれに反応性を有する機能性付与基含有化合物との反応は、各々の反応性基の種類に応じた反応温度、反応圧力、溶媒等の反応条件を選択して実施できる。その際、Si−H基の安定性の点から、反応温度としては300℃以下が好ましく、150℃以下0℃以上がさらに好ましい。
Next, as a method for obtaining a Si—H group-containing silicon compound having a functional group, the above-described method (Q-2) [hereinafter (Q-2) -method] will be described.
Examples of the carbon-carbon unsaturated bond compound having a reactive group used in the (Q-2) -method include those described in the (Q-1) -method. The hydrosilylation reaction between the Si—H group-containing silicon compound represented by the above formula (11) and the carbon-carbon unsaturated bond compound having the reactive group was described in the (Q-1) -method. It can be carried out under the same conditions as the hydrosilylation reaction.
According to the (Q-2) -method, a Si—H group-containing silicon compound having a reactive group can be obtained by the hydrosilylation reaction. The reaction between the Si-H group-containing silicon compound having a reactive group and the functional group-containing compound having reactivity therewith is a reaction of reaction temperature, reaction pressure, solvent, etc. according to the type of each reactive group. It can be implemented by selecting conditions. At that time, from the viewpoint of the stability of the Si—H group, the reaction temperature is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower and 0 ° C. or higher.

本発明によって得られた上記変性メソポーラス酸化物(A)は、有機溶媒分散性や樹脂相溶性の発現、架橋性能の発現等、様々な機能が付与され、構造熱安定性が向上したメソポーラス酸化物である。ここで、構造熱安定性とは、加熱時、特に結晶化熱処理時における細孔構造の安定性を意味する。
本発明の変性メソポーラス酸化物(A)は、構造熱安定性に優れるため、熱処理によって変性前のメソポーラス酸化物(a)の細孔構造を高度に維持した高結晶性メソポーラス酸化物(B)を得ることができる。この際の熱処理条件としては、メソポーラス酸化物(a)が結晶化する条件であれば制限はないが、例えば空気中、真空中、窒素気流中、アルゴン気流中、ヘリウム気流中等の雰囲気下で、300〜2000℃、好ましくは400〜1500℃において、好ましくは1分以上、更に好ましくは1〜100時間保持することが好ましい。
また、変性メソポーラス酸化物(A)を熱処理する前に溶媒で洗浄すると、未反応の変性剤化合物(b)が除去できるため生成する高結晶性メソポーラス酸化物(B)の細孔径が変性前のメソポーラス酸化物(a)の状態をより高度に維持でき、高表面積となるため好ましい。該溶媒としては、メソポーラス酸化物(a)を変性剤化合物(b)で変性処理する際に好適に使用できる、上述した水及び/または有機溶媒を例示することができる。
The modified mesoporous oxide (A) obtained by the present invention has various functions such as organic solvent dispersibility, resin compatibility, and crosslinking performance, and has improved structural thermal stability. It is. Here, the structural thermal stability means the stability of the pore structure during heating, particularly during crystallization heat treatment.
Since the modified mesoporous oxide (A) of the present invention is excellent in structural thermal stability, a highly crystalline mesoporous oxide (B) in which the pore structure of the mesoporous oxide (a) before modification is highly maintained by heat treatment is obtained. Obtainable. The heat treatment conditions at this time are not limited as long as the mesoporous oxide (a) is crystallized. For example, in an atmosphere such as air, vacuum, nitrogen stream, argon stream, helium stream, It is preferable to hold at 300 to 2000 ° C, preferably 400 to 1500 ° C, preferably for 1 minute or more, and more preferably for 1 to 100 hours.
Further, when the modified mesoporous oxide (A) is washed with a solvent before heat treatment, the unreacted modifier compound (b) can be removed, so that the pore size of the highly crystalline mesoporous oxide (B) to be generated is The state of the mesoporous oxide (a) can be maintained at a higher level and is preferable because the surface area becomes high. Examples of the solvent include the above-described water and / or organic solvents that can be suitably used when the mesoporous oxide (a) is modified with the modifier compound (b).

本発明において、上記メソポーラス酸化物の細孔構造維持は変性処理前後および熱処理前後における窒素吸着等温線の測定やTEM観察等によって評価する事ができる。また、メソポーラス酸化物の結晶性は、例えばX線回折(XRD)等により通常の方法で評価することができる。
本発明において、変性メソポーラス酸化物(A)の熱処理によって得られる高結晶性メソポーラス酸化物(B)は、酸またはアルカリ処理、またはそれらの組み合わせ処理により変性前のメソポーラス酸化物(a)の細孔径の状態をより高度に維持することができる。
上記酸としては、例えば塩酸等のハロゲン化水素、硫酸、硝酸、トリクロル酢酸等のカルボン酸、p−トルエンスルホン酸等を挙げることをできる。
また、上記アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、ナトリウムメチラート等のナトリウムアルコキシド、カリウムメチラート等のカリウムアルコキシド等を挙げることができる。
上記高結晶性メソポーラス酸化物(B)の酸またはアルカリ処理は、水及び/または親水性の溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミド類、ジメチルスルホキシド等)中で実施することが好ましい。
In the present invention, the maintenance of the pore structure of the mesoporous oxide can be evaluated by measuring nitrogen adsorption isotherms before and after the modification treatment and before and after the heat treatment, TEM observation, and the like. The crystallinity of the mesoporous oxide can be evaluated by an ordinary method, for example, by X-ray diffraction (XRD).
In the present invention, the highly crystalline mesoporous oxide (B) obtained by heat treatment of the modified mesoporous oxide (A) is obtained by subjecting the pore size of the mesoporous oxide (a) before modification to an acid or alkali treatment or a combination treatment thereof. Can be maintained at a higher level.
Examples of the acid include hydrogen halides such as hydrochloric acid, carboxylic acids such as sulfuric acid, nitric acid and trichloroacetic acid, and p-toluenesulfonic acid.
Examples of the alkali include sodium alkoxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and sodium methylate, and potassium alkoxides such as potassium methylate.
The acid or alkali treatment of the highly crystalline mesoporous oxide (B) is preferably carried out in water and / or a hydrophilic solvent (alcohols, ethers, ketones, amides, dimethyl sulfoxide, etc.).

本発明において、変性メソポーラス酸化物(A)の熱処理によって得られる高結晶性メソポーラス酸化物(B)は、変性メソポーラス酸化物(A)表面に存在する上記変性剤化合物(b)に由来する珪素原子に結合した有機基(R)の少なくとも一部(好ましくは5モル%以上、更に好ましくは50モル%以上)が水酸基及び/又は該水酸基の脱水縮合反応で生成するシロキサン結合に変換された状態である。
本発明の変性メソポーラス酸化物(A)または高結晶性メソポーラス酸化物(B)において、半導体特性を有するものはバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーの光を照射することにより親水性及び/又は光触媒活性、さらには光電変換機能を示す。
In the present invention, the highly crystalline mesoporous oxide (B) obtained by heat treatment of the modified mesoporous oxide (A) is a silicon atom derived from the modifier compound (b) present on the surface of the modified mesoporous oxide (A). In a state where at least a part (preferably 5 mol% or more, more preferably 50 mol% or more) of the organic group (R) bonded to is converted to a hydroxyl group and / or a siloxane bond formed by a dehydration condensation reaction of the hydroxyl group. is there.
In the modified mesoporous oxide (A) or the highly crystalline mesoporous oxide (B) of the present invention, those having semiconductor characteristics are hydrophilic and / or photocatalytic activity by irradiating light with energy higher than the band gap energy. Furthermore, the photoelectric conversion function is shown.

また、光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)または高結晶性メソポーラス酸化物(B)は、Pt、Rh、Ru、Ir、Cu、Sn、Ni、Fe、W、Coよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物を担持することにより光触媒活性が向上させることが可能である。これら遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物の担持方法としては、例えば担持する遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物の前駆体を変性メソポーラス酸化物(A)または高結晶性メソポーラス酸化物(B)に共存させて加熱する方法(焼成法)や光を照射する方法(光電着法)、及びそれらの組み合わせ等を挙げる事ができる。
本発明において、上記バンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーの光の光源としては、太陽光や室内照明灯等の一般住宅環境下で得られる光の他、ブラックライト、キセノンランプ、水銀灯、LED等の光が利用できる。
本発明の変性メソポーラス酸化物(A)または高結晶性メソポーラス酸化物(B)であって、有機物分解等の光触媒活性を有するものは、抗菌、防汚、防臭、NOx分解等の様々な機能を発現し、大気、水等の環境浄化等の用途に使用することができるため非常に好ましい。
The modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity is selected from the group consisting of Pt, Rh, Ru, Ir, Cu, Sn, Ni, Fe, W, and Co. It is possible to improve the photocatalytic activity by supporting at least one transition metal and / or oxide of the transition metal. As a method for supporting these transition metals and / or oxides of the transition metals, for example, the transition metal to be supported and / or the precursor of the oxide of the transition metal may be modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide. Examples thereof include a method of heating in the presence of (B) (baking method), a method of irradiating light (photoelectric deposition method), and combinations thereof.
In the present invention, as a light source of light having energy higher than the band gap energy, in addition to light obtained in a general residential environment such as sunlight and indoor lighting, light such as black light, xenon lamp, mercury lamp, LED, etc. Is available.
The modified mesoporous oxide (A) or the highly crystalline mesoporous oxide (B) of the present invention, which has photocatalytic activity such as organic matter decomposition, has various functions such as antibacterial, antifouling, deodorizing, and NOx decomposition. It is highly preferred because it is expressed and can be used for environmental purification such as air and water.

以下の実施例、参考例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
実施例、参考例及び比較例中において、各種の物性は下記の方法で測定した。
1.X線回折(XRD)
X線回折(XRD)はRINT−2100(Rigaku(株)製)を用いて測定した。
2.窒素吸着等温線
窒素吸着等温線はSA3100(Coulter 社製)を用いて測定した。窒素吸着量(Y軸/容積(mL/g))の急激に増加する相対圧(P/P0)(X軸)領域と細孔径とが対応するする。立ち上がりの程度は細孔容積と関連する。
3.TEM観察
TEM観察は、JEM2010F(JEOL(株)製)を用い、加速電圧200kVで実施した。
・装置:日立製HF2000型
4.赤外線吸収スペクトル
赤外線吸収スペクトルは、FT/IR−410(日本分光(株)製)を用い、デュラサ
ンプラーIR(エス.ティ.ジャパン(株))で拡散反射スペクトルとして測定した。
The following examples, reference examples and comparative examples will specifically explain the present invention, but these do not limit the scope of the present invention.
In Examples, Reference Examples and Comparative Examples, various physical properties were measured by the following methods.
1. X-ray diffraction (XRD)
X-ray diffraction (XRD) was measured using RINT-2100 (Rigaku Co., Ltd.).
2. Nitrogen adsorption isotherm The nitrogen adsorption isotherm was measured using SA3100 (Coulter). The relative pressure (P / P0) (X axis) region in which the nitrogen adsorption amount (Y axis / volume (mL / g)) increases rapidly corresponds to the pore diameter. The degree of rise is related to the pore volume.
3. TEM observation TEM observation was performed using JEM2010F (manufactured by JEOL Co., Ltd.) at an acceleration voltage of 200 kV.
Apparatus: Hitachi HF2000 type Infrared absorption spectrum The infrared absorption spectrum was measured as a diffuse reflection spectrum using FT / IR-410 (manufactured by JASCO Corporation) with Dura Sampler IR (ST Japan Co., Ltd.).

5.有機溶剤分散性
トルエン2gにサンプル0.01gを添加して1分間超音波処理を行ってから5分間静置した後、サンプルの分散の程度(目視で評価)に基づき、有機溶剤分散性を以下の3段階で評価した。
◎:サンプルが完全に分散。
○:サンプルがわずかに沈殿。
×:サンプルが完全に沈殿。
6.光触媒活性
メチレンブルーの0.01 mmol/lの水溶液10gにサンプル0.01gを添加し、撹拌下において東芝ライテック製FL20SBLB型ブラックライトを3時間照射した後、メチレンブルーの分解の程度(退色の程度に基づき、目視で評価)に基づき、光触媒の活性を以下の4段階で評価した。
なおこのときの光強度は、トプコン製UVR−2型紫外線強度計を用いて測定した紫外線強度(受光部として、上記UD−36型受光部を使用)が1mW/cm2 となるように調整した。
◎:メチレンブルーの青色が消失し、透明になる。
○:メチレンブルーの青色がわずかに残る。
△:メチレンブルーの青色が、試験前に比べて薄くなる。
×:メチレンブルーの青色が、試験前とほぼ同じ。
5). Dispersibility of organic solvent 0.01 g of sample was added to 2 g of toluene and the mixture was sonicated for 1 minute and allowed to stand for 5 minutes. Then, based on the degree of dispersion of the sample (visual evaluation), It was evaluated in three stages.
A: The sample is completely dispersed.
○: The sample is slightly precipitated.
X: The sample is completely precipitated.
6). Photocatalytic activity 0.01 g of a sample was added to 10 g of a 0.01 mmol / l aqueous solution of methylene blue, and after irradiation with a FL20SBLB type black light made by Toshiba Lighting & Technology under stirring for 3 hours, the degree of decomposition of methylene blue (based on the degree of fading) ), The activity of the photocatalyst was evaluated in the following four stages.
The light intensity at this time was adjusted so that the ultraviolet intensity (using the UD-36 type light receiving part as the light receiving part) measured with a Topcon UVR-2 type ultraviolet intensity meter was 1 mW / cm 2 . .
A: Blue of methylene blue disappears and becomes transparent.
○: Methylene blue slightly remains blue.
Δ: Blue color of methylene blue becomes lighter than before the test.
×: Blue color of methylene blue is almost the same as before the test.

[参考例1]
メソポーラス酸化ニオブの調製
界面活性剤として、P123〔商品名、BASF社製:(HO(CH2 CH2 O)20(CH2 CH(CH3 )O)70(CH2 CH2 O)20H)1gをビーカー内に仕込み、これに10gのn−プロパノールを加え、撹拌して前記界面活性剤を溶解させた。これに五塩化ニオブ(NbCl5)1.89g(7mmol)を加え、20分間撹拌溶解させた。次いで加水分解のために水を1.26g(70mmol)を加えて更に10分間撹拌した。得られたゾル溶液をシャーレに移し、40℃の恒温槽で7日間熟成した後、空気雰囲気下の電気炉中にて450℃で5時間焼成することにより化合物(1)を得た。
得られた化合物(1)のX線回折(XRD)を図1に示す。また、図2に化合物(1)の窒素吸着等温線を示す。これらの結果より、得られた化合物(1)は、BET表面積205m2 /g、細孔径6.0nmのアモルファスのメソポーラス酸化ニオブであることがわかる。また、TEM観察の結果、メソポーラス酸化ニオブは2次元ヘキサゴナル構造であることが確認できた。
[Reference Example 1]
Preparation of mesoporous niobium oxide As a surfactant, P123 [trade name, manufactured by BASF: (HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H) 1 g was charged into a beaker, 10 g of n-propanol was added thereto, and the mixture was stirred to dissolve the surfactant. To this, 1.89 g (7 mmol) of niobium pentachloride (NbCl5) was added and dissolved by stirring for 20 minutes. Next, 1.26 g (70 mmol) of water was added for hydrolysis, and the mixture was further stirred for 10 minutes. The obtained sol solution was transferred to a petri dish, aged for 7 days in a constant temperature bath at 40 ° C., and then baked at 450 ° C. for 5 hours in an electric furnace in an air atmosphere to obtain Compound (1).
The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound (1) is shown in FIG. FIG. 2 shows a nitrogen adsorption isotherm of the compound (1). From these results, it is found that the obtained compound (1) is amorphous mesoporous niobium oxide having a BET surface area of 205 m 2 / g and a pore diameter of 6.0 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that mesoporous niobium oxide had a two-dimensional hexagonal structure.

[実施例1]
還流冷却器、温度計および撹拌装置を有する反応器に参考例1で合成したメソポーラス酸化ニオブ0.8gを添加し70℃に昇温した。これに4.0gのビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを70℃にて撹拌下に約5分かけて添加し、さらに70℃で5時間撹拌を続けた。ビス(トリメチルシロキシ)メチルシランの反応に伴い生成した水素ガス量は23℃において27.0mlであった。続いて、反応液から未反応のビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを減圧加熱除去し、変性メソポーラス酸化ニオブを得た。得られた変性メソポーラス酸化ニオブの赤外線吸収スペクトルを測定したところ、Si−CH3 基の吸収(1271cm-1)が観測された。
得られた変性メソポーラス酸化ニオブの有機溶剤分散性は良好(○)であり、変性前のメソポーラス酸化ニオブの有機溶剤分散性(×)が変性処理により向上していた。
得られた変性メソポーラス酸化ニオブ0.1gをテトラヒドロフラン(THF)40mlに入れ、60℃で30分撹拌した後、吸引濾過することにより変性メソポーラス酸化ニ
オブを洗浄した。
[Example 1]
0.8 g of mesoporous niobium oxide synthesized in Reference Example 1 was added to a reactor having a reflux condenser, a thermometer, and a stirring device, and the temperature was raised to 70 ° C. To this, 4.0 g of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was added with stirring at 70 ° C. over about 5 minutes, and stirring was further continued at 70 ° C. for 5 hours. The amount of hydrogen gas produced by the reaction of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was 27.0 ml at 23 ° C. Subsequently, unreacted bis (trimethylsiloxy) methylsilane was removed from the reaction solution by heating under reduced pressure to obtain modified mesoporous niobium oxide. When an infrared absorption spectrum of the obtained modified mesoporous niobium oxide was measured, absorption of an Si—CH 3 group (1271 cm −1 ) was observed.
The organic solvent dispersibility of the obtained modified mesoporous niobium oxide was good (◯), and the organic solvent dispersibility (x) of the mesoporous niobium oxide before modification was improved by the modification treatment.
0.1 g of the obtained modified mesoporous niobium oxide was put in 40 ml of tetrahydrofuran (THF), stirred at 60 ° C. for 30 minutes, and then filtered by suction to wash the modified mesoporous niobium oxide.

THF洗浄前の変性メソポーラス酸化ニオブの窒素吸着等温線を図3に、THF洗浄後の窒素吸着等温線を図4に示す。THF洗浄前の変性メソポーラス酸化ニオブのBET表面積は35m2 /gであるのに対し、THF洗浄後はBET表面積129m2 /gとなり、THF洗浄により表面積が増大した。
また、X線回折(XRD)の測定により、変性メソポーラス酸化ニオブはTHF洗浄前後において、どちらもアモルファスである事が観察された。
続いてTHF洗浄した変性メソポーラス酸化ニオブを空気中において670℃で3時間熱処理した。得られた化合物のX線回折(XRD)を図5に示す。また、図6に窒素吸着等温線の測定結果を示す。これらの結果より、得られた化合物は、表面積136m2 /g、細孔径6.0nmの高結晶性のメソポーラス酸化ニオブであることがわかる。また、TEM観察の結果、得られた高結晶性メソポーラス酸化ニオブは2次元ヘキサゴナル構造であることが確認できた。
FIG. 3 shows the nitrogen adsorption isotherm of the modified mesoporous niobium oxide before washing with THF, and FIG. 4 shows the nitrogen adsorption isotherm after washing with THF. The BET surface area of the modified mesoporous niobium oxide before the THF cleaning was 35 m 2 / g, whereas the BET surface area after the THF cleaning was 129 m 2 / g, and the surface area increased by the THF cleaning.
Further, it was observed by X-ray diffraction (XRD) that the modified mesoporous niobium oxide was amorphous before and after the THF cleaning.
Subsequently, the modified mesoporous niobium oxide washed with THF was heat-treated in air at 670 ° C. for 3 hours. The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound is shown in FIG. Moreover, the measurement result of a nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. These results show that the obtained compound is highly crystalline mesoporous niobium oxide having a surface area of 136 m 2 / g and a pore diameter of 6.0 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that the obtained highly crystalline mesoporous niobium oxide had a two-dimensional hexagonal structure.

[参考例2]
メソポーラス酸化チタンの調製
界面活性剤として、P85〔商品名、BASF社製:HO(CH2 CH2 O)26(CH2 CH(CH3 )O)39(CH2 CH2 O)26H〕1gをビーカー内に仕込み、これに10gのn−プロパノールを加え、撹拌して前記界面活性剤を溶解させた。これにチタンテトライソプロポキシド(Ti(i−PrO)4 )2.84g(10mmol)を加え、20分間撹拌溶解させた。次いで36質量%塩酸0.85ml(0.01mol)を加えて更に10分間撹拌した。得られたゾル溶液をシャーレに移し、40℃の恒温槽で7日間熟成した後、空気雰囲気下の電気炉中にて300℃で10時間焼成することにより化合物(2)を得た。
得られた化合物(2)のX線回折(XRD)を図7に示す。また、図8に化合物(2)の窒素吸着等温線を示す。これらの結果より、得られた化合物(2)は、BET表面積291m2 /g、細孔径3.7nmのアモルファスのメソポーラス酸化チタンであることがわかる。また、TEM観察の結果、メソポーラス酸化チタンはワーム−ホール構造であることが確認できた。
[Reference Example 2]
Preparation of mesoporous titanium oxide As a surfactant, P85 [trade name, manufactured by BASF: HO (CH 2 CH 2 O) 26 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 39 (CH 2 CH 2 O) 26 H] 1 g In a beaker, 10 g of n-propanol was added thereto, and the mixture was stirred to dissolve the surfactant. To this, 2.84 g (10 mmol) of titanium tetraisopropoxide (Ti (i-PrO) 4 ) was added and dissolved with stirring for 20 minutes. Next, 0.85 ml (0.01 mol) of 36 mass% hydrochloric acid was added, and the mixture was further stirred for 10 minutes. The obtained sol solution was transferred to a petri dish, aged in a constant temperature bath at 40 ° C. for 7 days, and then baked at 300 ° C. for 10 hours in an electric furnace under an air atmosphere to obtain a compound (2).
The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound (2) is shown in FIG. FIG. 8 shows a nitrogen adsorption isotherm of the compound (2). From these results, it is understood that the obtained compound (2) is amorphous mesoporous titanium oxide having a BET surface area of 291 m 2 / g and a pore diameter of 3.7 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that mesoporous titanium oxide had a worm-hole structure.

[実施例2]
還流冷却器、温度計および撹拌装置を有する反応器に参考例2で合成したメソポーラス酸化チタン0.8gを添加し70℃に昇温した。これに4.0gのビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを70℃にて撹拌下に約5分かけて添加し、さらに70℃で5時間撹拌を続けた。ビス(トリメチルシロキシ)メチルシランの反応に伴い生成した水素ガス量は23℃において67.0mlであった。続いて、反応液から未反応のビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを減圧加熱除去し、変性メソポーラス酸化チタンを得た。得られた変性メソポーラス酸化チタンの赤外線吸収スペクトルを測定したところ、Si−CH3 基の吸収(1271cm-1)が観測された。
得られた変性メソポーラス酸化チタンの有機溶剤分散性は良好(○)であり、変性前のメソポーラス酸化チタンの有機溶剤分散性(×)が変性処理により向上していた。
得られた変性メソポーラス酸化チタン0.1gをテトラヒドロフラン(THF)40mlに入れ、60℃で30分撹拌した後、吸引濾過することにより変性メソポーラス酸化チタンを洗浄した。
[Example 2]
0.8 g of mesoporous titanium oxide synthesized in Reference Example 2 was added to a reactor having a reflux condenser, a thermometer, and a stirring device, and the temperature was raised to 70 ° C. To this, 4.0 g of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was added with stirring at 70 ° C. over about 5 minutes, and stirring was further continued at 70 ° C. for 5 hours. The amount of hydrogen gas produced by the reaction of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was 67.0 ml at 23 ° C. Subsequently, unreacted bis (trimethylsiloxy) methylsilane was removed from the reaction solution by heating under reduced pressure to obtain modified mesoporous titanium oxide. When the infrared absorption spectrum of the obtained modified mesoporous titanium oxide was measured, absorption (1271 cm −1 ) of Si—CH 3 group was observed.
The organic solvent dispersibility of the obtained modified mesoporous titanium oxide was good (◯), and the organic solvent dispersibility (×) of the mesoporous titanium oxide before modification was improved by the modification treatment.
0.1 g of the obtained modified mesoporous titanium oxide was put in 40 ml of tetrahydrofuran (THF), stirred at 60 ° C. for 30 minutes, and then filtered by suction to wash the modified mesoporous titanium oxide.

続いてTHF洗浄した変性メソポーラス酸化ニオブを空気中において600℃で3時間熱処理した。得られた化合物のX線回折(XRD)を図9に示す。また、図10に窒素吸着等温線の測定結果を示す。これらの結果より、得られた化合物は、表面積274m2 /g、細孔径3.5nmの結晶性(アナターゼ型)メソポーラス酸化チタンであることがわ
かる。また、TEM観察の結果、得られた高結晶性メソポーラス酸化チタンはワーム−ホール構造であることが確認できた。 また、得られた高結晶性メソポーラス酸化チタンの光触媒活性評価を実施したところ、良好な結果(○)であった。
Subsequently, the modified mesoporous niobium oxide washed with THF was heat-treated in air at 600 ° C. for 3 hours. The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound is shown in FIG. Moreover, the measurement result of a nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. From these results, it is understood that the obtained compound is crystalline (anatase type) mesoporous titanium oxide having a surface area of 274 m 2 / g and a pore diameter of 3.5 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that the obtained highly crystalline mesoporous titanium oxide had a worm-hole structure. Moreover, when the photocatalytic activity evaluation of the obtained highly crystalline mesoporous titanium oxide was implemented, it was a favorable result ((circle)).

[実施例3]
実施例2で得た高結晶性メソポーラス酸化チタンの0.2gに0.1質量%のRu3 (CO)12を含有するテトラヒドロフラン溶液2gを添加して1時間攪拌した後、テトラヒドロフランを蒸発除去し、さらに大気中400℃で3時間加熱することによりRuO2 を担持した高結晶性メソポーラス酸化チタンを得た。
得られたRuO2 担持高結晶性メソポーラス酸化チタンの光触媒活性評価を実施したところ、非常に良好な結果(◎)であった。
[Example 3]
After adding 2 g of a tetrahydrofuran solution containing 0.1% by mass of Ru 3 (CO) 12 to 0.2 g of the highly crystalline mesoporous titanium oxide obtained in Example 2, the mixture was stirred for 1 hour, and then the tetrahydrofuran was removed by evaporation. Further, by heating in the atmosphere at 400 ° C. for 3 hours, highly crystalline mesoporous titanium oxide carrying RuO 2 was obtained.
When the photocatalytic activity of the obtained RuO 2 -supported highly crystalline mesoporous titanium oxide was evaluated, the result was very good (◎).

[参考例3]
メソポーラスNbTa複合酸化物の調製
界面活性剤として、P123〔商品名、BASF社製〕1gをビーカー内に仕込み、これに10gのエタノールを加え、撹拌して前記界面活性剤を溶解させた。これに五塩化ニオブ0.81g(3mmol)と五塩化タンタル1.07g(3mmol)を加え、20分間撹拌溶解させた。次いで加水分解のために水を0.32g(18mmol)を加えて更に10分間撹拌した。得られたゾル溶液をシャーレに移し、40℃の恒温槽で7日間熟成した後、空気雰囲気下の電気炉中にて450℃で5時間焼成することにより化合物(3)を得た。
得られた化合物(3)のX線回折(XRD)を図11に示す。また、図12に化合物(3)の窒素吸着等温線を示す。これらの結果より、得られた化合物(3)は、BET表面積205m2 /g、細孔径7.4nmのアモルファスのメソポーラスNbTa複合酸化物であることがわかる。また、TEM観察の結果、メソポーラスNbTa複合酸化物は2次元ヘキサゴナル構造であることが確認できた。
[Reference Example 3]
Preparation of Mesoporous NbTa Composite Oxide As a surfactant, 1 g of P123 (trade name, manufactured by BASF) was charged into a beaker, 10 g of ethanol was added thereto, and the mixture was stirred to dissolve the surfactant. To this, 0.81 g (3 mmol) of niobium pentachloride and 1.07 g (3 mmol) of tantalum pentachloride were added and dissolved by stirring for 20 minutes. Next, 0.32 g (18 mmol) of water was added for hydrolysis, and the mixture was further stirred for 10 minutes. The obtained sol solution was transferred to a petri dish and aged in a constant temperature bath at 40 ° C. for 7 days, and then baked at 450 ° C. for 5 hours in an electric furnace under an air atmosphere to obtain a compound (3).
The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound (3) is shown in FIG. FIG. 12 shows a nitrogen adsorption isotherm of the compound (3). From these results, it can be seen that the obtained compound (3) is an amorphous mesoporous NbTa composite oxide having a BET surface area of 205 m 2 / g and a pore diameter of 7.4 nm. As a result of TEM observation, it was confirmed that the mesoporous NbTa composite oxide had a two-dimensional hexagonal structure.

[実施例4]
還流冷却器、温度計および撹拌装置を有する反応器に参考例3で合成したメソポーラスNbTa複合酸化物0.7gを添加し70℃に昇温した。これに3.5gのビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを70℃にて撹拌下に約5分かけて添加し、さらに70℃で5時間撹拌を続けた。ビス(トリメチルシロキシ)メチルシランの反応に伴い生成した水素ガス量は23℃において26.0mlであった。続いて、反応液から未反応のビス(トリメチルシロキシ)メチルシランを減圧加熱除去し、変性メソポーラスNbTa複合酸化物を得た。得られた変性メソポーラスNbTa複合酸化物の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、Si−CH3 基の吸収(1271cm-1)が観測された。
得られた変性メソポーラスNbTa複合酸化物の有機溶剤分散性は良好(○)であり、変性前のメソポーラスNbTa複合酸化物の有機溶剤分散性(×)が変性処理により向上していた。
[Example 4]
0.7 g of the mesoporous NbTa composite oxide synthesized in Reference Example 3 was added to a reactor having a reflux condenser, a thermometer, and a stirring device, and the temperature was raised to 70 ° C. To this, 3.5 g of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was added with stirring at 70 ° C. over about 5 minutes, and stirring was further continued at 70 ° C. for 5 hours. The amount of hydrogen gas produced by the reaction of bis (trimethylsiloxy) methylsilane was 26.0 ml at 23 ° C. Subsequently, unreacted bis (trimethylsiloxy) methylsilane was removed from the reaction solution by heating under reduced pressure to obtain a modified mesoporous NbTa composite oxide. Infrared absorption spectrum of the resulting modified mesoporous NbTa composite oxide was measured. Absorption of Si-CH 3 groups (1271cm -1) were observed.
The organic solvent dispersibility of the obtained modified mesoporous NbTa composite oxide was good (◯), and the organic solvent dispersibility (×) of the mesoporous NbTa composite oxide before modification was improved by the modification treatment.

得られた変性メソポーラスNbTa複合酸化物を空気中において793℃で3時間熱処理した。得られた化合物のX線回折(XRD)を図13に示す。また、図14に窒素吸着等温線の測定結果を示す。これらの結果より、得られた化合物は、表面積102m2 /g、細孔径4.5nmの高結晶性のメソポーラスNbTa複合酸化物であることがわかる。
さらに、得られた高結晶性のメソポーラスNbTa複合酸化物0.1gをpH13に調整した水酸化ナトリウム水溶液50mlに入れ、100℃で30分撹拌し冷却した後、吸引濾過することにより高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物をアルカリ処理した。アルカリ処理後の高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物のX線回折(XRD)を図15に、窒素吸着等温線を図16に示す。アルカリ処理により高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物は結晶性を維持したまま、BET表面積(138m2 /g)及び細孔径(6.
5nm)が増大していることが確認できた。また、TEM観察の結果、アルカリ処理した高結晶性メソポーラスNbTa複合酸化物は2次元ヘキサゴナル構造であることが確認できた。
The obtained modified mesoporous NbTa composite oxide was heat-treated in air at 793 ° C. for 3 hours. The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound is shown in FIG. Moreover, the measurement result of a nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. From these results, it can be seen that the obtained compound is a highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide having a surface area of 102 m 2 / g and a pore diameter of 4.5 nm.
Furthermore, 0.1 g of the obtained highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide was placed in 50 ml of an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to pH 13, stirred at 100 ° C. for 30 minutes, cooled, and then filtered with suction to obtain a highly crystalline mesoporous The NbTa composite oxide was alkali treated. FIG. 15 shows the X-ray diffraction (XRD) of the highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide after the alkali treatment, and FIG. 16 shows the nitrogen adsorption isotherm. The highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide maintains the crystallinity by alkali treatment, while maintaining the BET surface area (138 m 2 / g) and the pore diameter (6.
5 nm) was confirmed to increase. As a result of TEM observation, it was confirmed that the alkali-treated highly crystalline mesoporous NbTa composite oxide has a two-dimensional hexagonal structure.

[比較例1]
参考例1で得たメソポーラス酸化ニオブ0.1gを空気中において570℃で3時間熱処理した。得られた化合物のX線回折(XRD)を図17に、窒素吸着等温線を図18に示す。これらの結果とTEM観察より、得られた化合物は細孔構造が崩壊したBET表面積59m2 /gの結晶性酸化ニオブ粉体であることが確認できた。
[比較例2]
参考例2で得たメソポーラス酸化チタン0.1gを空気中において600℃で3時間熱処理した。X線回折(XRD)、窒素吸着等温線、TEM観察より、得られた化合物は細孔構造が崩壊したBET表面積12m2 /gのアナターゼ型酸化チタン粉体であることが確認できた。
また、得られたアナターゼ型酸化チタン粉体の光触媒活性評価は△であり、実施例2で得た高結晶性メソポーラス酸化チタンの光触媒活性評価(○)に劣る結果であった。
[Comparative Example 1]
0.1 g of mesoporous niobium oxide obtained in Reference Example 1 was heat-treated at 570 ° C. for 3 hours in air. The X-ray diffraction (XRD) of the obtained compound is shown in FIG. 17, and the nitrogen adsorption isotherm is shown in FIG. From these results and TEM observation, it was confirmed that the obtained compound was a crystalline niobium oxide powder having a BET surface area of 59 m 2 / g with a collapsed pore structure.
[Comparative Example 2]
The mesoporous titanium oxide 0.1 g obtained in Reference Example 2 was heat-treated at 600 ° C. for 3 hours in air. From the X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption isotherm, and TEM observation, it was confirmed that the obtained compound was an anatase-type titanium oxide powder having a BET surface area of 12 m 2 / g with a collapsed pore structure.
Moreover, the photocatalytic activity evaluation of the obtained anatase-type titanium oxide powder was Δ, which was inferior to the photocatalytic activity evaluation (◯) of the highly crystalline mesoporous titanium oxide obtained in Example 2.

[比較例3]
テトラエチルオルトシリケート(TEOS)3.5gをエタノール10gに溶解した溶液に参考例3で合成したメソポーラスNbTa複合酸化物0.7gを添加し室温で30分撹拌した。次いで36質量%塩酸0.85ml(0.01mol)を加えて更に5時間撹拌した後、空気雰囲気下の電気炉中にて300℃で10時間焼成することにより化合物(4)を得た。
得られた化合物(4)の有機溶剤分散性は悪い結果(×)であった。
得られた化合物(4)を空気中において793℃で3時間熱処理したものの窒素吸着等温線を測定したところ、細孔の存在は観察されなかった。
さらに、上記方法で熱処理した化合物(5)0.1gをpH13に調整した水酸化ナトリウム水溶液50mlに入れ、100℃で30分撹拌し、冷却した後、吸引濾過したものの窒素吸着等温線を測定したが、細孔の存在は観察されなかった。
[Comparative Example 3]
To a solution of 3.5 g of tetraethylorthosilicate (TEOS) dissolved in 10 g of ethanol, 0.7 g of the mesoporous NbTa composite oxide synthesized in Reference Example 3 was added and stirred at room temperature for 30 minutes. Next, after adding 0.85 ml (0.01 mol) of 36 mass% hydrochloric acid and further stirring for 5 hours, compound (4) was obtained by baking at 300 ° C. for 10 hours in an electric furnace under an air atmosphere.
The organic compound dispersibility of the obtained compound (4) was a bad result (x).
When the obtained compound (4) was heat-treated in air at 793 ° C. for 3 hours and the nitrogen adsorption isotherm was measured, the presence of pores was not observed.
Further, 0.1 g of the compound (5) heat-treated by the above method was placed in 50 ml of an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to pH 13, stirred at 100 ° C. for 30 minutes, cooled, and then subjected to suction filtration to measure the nitrogen adsorption isotherm. However, the presence of pores was not observed.

本発明の変性メソポーラス酸化物(A)及び高結晶性メソポーラス酸化物(B)は、種々の物理化学的な機能を持つ細孔の均一性が良好で高表面積を有する材料であり、例えば種々の触媒として、また例えば極めて優れた吸着能を有する無機高分子として利用する事ができる。
さらに、本発明の変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)であって、有機物分解等の光触媒活性を有するものは、抗菌、防汚、防臭、NOx分解等の様々な機能を発現し、大気、水等の環境浄化等の用途に使用することができる。
本発明の変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)であって、光照射により20℃における水との接触角が60゜以下(好ましくは10゜以下)となった親水性のもの(親水性膜、及び該親水性膜で被覆された基材等)は、鏡やガラスの曇りを防止する防曇技術、さらには建築外装等に対する防汚技術や帯電防止技術等への応用が可能である。
The modified mesoporous oxide (A) and the highly crystalline mesoporous oxide (B) of the present invention are materials having a high uniformity of pores having various physicochemical functions and a high surface area. It can be used as a catalyst, for example, as an inorganic polymer having extremely excellent adsorption ability.
Furthermore, the modified mesoporous oxide (A) or the highly crystalline mesoporous oxide (B) of the present invention, which has photocatalytic activity such as organic matter decomposition, has various antibacterial, antifouling, deodorizing, NOx decomposition and the like. It exhibits its function and can be used for environmental purification such as air and water.
The modified mesoporous oxide (A) or the highly crystalline mesoporous oxide (B) of the present invention, wherein the contact angle with water at 20 ° C. is 60 ° or less (preferably 10 ° or less) by light irradiation. Materials (hydrophilic film and base material coated with the hydrophilic film, etc.) for anti-fogging technology to prevent fogging of mirrors and glass, and further to antifouling technology and antistatic technology for building exteriors, etc. Can be applied.

本発明の光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)の防汚技術分野への応用例としては、例えば建材、建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、構造部材、住宅等建築設備、特に便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所用品、食器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフード、換気扇等、また、乗物の外装および塗装、用途によってはその内装にも使用でき、車両用照明灯のカバー、窓ガラス、計器、表示盤等透明性が要求される部材での使用に効果があ
り、また、機械装置や物品の外装、防塵カバーおよび塗装、表示機器、そのカバー、交通標識、各種表示装置、広告塔等の表示物、道路用、鉄道用等の遮音壁、橋梁、ガードレールの外装および塗装、トンネル内装および塗装、碍子、太陽電池カバー、太陽熱温水器集熱カバー等外部で使用される電子、電気機器の外装部、特に透明部材、ビニールハウス、温室等の外装、特に透明部材、また、室内にあっても汚染のおそれのある環境、たとえば医療用や体育用の施設、装置等の用途を挙げることができる。
Examples of application of the modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity of the present invention to the antifouling technology field include, for example, building materials, building exteriors, building interiors, window frames, and window glass. , Structural members, building facilities such as houses, especially toilets, bathtubs, washstands, lighting fixtures, lighting covers, kitchenware, tableware, dishwashers, dish dryers, sinks, cooking ranges, kitchen hoods, ventilation fans, etc., vehicles Depending on the application, it can also be used for interiors, and it is effective for use in parts that require transparency, such as covers for vehicle lighting, window glass, instruments, display panels, etc. Exterior of goods, dust cover and painting, display equipment, its covers, traffic signs, various display devices, display objects such as advertising towers, sound insulation walls for roads, railways, etc., bridges, exterior and painting of guardrails, tunnels Exterior and exterior of electronic and electrical equipment such as decoration and painting, insulators, solar battery covers, solar water heater heat collection covers, especially transparent members, exteriors of greenhouses, greenhouses, especially transparent members, and indoors Even if it exists, the use of the environment which may be contaminated, for example, facilities for medical and physical education, apparatus, etc. can be mentioned.

本発明の光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)の防曇技術分野への応用例としては、例えば鏡(車両用後方確認ミラー、浴室用鏡、洗面所用鏡、歯科用鏡、道路鏡等)、レンズ(眼鏡レンズ、光学レンズ、照明用レンズ、半導体用レンズ、複写機用レンズ、車両用後方確認カメラレンズ等)、プリズム、建物や環視塔の窓ガラス、乗物の窓ガラス(自動車、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、ロープウェイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船等)、乗物の風防ガラス(自動車、オートバイ、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、スノーモービル、ロープウェイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船等)、防護用ゴーグル、スポーツ用ゴーグル、防護用マスクのシールド、スポーツ用マスクのシールド、ヘルメットのシールド、冷凍食品陳列ケースのガラス、保温食品の陳列ケースのガラス、計測機器のカバー、車両用後方確認カメラレンズのカバー、レーザー歯科治療器等の集束レンズ、車間距離センサー等のレーザー光検知用センサーのカバー、赤外線センサーのカバー、カメラ用フィルター等の用途を挙げることができる。   Examples of the application of the modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity of the present invention to the anti-fogging technology field include, for example, mirrors (vehicle rear-view mirrors, bathroom mirrors, wash basins) Mirrors, dental mirrors, road mirrors, etc.), lenses (glasses lenses, optical lenses, illumination lenses, semiconductor lenses, photocopier lenses, vehicle rear-view camera lenses, etc.), prisms, windows in buildings and towers Glass, vehicle window glass (automobiles, railway vehicles, aircraft, ships, submersibles, snow vehicles, ropeway gondola, amusement park gondola, spacecraft, etc.), vehicle windshields (automobiles, motorcycles, rail vehicles, aircraft, Ships, submersibles, snow vehicles, snowmobiles, ropeway gondola, amusement park gondola, spacecraft, etc.), protective goggles, sports goggles, protective mask seals , Sports mask shield, helmet shield, glass for frozen food display case, glass for insulated food display case, cover for measuring device, cover for vehicle rear-view camera lens, focusing lens for laser dental treatment device, inter-vehicle distance Applications of a sensor for detecting laser light such as a distance sensor, a cover for an infrared sensor, and a filter for a camera can be given.

本発明の光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)の帯電防止技術分野への応用例としては、例えばブラウン管、磁気記録メディア、光記録メディア、光磁気記録メディア、オーディオテープ、ビデオテープ、アナログレコード、家庭用電気製品のハウジングや部品や外装および塗装、OA機器製品のハウジングや部品や外装および塗装、建材、建物外装、建物内装、窓枠、窓ガラス、構造部材、乗物の外装および塗装、機械装置や物品の外装、防塵カバーおよび塗装等の用途を挙げることができる。   Examples of application of the modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity of the present invention to the antistatic technical field include, for example, cathode ray tubes, magnetic recording media, optical recording media, and magneto-optical recording. Media, audio tapes, video tapes, analog records, household electrical appliance housings and parts, exterior and coating, OA equipment housings and parts, exterior and coating, building materials, building exteriors, building interiors, window frames, window glass, Applications such as structural members, exterior and painting of vehicles, exteriors of mechanical devices and articles, dustproof covers and painting can be mentioned.

本発明の光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)の抗菌、防カビ技術分野への応用例としては、例えば建材、建物外装、建物内装、窓枠、構造部材、住宅等建築設備、特に便器、浴槽、洗面台、照明器具、照明カバー、台所用品、食器、食器洗浄器、食器乾燥器、流し、調理レンジ、キッチンフード、換気扇、食器棚、飾り棚、浴室や洗面所の壁、天井、ドアノブ、さらには医療用や公共施設等、例えば病院内の部材、救急車の各種部材あるいは食品・医薬品工場、学校・体育館・駅などの公共施設、公衆浴場、公衆トイレ、旅館、ホテル、その他における衛生管理のために、壁面、床面や天井面、各所の什器、備品、ドアノブなどの用途を挙げることができる。特に、院内感染防止方法として病院内の部材に広範囲に用いることが可能である。該病院内の部材としては、例えば病室、診察室、廊下、階段、エレベーター、待合室、洗面所等、不特定多数のものが接触する場所における床、壁、天井、手すり、ドア把手、水道蛇口、各種診療機器等が挙げられる。また、病院内に限らず、救急車や食品保管室、食品調理室等の衛生を必要とする場所の各種部材に対しても効果的に抗菌性や防カビ性を付与することができる。   Examples of the application of the modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity of the present invention to the antibacterial and antifungal technical fields include, for example, building materials, building exteriors, building interiors, window frames, Structural members, building facilities such as houses, especially toilets, bathtubs, wash basins, lighting fixtures, lighting covers, kitchenware, tableware, dishwashers, dish dryers, sinks, cooking ranges, kitchen hoods, ventilation fans, cupboards, display cabinets, Bathrooms, washroom walls, ceilings, door knobs, medical and public facilities, such as hospital components, ambulance components, food / pharmaceutical factories, public facilities such as schools / gymnasiums / stations, public baths, public For hygiene management in toilets, inns, hotels, etc., there can be listed applications such as walls, floors and ceilings, various fixtures, fixtures, and door knobs. In particular, it can be widely used as a hospital infection prevention method for members in hospitals. As the members in the hospital, for example, floors, walls, ceilings, handrails, door handles, water taps in places where an unspecified number of people come into contact, such as hospital rooms, examination rooms, corridors, stairs, elevators, waiting rooms, washrooms, etc. Examples include various medical equipment. In addition, the antibacterial and antifungal properties can be effectively imparted not only in hospitals but also to various members in places requiring hygiene such as ambulances, food storage rooms, and food cooking rooms.

本発明によって提供される光触媒活性を有する変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)であって、光照射により20℃における水との接触角が70゜以上(好ましくは90゜以上)となった疎水性のもの(疎水性の成形体や疎水性膜、及び該疎水性膜で被覆された基材等)は、防滴性や水切れ性の付与、水系汚れの付着防止や流水洗浄性を利用した防汚技術、さらには着氷雪防止技術等への応用が可能であり、窓ガラス、風防ガラス、鏡、レンズ、ゴーグル、カバー、碍子、建材、建物外装、建物内装
、構造部材、乗物の外装及び塗装、機械装置や物品の外装、各種表示装置、照明装置、住宅設備、食器、台所用品、家庭用電気製品、屋根材、アンテナ、送電線、氷雪滑走具等の用途に使用することができる。
A modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) having photocatalytic activity provided by the present invention, which has a contact angle with water at 20 ° C. of 70 ° or more (preferably 90 ° by light irradiation). Hydrophobic products (hydrophobic molded products, hydrophobic membranes, and substrates coated with the hydrophobic membranes, etc.) that have become more than (°) are provided with drip-proofing and drainage properties, and prevention of adhesion of water-based soils. It can be applied to antifouling technology using water and washability, as well as anti-icing and snow prevention technology, such as window glass, windshield glass, mirrors, lenses, goggles, covers, insulators, building materials, building exteriors, building interiors, Applications such as structural members, exterior and painting of vehicles, exteriors of machinery and goods, various display devices, lighting devices, housing equipment, tableware, kitchen appliances, household electrical appliances, roofing materials, antennas, power transmission lines, ice and snow slides, etc. Can be used for

本発明によって提供される変性メソポーラス酸化物(A)又は高結晶性メソポーラス酸化物(B)であって光電変換機能を有するものは、太陽エネルギーの電力変換等の機能を発現することが可能であり、(湿式)太陽電池等に用いる光半導体電極等の用途に使用することができる。
また、本発明によって提供される、光照射によって水との濡れ性が変化(疎水性から親水性への変化、あるいは親水性から疎水性への変化)するものは、オフセット印刷用原版等への応用に対し非常に有用である。
The modified mesoporous oxide (A) or highly crystalline mesoporous oxide (B) provided by the present invention and having a photoelectric conversion function can exhibit functions such as solar energy power conversion. It can be used for applications such as optical semiconductor electrodes used in (wet) solar cells and the like.
In addition, what is provided by the present invention and changes in wettability with water by light irradiation (change from hydrophobic to hydrophilic, or from hydrophilic to hydrophobic) can be applied to an offset printing original plate or the like. Very useful for application.

Claims (5)

メソポーラス酸化物(a)を、式(1)で表されるトリオルガノシラン単位、式(2)で表されるモノオキシジオルガノシラン単位、式(3)で表されるジオキシオルガノシラン単位よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造単位を有する化合物類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の変性剤化合物(b)を用いて該メソポーラス酸化物(a)の表面に固定化処理することによって得られる変性メソポーラス酸化物(A)を熱処理することにより誘導される高結晶性メソポーラス酸化物(B)
3 Si− (1)
(式中、Rは各々独立に直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のアルキル基、炭素数5〜20のシクロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数1〜30個のフルオロアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜30個のアルケニル基、フェニル基、水素原子、炭素数1〜20のアルコキシ基、又は水酸基を表す。)
−(R2 SiO)− (2)
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。)
Figure 2010265174
(式中、Rは式(1)で定義した通りである。)
The mesoporous oxide (a) is represented by a triorganosilane unit represented by the formula (1), a monooxydiorganosilane unit represented by the formula (2), and a dioxyorganosilane unit represented by the formula (3). By immobilizing the surface of the mesoporous oxide (a) with at least one modifier compound (b) selected from the group consisting of compounds having at least one structural unit selected from the group consisting of A highly crystalline mesoporous oxide (B) derived by heat-treating the resulting modified mesoporous oxide (A ) .
R 3 Si- (1)
(In the formula, each R is independently a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, or a linear or branched carbon group having 1 to 30 carbon atoms. (A fluoroalkyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a phenyl group, a hydrogen atom, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a hydroxyl group.)
- (R 2 SiO) - ( 2)
(In the formula, R is as defined in formula (1).)
Figure 2010265174
(In the formula, R is as defined in formula (1).)
請求項1に記載の変性メソポーラス酸化物(A)を溶媒で洗浄した後、熱処理することにより誘導される高結晶性メソポーラス酸化物(B)。   A highly crystalline mesoporous oxide (B) derived by washing the modified mesoporous oxide (A) according to claim 1 with a solvent, followed by heat treatment. 熱処理の後に酸及び/又はアルカリ処理されてなる請求項2または3に記載の高結晶性メソポーラス酸化物(B)。     The highly crystalline mesoporous oxide (B) according to claim 2 or 3, which is subjected to an acid and / or alkali treatment after the heat treatment. メソポーラス酸化物(a)が、遷移金属を含有するメソポーラス酸化物であることを特徴とする請求項1〜3のいづれか1項に記載の高結晶性メソポーラス酸化物(B)。   The highly crystalline mesoporous oxide (B) according to any one of claims 1 to 3, wherein the mesoporous oxide (a) is a mesoporous oxide containing a transition metal. Pt、Rh、Ru、Ir、Cu、Sn、Ni、Fe、W、Coよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属及び/又は該遷移金属の酸化物が坦持されてなる請求項1〜4のいずれか1項に記載の高結晶性メソポーラス酸化物(B)。   The at least one transition metal selected from the group consisting of Pt, Rh, Ru, Ir, Cu, Sn, Ni, Fe, W, and Co and / or an oxide of the transition metal are supported. 5. The highly crystalline mesoporous oxide (B) according to any one of 4 above.
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