JP2016079044A - 層状物質含有液及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】層状物質を容易かつ安全に得ることが可能な層状物質含有液及びその製造方法を提供する。【解決手段】長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していない第１アニオンを含むイオン液体に、層状物質の積層物を含有させて、その層状物質の積層物を含有するイオン液体に、音波及び電波のうちの少なくとも一方を照射する。

Description

本発明は、層状物質と共にイオン液体を含有する層状物質含有液及びその製造方法に関する。

層状構造を有する物質（層状物質）は、その層状構造に起因して特徴的な物性を発揮する。このため、多くの研究者により、層状物質に関するさまざまな研究が行われている。

特に、最近では、ナノシートと呼ばれる層状物質を用いて電子デバイスの性能を向上させることが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このナノシートとしては、単層（１単位層）の層状物質だけでなく、多層（２層〜５層）の層状物質も用いられている。

層状物質は、一般的に、複数の層状物質が積層された状態（積層物）で存在している。そこで、積層物から層状物質を剥離するために、粘着テープを用いる物理的な剥離方法、酸化法を用いる化学的な剥離方法、有機溶剤中において超音波等を照射する方法等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

B.Radisavljevic 等，Nature Nanotech,6,147頁〜150頁，2011年

国際公開第２０１３／１７２３５０号パンフレット

層状物質に関する注目は高くなる一方であるため、その層状物質を容易に得ることが可能な技術の確立が望まれている。この場合には、層状物質が得られる技術を安定に確立するために、安全性を確保することも重要である。

本発明の目的は、層状物質を容易かつ安全に得ることが可能な層状物質含有液及びその製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記した目的を達成するために鋭意検討した結果、層状物質の分散媒として特定のアニオンを含むイオン液体を用いると共に、そのイオン液体に音波等を照射することで、上記した課題が解決されることを見出した。

本発明は、上記した知見に基づいてなされたものであり、本発明の層状物質含有液は、長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していない第１アニオンを含むイオン液体と、層状物質とを含有するものである。

また、本発明の層状物質含有液の製造方法は、長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していない第１アニオンを含むイオン液体に、層状物質の積層物を含有させて、その層状物質の積層物を含有するイオン液体に、音波及び電波のうちの少なくとも一方を照射するようにしたものである。

ここで、「長周期型周期表の１５族元素」とは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）及びアンチモン（Ｓｂ）等である。また、「長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合」とは、いわゆるＥ−Ｆ結合であり、１５族元素の原子に対してフッ素原子が直接的に結合されていることを意味している。

「層状物質」とは、層状の薄い物質である。この「層状物質」は、単層でもよいし、多層でもよい。単層の層状物質は、１種類の元素だけを構成元素として含んでいてもよいし、２種類以上の元素を構成元素として含んでいてもよい。多層の層状物質のうちの各層は、１種類の元素だけを構成元素として含んでいてもよいし、２種類以上の元素を構成元素として含んでいてもよい。但し、多層の層状物質の層数は、十分に少ない層数であり、具体的には、９層以下、好ましくは４層以下である。これに対して、「積層物」とは、複数の層状物質の積層物であるため、多層である。

「第１アニオン」は、上記したＥ−Ｆ結合を有していない陰イオンである。このため、第１アニオンは、Ｅ−Ｆ結合を有していなければ、フッ素を構成元素として含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。すなわち、１５族元素の原子以外の原子にフッ素原子が直接的に結合されている場合には、フッ素は、第１アニオンに構成元素として含まれていてもよい。

本発明の層状物質含有液及びその製造方法によれば、第１アニオンを含むイオン液体に層状物質の積層物を含有させて、その層状物質の積層物を含有するイオン液体に音波等を照射している。この場合には、フッ化水素酸（ＨＦ）の発生が抑制されながら、積層物から層状物質が簡単に剥離する。これにより、イオン液体中において層状物質が高濃度に分散される。よって、層状物質を容易かつ安全に得ることができる。

層状物質含有液中に分散されている層状物質の層数分布を表す図である。

以下、本発明に関して、下記の順序で詳細に説明する。但し、本発明に関する詳細は、以下で説明する態様に限定されず、適宜変更可能である。

１．層状物質含有液
１−１．イオン液体
１−１−１．カチオン
１−１−２．アニオン
１−２．層状物質
１−３．他の材料
２．層状物質含有液の製造方法
２−１．層状物質含有液の調整
２−２．層状物質含有液の精製
３．作用及び効果

＜１．層状物質含有液＞
まず、層状物質含有液の構成に関して説明する。

層状物質含有液は、イオン液体及び層状物質を含有しており、その層状物質は、イオン液体中に分散されている。

＜１−１．イオン液体＞
イオン液体は、液体の塩であり、カチオン及びアニオンを含んでいる。

カチオン及びアニオンのそれぞれに関する詳細は、以下の通りである。すなわち、イオン液体は、以下で説明する一連のカチオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上と、以下で説明する一連のアニオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上とを組み合わせた化合物である。

＜１−１−１．カチオン＞
カチオンは、任意の陽イオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。この陽イオンの種類及び価数は、特に限定されない。後述するように、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいれば、カチオンの種類に依存せずに、安全性等に関する利点が得られるからである。

陽イオンは、無機系イオンでもよいし、有機系イオンでもよい。

無機系イオンは、例えば、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオン等である。

アルカリ金属イオンの具体例は、リチウムイオン（Ｌｉ⁺ ）、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺ ）及びカリウムイオン（Ｋ⁺ ）等である。

アルカリ土類金属イオンの具体例は、ベリリウムイオン（Ｂｅ²⁺）、マグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）及びカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）等である。

有機系イオンは、例えば、カルボニウムイオン、オキソニウムイオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン及びシクロヘプタトリエニルイオン等である。この他、有機系イオンは、例えば、遷移金属を構成元素として含むフェロセニウムイオンでもよい。

カルボニウムイオンは、例えば、三置換カルボニウムイオン等である。この三置換カルボニウムイオンの具体例は、トリフェニルカルボニウムイオン及びトリ（置換フェニル）カルボニウムイオン等である。

トリ（置換フェニル）カルボニルイオンの具体例は、トリ（メチルフェニル）カルボニウムイオン及びトリ（ジメチルフェニル）カルボニウムイオン等である。

オキソニウムイオンの具体例は、トリメチルオキソニウムイオン、トリエチルオキソニウムイオン、エチルジメチルオキソニウムイオン、ジエチルメチルオキソニウムイオン、フェニルジメチルオキソニウムイオン、フェニルエチルメチルオキソニウムイオン、フェニルメチルベンジルオキソニウムイオン、メチルオキソラニウムイオン及びフェニルオキソラニウムイオン等である。

アンモニウムイオンの具体例は、トリアルキルアンモニウムイオン、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアニリニウムイオン及びジアルキルアンモニウムイオン等である。

トリアルキルアンモニウムイオンの具体例は、トリメチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、トリプロピルアンモニウムイオン及びトリブチルアンモニウムイオン等である。このトリブチルアンモニウムイオンは、例えば、トリ（ｎ−ブチル）アンモニウムイオン）等である。

Ｎ，Ｎ−ジアルキルアニリニウムイオンの具体例は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリニウムイオン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリニウムイオン及びＮ，Ｎ−２，４，６−ペンタメチルアニリニウムイオン等である。

ジアルキルアンモニウムイオンの具体例は、ジイソプロピルアンモニウムイオン及びジシクロヘキシルアンモニウムイオン等である。

ホスホニウムイオンは、例えば、トリアリールホスホニウムイオン等である。このトリアリールホスホニウムイオンの具体例は、トリフェニルホスホニウムイオン、トリ（メチルフェニル）ホスホニウムイオン及びトリ（ジメチルフェニル）ホスホニウムイオン等である。

遷移金属を構成元素として含むフェロセニウムイオンの具体例は、遷移金属として鉄（Ｆｅ）を含むフェロセニウムイオン等である。

この他、有機系イオンは、例えば、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン及びトリエチルスルホニウムイオン等でもよい。尚、ピリジニウムイオン及びイミダゾリウムイオンのそれぞれには、１又は２以上の置換基が導入されていてもよい。この置換基の種類は、特に限定されないが、例えば、後述するアルキル基等である。

また、有機系イオンは、例えば、下記の式（１）で表されるイミダゾリウム系イオンでもよい。

（式中、Ｒ１及びＲ２のそれぞれは、１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のうちのいずれかである。Ｒ３〜Ｒ８のそれぞれは、水素原子、１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のうちのいずれかである。Ｒ９は、下記の式（２）及び式（３）のそれぞれで表される２価の基のうちのいずれかである。ｎは、０以上の整数である。）

（式中、Ｒ１０及びＲ１１のそれぞれは、２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のうちのいずれかである。Ｚ１は、エーテル結合（−Ｏ−）、２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のうちのいずれかである。ｍ１は、１以上の整数である。）

（式中、Ｒ１２〜Ｒ１５のそれぞれは、２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のうちのいずれかである。Ｚ２は、２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のうちのいずれかである。ｍ２及びｍ３のそれぞれは、１以上の整数である。）

Ｒ１及びＲ２のそれぞれの種類は、１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のそれぞれは、直鎖状でもよいし、１又は２以上の側鎖を有する分岐状でもよい。Ｒ１及びＲ２は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。

１価の無置換炭化水素基は、炭素（Ｃ）及び水素（Ｈ）により構成される１価の基の総称であり、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基及びそれらの２種類以上が１価となるように結合された基等である。

アルキル基の具体例は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、アミル基、イソアミル基、ｔ−アミル基、ヘキシル基及びヘプチル基等である。アルケニル基の具体例は、ビニル基及びアリル基等である。アルキニル基の具体例は、エチニル基等である。シクロアルキル基の具体例は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基及びシクロオクチル基等である。アリール基の具体例は、フェニル基及びナフチル基等である。

１価の無置換炭化水素基の炭素数は、特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。具体的には、アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基のそれぞれの炭素数は、１〜７であることが好ましい。シクロアルキル基及びアリール基のそれぞれの炭素数は、６又は７であることが好ましい。層状物質の分散性等が向上するからである。

１価の有置換炭化水素基は、１価の無置換炭化水素基に１又は２以上の置換基が導入された基である。すなわち、１価の有置換炭化水素基では、１価の無置換炭化水素基のうちの１又は２以上の水素原子が置換基により置換される。この置換基の種類は、１種類だけでもよいし、２種類以上でもよい。

置換基の種類は、特に限定されないが、例えば、ハロゲン原子、シアノ基（−ＣＮ）、ニトロ基（−ＮＯ₂ ）、水酸基（−ＯＨ）、チオール基（−ＳＨ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（−ＣＨＯ）、アミノ基（−ＮＲ２１Ｒ２２）、それらの塩及びそれらのエステルなどである。ハロゲン原子は、例えば、フッ素原子（Ｆ）、塩素原子（Ｃｌ）、臭素原子（Ｂｒ）及びヨウ素原子（Ｉ）等である。Ｒ２１及びＲ２２のそれぞれは、水素原子及び１価の無置換炭化水素基のうちのいずれかであり、その１価の無置換炭化水素基に関する詳細は、上記した通りである。Ｒ２１及びＲ２２は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、置換基の種類は、上記以外の基でもよい。

Ｒ３〜Ｒ６のそれぞれの種類は、水素原子、１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。Ｒ３〜Ｒ６は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、Ｒ３〜Ｒ６のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のそれぞれに関する詳細は、上記した通りである。

繰り返し単位の数を決定するｎの値は、０以上の整数であれば、特に限定されない。すなわち、ｎの値は、０でもよいし、１以上でもよい。中でも、ｎは、３０以下であることが好ましい。層状物質の分散性等が向上するからである。

Ｒ７及びＲ８のそれぞれの種類は、原則として、水素原子、１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。Ｒ７及びＲ８は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。ｎが２以上の整数であるため、Ｒ８が複数ある場合には、Ｒ７及びＲ８のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。１価の無置換炭化水素基及び１価の有置換炭化水素基のそれぞれに関する詳細は、上記した通りである。

中でも、Ｒ７及びＲ８のうちの１又は２以上は、１価の無置換炭化水素基であることが好ましい。この場合には、Ｒ７及びＲ８に１価の無置換炭化水素基が含まれていれば、その１価の無置換炭化水素基の数は、１つだけでもよいし、２つ以上でもよい。すなわち、Ｒ８が複数ある場合には、Ｒ７が１価の無置換炭化水素基でもよいし、複数のＲ８のうちの１以上が１価の無置換炭化水素基でもよい。Ｒ７及びＲ８のうちの１以上が１価の無置換炭化水素基であるのは、Ｒ７及びＲ８に１価の無置換炭化水素基が含まれていると、Ｒ７及びＲ８に１価の無置換炭化水素基が含まれていない場合と比較して、層状物質の分散性等が向上する。

より具体的には、ｎの値が０である場合には、Ｒ７は、１価の無置換炭化水素基であることが好ましい。又は、ｎの値が１以上である場合には、Ｒ７及びＲ８のうちの１以上が１価の無置換炭化水素基であればよいが、中でも、Ｒ７及びＲ８のうちの全ては、１価の無置換炭化水素基であることが好ましい。いずれの場合においても、層状物質の分散性等がより向上するからである。

尚、Ｒ７及びＲ８のうちの１以上である１価の無置換炭化水素基の種類は、上記した１価の無置換炭化水素基に関する候補のうちのいずれかであれば、特に限定されない。中でも、１価の無置換炭化水素基は、ｎの値に関係せずに、アルキル基であることが好ましい。層状物質の分散性等がより向上するからである。

Ｒ９は、式（２）に示した２価の基でもよいし、式（３）に示した２価の基でもよい。ｎが２以上であるため、Ｒ９が複数ある場合には、その複数のＲ９は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、複数のＲ９のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。

Ｒ１０及びＲ１１のそれぞれの種類は、２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のそれぞれは、直鎖状でもよいし、１又は２以上の側鎖を有する分岐状でもよい。Ｒ１０及びＲ１１は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。ｍ１が２以上であるため、Ｒ１０が複数ある場合には、その複数のＲ１０は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、複数のＲ１０のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。

２価の無置換炭化水素基は、上記したように、炭素及び水素により構成される２価の基の総称であり、例えば、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、シクロアルキル基、アリーレン基及びそれらの２種類以上が２価となるように結合された基等である。

アルキレン基の具体例は、メタン−１，１−ジイル基、エタン−１，２−ジイル基、プロパン−１，３−ジイル基、ブタン−１，４−ジイル基、エタン−１，１−ジイル基、プロパン−１，２−ジイル基、ブタン−１，２−ジイル基、ブタン−１，３−ジイル基及びブタン−２，３−ジイル等である。アルケニレン基の具体例は、ビニレン基等である。アルキニレン基の具体例は、エチニレン基等である。シクロアルキレン基の具体例は、シクロプロピレン基及びシクロブチレン基等である。アリーレン基の具体例は、フェニレン基及びナフチレン基等である。

２価の無置換炭化水素基の炭素数は、特に限定されないが、極端に多すぎないことが好ましい。具体的には、アルキレン基、アルケニレン基及びアルキニレン基のそれぞれの炭素数は、１〜４であることが好ましい。シクロアルキレン基及びアリーレン基のそれぞれの炭素数は、６であることが好ましい。層状物質の分散性等が向上するからである。

２価の有置換炭化水素基は、上記したように、２価の無置換炭化水素基に１又は２以上の置換基が導入された基である。尚、置換基の種類等に関する詳細は、上記した通りである。

Ｚ１の種類は、エーテル結合、２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。ｍ１が２以上であるため、Ｚ１が複数ある場合には、その複数のＺ１は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、複数のＺ１のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。

２価の無置換芳香族炭化水素基は、炭素及び水素により構成されると共に環状の共役系構造を有する２価の基の総称であり、例えば、アリーレン基等である。このアリーレン基の具体例は、単環式のフェニレン環等であると共に、多環式のナフチレン基等である。

２価の無置換芳香族炭化水素基は、２つの結合手を有しているが、その２つの結合手の位置は、特に限定されない。一例を挙げると、２価の無置換芳香族炭化水素基がフェニレン基である場合において、１つ目の結合手の位置に対する２つ目の結合手の位置は、オルト位でもよいし、メタ位でもよいし、パラ位でもよい。中でも、２つ目の結合手の位置は、パラ位であることが好ましい。イオン液体の化学的安定性が向上すると共に、分散性等も向上するからである。

２価の有置換芳香族炭化水素基は、２価の無置換芳香族炭化水素基に１又は２以上の置換基が導入された基である。尚、置換基の種類等に関する詳細は、上記した通りである。

繰り返し単位の数を決定するｍ１の値は、１以上の整数であれば、特に限定されない。中でも、ｍ１は、３０以下であることが好ましい。層状物質の分散性等が向上するからである。

Ｒ１２〜Ｒ１５のそれぞれの種類は、２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。Ｒ１２〜Ｒ１５は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。もちろん、Ｒ１２〜Ｒ１５のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。ｍ２が２以上であるため、Ｒ１３が複数ある場合には、その複数のＲ１３は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。また、複数のＲ１３のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。同様に、ｍ３が２以上であるため、Ｒ１４が複数ある場合には、その複数のＲ１４は、同じ基でもよいし、異なる基でもよい。また、複数のＲ１４のうちの任意の２以上が同じ基でもよい。２価の無置換炭化水素基及び２価の有置換炭化水素基のそれぞれに関する詳細は、上記した通りである。

Ｚ２の種類は、２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のうちのいずれかであれば、特に限定されない。２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のそれぞれに関する詳細は、上記した通りである。

繰り返し単位の数を決定するｍ２及びｍ３のそれぞれの値は、１以上の整数であれば、特に限定されない。中でも、ｍ２及びｍ３のそれぞれは、３０以下であることが好ましい。層状物質の分散性等が向上するからである。

中でも、イミダゾリウム系イオンの構成は、以下の条件を満たしていることが好ましい。容易に合成可能であると共に、層状物質の分散性等がより向上するからである。

両末端に位置するＲ１及びＲ２のそれぞれは、直鎖状のアルキル基であることが好ましく、より具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基及びｎ−ヘキシル基等であることが好ましい。イミダゾリウム環に導入されるＲ３〜Ｒ６のそれぞれは、水素原子であることが好ましい。イミダゾリウム環に導入されるＲ７及びＲ８のそれぞれは、直鎖状のアルキル基であることが好ましく、より具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基及びｎ−ヘキシル基等であることが好ましい。イミダゾリウム環同士を接続させる基（Ｒ９）に含まれるＲ１０〜Ｒ１５のそれぞれは、直鎖状のアルキレン基であることが好ましく、より具体的には、エチレン基であることが好ましい。

繰り返し単位の数を決定するｎの値は、０〜２の整数であることが好ましい。ｎの値が大きくなりすぎると、イオン液体の粘度が増大するため、後述する層状物質含有液の製造工程において、音波等の照射による効果（層状物質の剥離しやすさ）が得られにくくなる可能性があるからである。また、層状物質含有液の精製処理を行う必要がある場合には、その精製処理を行いにくくなる可能性があるからである。

ｍ１の値は、１〜５であることが好ましいと共に、ｍ２及びｍ３のそれぞれの値は、２又は３であることが好ましい。

尚、上記した１価の無置換炭化水素基には、以下で説明する連結基のうちのいずれか１種類又は２種類以上が含まれていてもよい。

この連結基の種類は、２価の基であれば、特に限定されない。連結基の具体例は、−Ｏ−）、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＮＲ２３−及び−Ｓ−等である。Ｒ２３は、水素原子及び１価の無置換炭化水素基のうちのいずれかである。

ここで説明する連結基は、１価の無置換炭化水素基に、炭素鎖を一回又は二回以上分断するように導入される。一例を挙げると、エチル基（−ＣＨ₂ −ＣＨ₃ ）に１つのエーテル基が導入されると、−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₃ になる。又は、プロピレン基（−ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −ＣＨ₃ ）に２つのエーテル基が導入されると、−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₃ になる。

このように連結基が導入されてもよいことは、１価の有置換炭化水素基、２価の無置換炭化水素基、２価の有置換炭化水素基、２価の無置換芳香族炭化水素基及び２価の有置換芳香族炭化水素基のそれぞれに関しても同様である。

一例を挙げると、エチレン基（−ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −）に１つのエーテル基が導入されると、−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₂ −になる。又は、プロピレン基（−ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −）に２つのエーテル基が導入されると、−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₂ −Ｏ−ＣＨ₂ −になる。

なお、カチオンの種類は、ここで例示した陽イオンに限らず、他の陽イオンでもよい。

＜１−１−２．アニオン＞
アニオンは、任意の陰イオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。この陰イオンの価数は、特に限定されない。

陰イオンは、例えば、ｐＡｎ^q-で表される。但し、Ａｎ^q-は、ｑ価の陰イオンである。ｐは、イオン液体の全体を中性に保つために必要な係数であり、そのｐの値は、陰イオンの種類に応じて決定される。ｐとｑとの積（ｐ×ｑ）は、カチオンの全体の価数に等しくなる。

この陰イオンは、長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していないイオン（第１アニオン）を含んでいる。

「長周期型周期表の１５族元素」とは、上記したように、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）及びアンチモン（Ｓｂ）等を含んでおり、より具体的には、例えば、リン及びヒ素を含んでいる。

「長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合」とは、上記したように、いわゆるＥ−Ｆ結合であり、１５族元素の原子に対してフッ素原子が直接的に結合されていることを意味している。このため、１５族元素の原子に対してフッ素原子が任意の原子を介して間接的に結合されている場合には、その結合は、Ｅ−Ｆ結合に該当しない。この場合の結合は、いわゆるＥ−Ｘ−Ｆ結合（Ｘは、１５族元素以外の元素の原子である。）であるため、１５族元素の原子に対してフッ素原子が直接的に結合されていないからである。尚、Ｘの数は、１でもよいし、２以上でもよい。

例えば、１５族元素がリンである場合のＥ−Ｆ結合は、Ｐ−Ｆ結合である。また、１５族元素がヒ素である場合のＥ−Ｆ結合は、Ａｓ−Ｆ結合である。

以下では、Ｅ−Ｆ結合を有していないイオンを「非Ｅ−Ｆ結合含有イオン」と呼称する。

この非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの構成は、Ｅ−Ｆ結合を有していなければ、特に限定されない。このため、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンは、上記したように、Ｅ−Ｆ結合を有していなければ、フッ素を構成元素として含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。すなわち、１５族元素の原子以外の原子にフッ素原子が直接的に結合されている場合には、フッ素は、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンに構成元素として含まれていてもよい。

非Ｅ−Ｆ結合含有イオンのうち、１価のイオンは、例えば、ハロゲンイオン、無機系イオン、有機スルホン酸系イオン及び有機リン酸系イオン等である。

ハロゲンイオンの具体例は、フッ素イオン（Ｆ^- ）、塩素イオン（Ｃｌ^- ）、臭素イオン（Ｂｒ^- ）及びヨウ素イオン（Ｉ^- ）等である。

無機系イオンの具体例は、過塩素酸イオン（ＣｌＯ₄ ^-）、塩素酸イオン（ＣｌＯ₃ ^-）、チオシアン酸イオン（ＳＣＮ^- ）、六フッ化アンチモンイオン（ＳｂＦ₆ ^-）及び四フッ化ホウ素イオン（ＢＦ₄ ^-）等である。

有機スルホン酸系イオンの具体例は、ベンゼンスルホン酸イオン、トルエンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、ジフェニルアミン−４−スルホン酸イオン、２−アミノ−４−メチル−５−クロロベンゼンスルホン酸イオン及び２−アミノ−５−ニトロベンゼンスルホン酸イオン等である。この他、特開平８−２５３７０５号公報、特表２００４−５０３３７９号公報、特開２００５−３３６１５０号公報、及び国際公開２００６／２８００６号公報等に記載されている有機スルホン酸イオンでもよい。

有機リン酸系イオンの具体例は、オクチルリン酸イオン、ドデシルリン酸イオン、オクタデシルリン酸イオン、フェニルリン酸イオン、ノニルフェニルリン酸イオン及び２，２’−メチレンビス（４，６−ジ第三ブチルフェニル）ホスホン酸イオン等である。

この他、１価の陰イオンは、例えば、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ Ｎ^- ）、ビス（パーフルオロブタンスルホニル）イミドイオン（（Ｃ₄ Ｆ₉ ＳＯ₂ ）₂ Ｎ^- ）、パーフルオロ−４−エチルシクロヘキサンスルホネートイオン、テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ホウ酸イオン、トリス（フルオロアルキルスルホニル）カルボイオン及びジベンゾイル酒石酸アニオン等でもよい。

非Ｅ−Ｆ結合含有イオンのうち、２価のイオンは、例えば、ベンゼンジスルホン酸イオン及びナフタレンジスルホン酸イオン等である。

なお、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンに該当しないイオンは、１５族元素とフッ素との結合（Ｅ−Ｆ結合）を有しているイオン（第２アニオン）である。Ｅ−Ｆ結合の数は、１でもよいし、２以上でもよい。

以下では、Ｅ−Ｆ結合を有しているイオンを「Ｅ−Ｆ結合含有イオン」と呼称する。

このＥ−Ｆ結合含有イオンの構成は、Ｅ−Ｆ結合を有していれば、特に限定されない。Ｅ−Ｆ結合含有イオンの具体例は、六フッ化リン酸イオン（ＰＦ₆ ^-）、六フッ化ヒ酸イオン（ＡｓＦ₆ ^-）及びトリフルオロトリス（ペンタフルオロエチル）リン酸イオン（ＰＦ₃ （Ｃ₂ Ｆ₅ ）₃ ^-）等である。

ここで、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいるのは、イオン液体の取り扱い時、より具体的には、後述する層状物質含有液の製造工程において、安全性が確保されながら、イオン液体中において層状物質が高濃度に分散されるからである。

詳細には、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでおらず、そのアニオンがＥ−Ｆ結合含有イオンだけを含んでいるとする。この場合には、主に、後述する音波等の照射工程等において、Ｅ−Ｆ結合の存在に起因して層状物質含有液中にフッ化水素酸が発生しやすくなる。このフッ化水素酸は、人間が触れただけで激しく体を侵される可能性があると共に、ガラス等を容易に腐食する可能性がある危険物である。これにより、フッ化水素酸が発生すると、層状物質含有液を用いて層状物質を高濃度に分散できたとしても、その層状物質含有液の取り扱い時における安全性が低下する。

これに対して、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいる場合には、そのアニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいない場合と比較して、層状物質含有液中にフッ化水素酸が発生しにくくなる。アニオンの量を一定とした場合、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいると、その非Ｅ−Ｆ結合含有イオンが存在する分だけフッ化水素酸の発生確率が低下するからである。これにより、層状物質含有液を用いて層状物質を高濃度に分散できるだけでなく、その層状物質含有液の取り扱い時における安全性が向上する。

中でも、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンは、フッ素を構成元素として含んでいないことが好ましい。フッ化水素酸の発生確率がより低下し得るため、安全性がより向上するからである。また、後述する層状物質含有液の製造工程において、層状積層物から層状物質が剥離しやすくなるからである。

詳細には、フッ素を構成元素として含んでいない非Ｅ−Ｆ結合含有イオンに起因するフッ化水素酸の発生確率は、フッ素を構成元素として含んでいる非Ｆ−Ｆ結合含有イオンに起因するフッ化水素酸の発生確率と比較して、低下し得る。前者の非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの具体例は、ヨウ素イオン（Ｉ^- ）等であると共に、後者の非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの具体例は、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ₄ ^-）等である。このため、安全性を十分に考慮すると、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンは、フッ素を構成元素として含んでいるよりも、含んでいないことが好ましい。

但し、フッ素を構成元素として含んでいる非Ｅ−Ｆ結合含有イオンに起因するフッ化水素酸の発生確率は、Ｅ−Ｆ結合含有イオンに起因するフッ化水素酸の発生確率よりも低下する。前者の非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの具体例は、上記したように、四フッ化ホウ酸イオン（ＢＦ₄ ^-）等であると共に、後者のＥ−Ｆ結合含有イオンの具体例は、六フッ化リン酸イオン（ＰＦ₆ ^-）等である。このため、安全性を考慮すると、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンは、フッ素を構成元素として含んでいたとしても、Ｅ−Ｆ結合含有イオンよりは好ましい。

これらのことから、アニオンとして用いる陰イオンに関する序列は、以下の通りになる。Ｅ−Ｆ結合含有イオンよりも、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンが好ましい。また、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの中でも、フッ素を構成元素として含んでいる非Ｅ−Ｆ結合含有イオンよりも、フッ素を構成元素として含んでいない非Ｅ−Ｆ結合含有イオンが好ましい。

なお、陰イオンは、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンだけを含んでいてもよい。又は、陰イオンは、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいれば、さらにＥ−Ｆ結合含有イオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいてもよい。

但し、陰イオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンとＥ−Ｆ結合含有イオンとを一緒に含んでいる場合には、イオン液体中における非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの含有量は、イオン液体中におけるＥ−Ｆ結合含有イオンの含有量よりも大きいことが好ましい。言い替えれば、イオン液体中における非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの含有量Ｃは、５０ｍｏｌ％＜Ｃ＜１００ｍｏｌ％を満たしていることが好ましい。

イオン液体中に含まれる陰イオンの量（ｍｏｌ）を一定とする。この場合には、イオン液体中における非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの含有量Ｃが上記した条件を満たしていると、その条件を満たしていない場合と比較して、Ｅ−Ｆ結合含有イオンの存在に起因するフッ化水素酸の発生確率が低下するからである。

なお、イオン液体中における非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの含有量Ｃは、７０ｍｏｌ％≦Ｃ≦１００ｍｏｌ％を満たしていることがより好ましい。フッ化水素酸の発生確率がより低下するからである。

＜１−２．層状物質＞
層状物質は、上記したように、層状の薄い物質であり、いわゆるナノシートである。

この層状物質は、単層に限らず、層数が十分に少なければ、多層でもよい。尚、ここで説明する層状物質は、後述する層状物質含有液の製造工程において、複数の層状物質の積層物から剥離したものである。尚、層状物質の種類は、１種類だけでもよいし、２種類以上でもよい。

層状物質は、上記したように、１種類の元素だけを構成元素として含んでいる物質（単元素層状物質）でもよいし、２種類以上の元素を構成元素として含んでいる物質（多元素層状物質）でもよい。但し、多元素層状物質では、各層が１種類の元素だけを構成元素として含んでいてもよいし、２種類以上の元素を構成元素として含んでいてもよい。

単元素層状物質の種類は、特に限定されない。この単元素層状物質の具体例は、グラファイト等である。

多元素層状物質の種類は、特に限定されない。この多元素層状物質は、例えば、金属カルコゲン化物、金属酸化物・金属オキシハロゲン化物、金属リン酸塩、粘土鉱物・ケイ酸塩、複水酸化物、層状チタン酸化物、層状ペロブスカイト酸化物及び窒化ホウ素類等である。

金属カルコゲン化物の具体例は、ＭＸ₂ （Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷ等である。Ｘは、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅ等である。）及びＭＰＸ₃ （Ｍは、Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｄ及びＩｎ等である。Ｘは、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅ等である。）等である。

金属酸化物・金属オキシハロゲン化物の具体例は、Ｍ_x Ｏ_y （Ｍは、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＶ等である。）、ＭＯＸＯ₄ （Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＦｅ等である。Ｘは、Ｐ及びＡｓ等である。）、ＭＯＸ（Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ及びＦｅ等である。Ｘは、Ｃｌ及びＢｒ等である。）、ＬｎＯＣｌ（Ｌｎは、Ｙｂ、Ｅｒ及びＴｍ等である。）、Ｋ［Ｃａ₂ Ｎａ_n-3 Ｎｂ_n Ｏ_3n+1］（ｎは、３≦ｎ＜７を満たす。）で表されるニオブ酸塩、及びチタン酸塩等である。尚、Ｍ_x Ｏ_y の具体例は、ＭｏＯ₃ 、Ｍｏ₁₈Ｏ₅₂、Ｖ₂ Ｏ₅ 、ＬｉＮｂＯ₂ 及びＬｉ_x Ｖ₃ Ｏ₈ 等である。チタン酸塩の具体例は、Ｋ₂ Ｔｉ₄ Ｏ₉ 及びＫＴｉＮｂＯ₅ 等である。

金属リン酸塩の具体例は、Ｍ（ＨＰＯ₄ ）₂ （Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ及びＳｎ等である。）及びＺｒ（ＲＯＰＯ₃ ）₂ （Ｒは、Ｈ、Ｒｈ及びＣＨ₃ 等である。）等である。

粘土鉱物・ケイ酸塩の具体例は、スメクタイト族、カオリン族、パイロフィライト−タルク、バーミキュライト、雲母群、脆雲母群、緑泥石群、セピオライト−パリゴルスカイト、イモゴライト、アロフェン、ヒシンゲライト、マガディアイト及びカネマイト等である。尚、スメクタイト族の具体例は、モンモリロナイト及びサポナイト等である。カオリン族の具体例は、カオリナイト等である。

複水酸化物の具体例は、［Ｍ²⁺ _1-x Ｍ³⁺ _x （ＯＨ）₂ ］［Ａｎ^- ］_x/n ・ｚＨ₂ Ｏ（Ｍ²⁺は、Ｍｇ²⁺及びＺｎ²⁺等である。Ｍ³⁺は、Ａｌ³⁺及びＦｅ³⁺等である。Ａｎ^- は、任意のアニオンである。）等である。

層状チタン酸化物の具体例は、二チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₂ Ｏ₅ ）及び四チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₄ Ｏ₉ ）等である。

層状ペロブスカイト酸化物の具体例は、ＫＣａ₂ Ｎｂ₃ Ｏ₁₀、ＫＳｒ₂ Ｎｂ₃ Ｏ₁₀及びＫＬａＮｂ₂ Ｏ₇ 等である。

窒化ホウ素類は、窒素（Ｎ）及びホウ素（Ｂ）を構成元素として含む化合物の総称である。この窒化ホウ素類の具体例は、窒化ホウ素（ＢＮ）及び窒化炭素ホウ素（ＢＣＮ）等である。

尚、層状物質の平均粒径は、特に限定されないが、中でも、１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ〜１００μｍであることがより好ましい。分散性等が向上するからである。この平均粒径は、いわゆるメジアン径（累積５０％に相当するＤ５０）である。

＜１−３．他の材料＞
尚、層状物質含有液は、上記したイオン液体及び層状物質と一緒に、他の材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含有していてもよい。

他の材料は、例えば、有機溶剤（上記したイオン液体を除く）等である。有機溶剤の具体例は、水及びエタノール等である。

＜２．層状物質含有液の製造方法＞
次に、上記した層状物質含有液の製造方法に関して説明する。尚、以下では、複数の層状物質の積層物を「層状積層物」という。

＜２−１．層状物質含有液の調製＞
層状物質含有液を調製する場合には、最初に、例えば、任意の合成手順により、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンのうちのいずれか１種類又は２種類以上をアニオンとして含むイオン液体を準備する。尚、カチオンの種類は、任意でよい。

続いて、イオン液体に層状積層物を添加して、そのイオン液体中に層状積層物を含有させる。この場合には、必要に応じて、イオン液体を撹拌してもよい。これにより、イオン液体中に層状積層物が分散される。

最後に、層状積層物を含有するイオン液体に、音波及び電波のうちの一方又は双方を照射する。

音波の種類は、特に限定されないが、中でも、超音波を用いることが好ましい。層状積層物から層状物質が剥離しやすくなるからである。超音波を用いる場合には、例えば、任意の超音波分散機を使用可能であるが、中でも、ホーンタイプの超音波分散機を用いることが好ましい。超音波の周波数、振幅及び照射時間等の条件は、特に限定されない。一例を挙げると、周波数は１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、振幅は１μｍ〜１００μｍ（ゼロツーピーク値）であると共に、照射時間は１分間以上、好ましくは１分間〜６時間である。

電波の種類は、特に限定されないが、中でも、マイクロ波を用いることが好ましい。層状積層物から層状物質が剥離しやすくなるからである。マイクロ波を用いる場合には、例えば、任意のマイクロ波オーブンを使用可能である。マイクロ波の出力、周波数、及び照射時間等の条件は、特に限定されない。一例を挙げると、出力は５００Ｗ、周波数は２．４ＧＨｚであると共に、照射時間は１０秒間以上、好ましくは１０秒間〜１０分間である。但し、出力が１Ｗ〜１００Ｗ、周波数が２．４ＧＨｚ、照射時間が０．２時間〜４８時間である低エネルギーのマイクロ波を用いてもよい。

この照射処理により、層状積層物から１又は２以上の層状物質が剥離すると共に、その層状物質がイオン液体中に分散されるため、層状物質含有液が得られる。照射処理後の層状物質含有液中には、層状積層物が残存していてもよいし、残存していなくてもよい。

尚、照射工程では、上記した照射条件（周波数等）を変更することで、層状物質の剥離量、すなわち層状物質含有液の濃度を制御できる。このため、層状物質の剥離量が増大するように照射条件を設定することで、高濃度の層状物質含有液が得られる。具体的には、照射時間を長くすれば、層状物質の剥離量が増大するため、層状物質含有液の濃度が高くなる。これにより、層状物質含有液の濃度は、最大で１０ｍｇ／ｃｍ³ （＝１０ｍｇ／ｍｌ）以上、好ましくは２０ｍｇ／ｃｍ³ （＝２０ｍｇ／ｍｌ）以上、より好ましくは４０ｍｇ／ｃｍ³ （＝４０ｍｇ／ｍｌ）以上になる。

＜２−２．層状物質含有液の精製＞
層状物質含有液を調整した後、必要に応じて、その層状物質含有液を精製してもよい。

層状物質含有液を精製する場合には、例えば、その層状物質含有液（照射処理後のイオン液体）を遠心分離する。ただし、精製以外の理由により、層状物質含有液を遠心分離してもよい。この場合には、例えば、任意の遠心分離機を使用可能である。遠心分離条件は、任意に設定可能である。この遠心分離処理により、層状物質含有液は、例えば、残存する層状積層物及び不純物等を含む固相と、層状物質を含む液相（上澄み液）とに分離される。尚、層状物質含有液を遠心分離する場合には、その層状物質含有液のうちの一部だけを遠心分離してもよいし、全部を遠心分離してもよい。

この遠心分離処理の後、層状物質含有液から液相のうちの一部又は全部を回収してもよい。これにより、層状物質含有液から不純物等が除去されるため、その層状物質含有液が精製される。この場合には、遠心分離条件を変更することで、層状物質含有液の濃度（層状物質の純度）を調整できる。

＜３．作用及び効果＞
上記した層状物質含有液及びその製造方法によれば、アニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含むイオン液体に層状積層物を含有させて、その層状積層物を含有するイオン液体に音波等を照射している。

この場合には、含有処理及び照射処理という簡単な処理だけを用いているにも関わらず、層状積層物から層状物質が簡単に剥離するため、その層状物質がイオン液体中において高濃度に分散される。これにより、層状物質は安定かつ再現性よく剥離するため、その層状物質の層数は均一化する。また、剥離時において層状物質は破損しにくいため、その層状物質の面積は十分に大きくなる。

しかも、上記した音波等の照射工程において、イオン液体中にフッ化水素酸が発生しにくくなる。これにより、層状物質含有液の取り扱いに関する安全性が向上する。

よって、高品質な層状物質を容易かつ安全に得ることができる。

特に、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンがフッ素を構成元素として含んでいなければ、より高い効果を得ることができる。

また、アニオンが非Ｅ−Ｆ結合含有イオンとＥ−Ｆ結合含有アニオンとを含んでおり、イオン液体中における非Ｅ−Ｆ結合含有イオンの含有量Ｃが５０ｍｏｌ％＜Ｃ＜１００ｍｏｌ％を満たしていれば、より高い効果を得ることができる。

この他、音波として超音波、電波としてマイクロ波を用いれば、層状積層物から層状物質から剥離しやすくなるため、より高い効果を得ることができる。

また、照射後のイオン液体を遠心分離すると共に、遠心分離後のイオン液体から液相（上澄み液）を回収すれば、層状物質の純度が向上するため、より高い効果を得ることができる。

以下では、本発明の実施例に関して、下記の順序で詳細に説明する。但し、本発明の態様は、ここで説明する態様に限定されない。

１．イオン液体の合成
２．層状物質含有液の製造
３．層状物質含有液の評価
３−１．層数分布
３−２．安全性

＜１．イオン液体の合成＞
以下の手順により、イオン液体として化合物１〜３を合成した。

まず、アニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオン（ＣＨ₃ −Ｃ₆ Ｈ₄ −ＳＯ₃ ^-）を含む化合物１を合成した。

最初に、アルゴンガス（Ａｒ）の雰囲気下において、卜リエチレングリコールビス（ｐ−トルエンスルホン酸エステル）（６２．３６９ｇ，０．１３６ｍｏｌ）のアセ卜ニトリル溶液（４０ｃｍ³ ＝４０ｍｌ）に、１−ブチルイミダゾール（３７．１５９ｇ，０．２９９ｍｏｌ）を混合させた後、その混合物を撹拌（６０℃×７２時間）した。続いて、減圧環境下において混合物（反応物）を濃縮及び乾固した後、その混合物（粘稠な残渣）に塩化メチレン（１０ｃｍ³ ＝１０ｍｌ）を添加した。続いて、酢酸エチル（５０ｃｍ³ ＝５０ｍｌ）を用いて二層分離を３回行うことで、イオン液体相を得た。続いて、ロータリーエバポレータと共に五酸化リン（Ｐ₂ Ｏ₅ ）を用いて、真空オーブン（１０５℃）中においてイオン液体相を一晩乾燥させた。これにより、化合物１が得られた。尚、化４に示した「ＯＴｓ」は、ｐ−トルエンスルホン酸基（いわゆるトシル基）を表していると共に、「ｎ−Ｂｕ」は、ｎ−ブチル基を表している。

化合物１は、薄黄色の粘稠な液体であると共に、その化合物１の収率は、８１％（５７９ｇ，０．１２９ｍｏｌ）であった。尚、核磁気共鳴（ＮＭＲ）法を用いて化合物１を分析したところ、以下の結果が得られた。

¹Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６，２５℃）ｄ（ｐｐｍ）９．７（ｓ，２Ｈ），７．８１（ｔ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，２Ｈ），７．７４（ｔ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，２Ｈ）、７．４８（ｄ，Ｊ＝８．５Ｈｚ，４Ｈ），７．２（ｄ，Ｊ＝７．９Ｈｚ，４Ｈ），４．３３（ｔ，Ｊ＝４．９Ｈｚ，４Ｈ），４．１７（ｔ，Ｊ＝７．０Ｈｚ，４Ｈ），３．７３（ｔ，Ｊ＝４．９Ｈｚ，４Ｈ），３．５１（ｓ，４Ｈ），２．２９（ｓ，６Ｈ），１．７５（ｄｔ，Ｊ＝１５．０，７．０Ｈｚ，４Ｈ），１．２２（ｔｄ，Ｊ＝１５．０，７５Ｈｚ，４Ｈ），０.８８（ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ，６Ｈ）

¹³Ｃ−ＮＭＲ（１２５ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６，２５℃）ｄ（ｐｐｍ）１４５．７，１３７．６，１３６．３，１２５．５，１２２．８，１２２．３，６９．３，６８．１，４８．７，４８．５，３１．３，２０．８，１８．７，１３．２

ＥＳＩ−ＭＳ：ｍ／ｚ５３５．２９（［Ｍ−ＯＴｓ］⁺ ，ｃａｌｃｄ． ｆｏｒ Ｃ₂₇Ｈ₄₃Ｎ₄ Ｏ₅ Ｓ⁺ ５３５．３０）

また、上記した化合物１を用いて、アニオンとしてＥ−Ｆ結合含有アニオン（ＰＦ₆ ^-）を含む化合物２を合成した。

最初に、化合物１（３８．１７９ｇ，０．０５４ｍｏｌ）のアセ卜ニトリル溶液（ＭｅＣＮ，３０ｃｍ³ ＝３０ｍｌ）に、ヘキサフルオロリン酸カリウムの水溶液（ＫＰＦ₆ ／Ｈ₂ Ｏ，２３９ｇ，０．１２５ｍｏｌ）を混合させた後、その混合物を撹拌（室温×２時間）した。この後、混合物を放置することで、混合物（反応物）は水相とイオン液体相とに分離した。続いて、混合物から上澄みの水相を除去した。続いて、イオン液体相に塩化メチレン（１０ｃｍ³ ＝１０ｍｌ）を添加した後、蒸留水（３０ｃｍ³ ＝３０ｍｌ）を用いてイオン液体相を３回洗浄した。続いて、硫酸ナトリウム（Ｎａ₂ ＳＯ₄ ）を用いてイオン液体相を乾燥させた後、ロータリーエバポレータと共に五酸化リンを用いて真空オーブン（１０５℃）中においてイオン液体相を一晩乾燥させた。これにより、化合物２が得られた。

化合物２は、粘稠な液体であると共に、その化合物２の収率は、８５％（３０．３９ｇ，０．０４６ｍｏｌ）であった。尚、ＮＭＲ法を用いて化合物２を分析したところ、以下の結果が得られた。

¹Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６，２５℃）ｄ（ｐｐｍ）９．３（ｓ，２Ｈ），７．７９（ｔ，Ｊ＝１．８Ｈｚ，２Ｈ），７．７２（ｔ，Ｊ＝１．８Ｈｚ，２Ｈ），４．３３（ｔ，Ｊ＝４．９Ｈｚ，４Ｈ），４．８（ｔ，Ｊ＝７．０Ｈｚ，４Ｈ），３．７４（ｔ，Ｊ＝５．２Ｈｚ，４Ｈ），３．５２（ｓ，４Ｈ），１．７７（ｄｔ，Ｊ＝１５．３，６．９Ｈｚ，４Ｈ），１．２５（ｔｄ，Ｊ＝１５．０，７．３Ｈｚ，４Ｈ），０．９０（ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ，６Ｈ）

¹³Ｃ−ＮＭＲ（１２５ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６，２５℃）ｄ（ｐｐｍ）１３６．３，１２２．８，１２２．２，６９．３，６８．１，４８．８，４８．６，３１．３，１８．７，１３．２

ＥＳＩ−ＭＳ：ｍ／ｚ５０９．２５（［Ｍ−ＰＦ₆ ］⁺ ，ｃａｌｃｄ． ｆｏｒ Ｃ₂₀Ｈ₃₆Ｆ₆ Ｎ₄ Ｏ₂ Ｐ⁺ ５０９．２５）

さらに、ヘキサフルオロリン酸カリウム水溶液に代えてテトラフルオロホウ酸水溶液を用いたことを除き、上記した化合物２の合成手順と同様の手順により、アニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオン（ＢＦ₄ ^-）を含む化合物３を合成した。

＜２．層状物質含有液の製造＞
以下の手順により、層状物質含有液を製造した。

（実験例１〜１２）
最初に、層状積層物（グラファイト）１００ｍｇと、表１に示したイオン液体１ｍｌ（＝１ｃｍ³ ）とを混合した。

グラファイトとしては、人造黒鉛（ＳＥＣカーボン株式会社製ＳＧＬ−１２）を用いた。この人造黒鉛の平均粒径（Ｄ５０）は１２μｍ、純度は９９．８％であった。尚、表１において、「種類」は、イオン液体の種類を表している。また、「アニオン」は、アニオンの構成を表していると共に、「イオン種」は、アニオンとして用いたイオンの種類（非Ｅ−Ｆ結合含有イオン又はＥ−Ｆ結合含有イオン）を表している。

実験例１〜３では、イオン液体として、上記した製造工程により製造されたイオン液体（化合物１〜３）を用いた。また、実験例４〜１２では、イオン液体として、市販のイオン液体（いずれもメルク株式会社製）を用いた。

実験例４〜１２において用いたイオン液体に関する詳細は、以下の通りである。

実験例４：ＢＭＩｍ・ＢＦ₄ （1-buthyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate）
実験例５：ＢＭＩｍ・ＴＦＳＩ（1-butyl-3-methylimidazolium bis（trifluoromethylsulfonyl）imide ）
実験例６：ＢＭＩｍ・ＡｃＯ（1-buthyl-3-methylimidazolium acetate）
実験例７：ＢＭＩｍ・ＣＨ₃ ＳＯ₃ （1-buthyl-3-methylimidazolium mesylate ）
実験例８：ＢＭＩｍ・Ｉ（1-butyl-3-methylimidazolium iodide）
実験例９：Ｂｐｙ・ＴＦＳＩ（1-butylpyridinium bis（trifluoromethylsulfonyl）imide ）
実験例１０：Ｐｈ₃ Ｔ・ＴＦＳＩ（Trihexyltetradecylphosphonium bis（trifluoromethylsulfonyl）amide ）
実験例１１：ＢＭＩｍ・ＰＦ₆ （1-buthyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate）
実験例１２：ＢＭＩｍ・ＦＡＰ（1-buthyl-3-methylimidazolium tris（pentafluoroethyl）trifluorophosphate ）

続いて、乳鉢を用いて混合物を磨り潰して（１５分間）、イオン液体中に層状積層物が分散された混合液を得た。この場合には、マイクロウェーブ合成装置（Biotage社製Initiator⁺ ）用のバイアル（０．５ｃｍ³ ＝０．５ｍｌ）に混合液０．６８ｇを投入した後、そのバイアルを密閉した。

最後に、マイクロウェーブ合成装置を用いて混合液にマイクロ波を照射した。この場合には、出力＝１７Ｗ、照射時間＝６時間とした。これにより、層状物質含有液が得られた。

＜３．層状物質含有液の評価＞
以下の手順により、層状物質含有液を評価した。

＜３−１．層数分布＞
Nature Materials（”Wetting transparency of graphene”，Javad Rafiee 等，vol.11 ，217 頁〜222 頁，2012年）に記載されている方法を用いて、層状物質含有液中に分散されている層状物質（グラフェン）の層数分布を調べたところ、図１に示した結果が得られた。この場合には、層状物質含有液のラマンスペクトル（横軸：波数（ｃｍ^-1），縦軸：スペクトル強度）を測定した。このラマンスペクトルに基づいて、波数＝約２６００ｃｍ^-1〜約２８００ｃｍ^-1の範囲内に検出される２Ｄバンドのラマンピークを判定して、層状物質の層数分布を調べた。

図１は、層状物質の層数分布を表している。図１において、層数が９層以下である物質は、本発明の層状物質を表していると共に、層数が９層よりも大きい物質は、本発明の層状積層物を表している。

図１に示した結果から明らかなように、層数分布は、層状物質を分散させるイオン液体の種類（アニオンのイオン種）に応じて変動した。

詳細には、アニオンとしてＥ−Ｆ結合含有イオンを用いた場合（実験例１１）には、層状積層物（層数＞９層）の割合が約２６％以上まで増大したため、層状物質（特に層数≦３層）の割合が約２２％程度にすぎなかった。

これに対して、アニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを用いた場合（実験例４）には、層状積層物（層数＞９層）の割合が約２％程度まで減少したため、層状物質（特に層数≦３層）の割合が約７０％まで増大した。

この結果は、イオン液体のアニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを用いると、Ｅ−Ｆ結合含有イオンを用いた場合と比較して、層状積層物から層状物質が剥離しやすくなることを表している。

＜３−２．安全性＞
遠心分離機（株式会社久保田製作所製マイクロ冷却遠心機３７４０）を用いて層状物質含有液を遠心分離（遠心力＝２００００Ｇ）して、その層状物質含有液中に残存している層状積層物を沈降させた。続いて、遠心分離後の層状物質含有液の液相（上澄み液）をＰＴＦＥタイプメンブレンフィルタ（ADVANTEC製T010A025A ）に通して、濾液を得た。最後に、ＮＭＲ（¹⁹Ｆ−ＮＭＲ）法を用いて濾液０．０５ｍｌ（＝０．０５ｃｍ³ ）を分析して、その濾液中におけるフッ化水素酸の濃度（重量％）を求めたところ、表１に示した結果が得られた。

¹⁹Ｆ−ＮＭＲ法を用いた分析では、１，３，５−トリフルオロベンゼンを内部標準とすると共に、溶媒としてｄ６−アセトンを用いて、フッ化水素酸の濃度を定量した。尚、表１に示した「Ｎ．Ｄ．」は、フッ化水素酸中のフッ素に起因するピークが検出されなかったことを表している。

イオン液体がアニオンとしてＥ−Ｆ結合含有イオンを含む場合（実験例２，１１，１２）には、フッ素に起因するピークが検出されたため、濾液中にフッ化水素酸が発生した。これに対して、イオン液体がアニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含む場合（実験例１，３〜１０）には、フッ素に起因するピークが検出されなかったため、濾液中にフッ化水素酸が発生しなかった。

この結果は、アニオンの種類に応じて、フッ化水素酸の発生状況が左右されることを表している。具体的には、Ｅ−Ｆ結合含有イオンを用いると、Ｅ−Ｆ結合の存在に起因してフッ化水素酸が発生する。これに対して、非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを用いると、フッ化水素酸の発生原因であるＥ−Ｆ結合が存在しないため、フッ化水素酸の発生が抑制される。

表１に示した結果から、層状物質含有液に含有されているイオン液体がアニオンとして非Ｅ−Ｆ結合含有イオンを含んでいると、フッ化水素酸の発生が抑制されながら、イオン液体中において層状積層物から層状物質が簡単に剥離した。よって、層状物質含有液を用いて層状物質を容易かつ安全に得ることができた。

以上、実施形態及び実施例を挙げながら本発明を説明したが、本発明は実施形態及び実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。

Claims (9)

1. 長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していない第１アニオン、を含むイオン液体と、
   層状物質と
   を含有する、層状物質含有液。
2. 前記１５族元素は、リン（Ｐ）及びヒ素（Ａｓ）を含む、
   請求項１記載の層状物質含有液。
3. 前記第１アニオンは、フッ素を構成元素として含んでいない、
   請求項１又は請求項２に記載の層状物質含有液。
4. 前記イオン液体は、前記１５族元素とフッ素との結合を有している第２アニオン、を含み、
   前記イオン液体中における前記第１アニオンの含有量Ｃは、５０ｍｏｌ％＜Ｃ＜１００ｍｏｌ％を満たす、
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の層状物質含有液。
5. 長周期型周期表の１５族元素（Ｅ）とフッ素（Ｆ）との結合を有していない第１アニオン、を含むイオン液体に、層状物質の積層物を含有させて、
   その層状物質の積層物を含有する前記イオン液体に、音波及び電波のうちの少なくとも一方を照射する、
   層状物質含有液の製造方法。
6. 前記イオン液体は、前記１５族元素とフッ素との結合を有している第２アニオン、を含み、
   前記イオン液体中における前記第１アニオンの含有量Ｃは、５０ｍｏｌ％＜Ｃ＜１００ｍｏｌ％を満たす、
   請求項５記載の層状物質含有液の製造方法。
7. 前記音波として超音波を用いると共に、前記電波としてマイクロ波を用いる、
   請求項５又は請求項６に記載の層状物質含有液の製造方法。
8. 前記音波及び電波のうちの少なくとも一方が照射された前記イオン液体を遠心分離する、
   請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の層状物質含有液の製造方法。
9. 前記遠心分離された前記イオン液体から液相を回収する、
   請求項８記載の層状物質含有液の製造方法。

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