JP2016222490A - ポリオキソメタレート - Google Patents
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Abstract
【課題】 ３種以上の遷移金属原子を含み、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の不純物を実質的に含まず、電子材料として使用するのに特に適したポリオキソメタレートを提供する。
【解決手段】 ３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであるポリオキソメタレート。
【選択図】 なし
【解決手段】 ３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであるポリオキソメタレート。
【選択図】 なし
Description
本発明は、ポリオキソメタレートに関する。より詳しくは、触媒や電子材料として好適に用いられるポリオキソメタレートに関する。
ポリオキソメタレートは、その酸性質や酸化還元能を利用して、触媒として幅広く使用されている。また、それらの特徴を生かして電池材料や電気化学コンデンサ、エレクトロクロミック材料等をはじめとした電子材料用途への応用も盛んである。
例えば、炭化タングステンを過酸化水素溶液に溶解させて得られる含炭素ヘテロポリ酸が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、リンとバナジウムとタングステンを含む特定のヘテロポリ酸が開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、リンとバナジウムとモリブデンを含む特定のヘテロポリ酸が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
Ｖ．Ｆ．Ｏｄｙａｋｏｖ、他２名、「アプライド キャタリシス エー：ジェネラル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ）」、エルセビア（ＥＬＳＥＶＩＥＲ）社、２００８年、第３４２巻、ｐ．１２６−１３０
ハロゲンやアルカリ金属、アルカリ土類金属等を実質的に含まないが、多種の金属を含んだポリオキソメタレートやその高濃度水溶液を実現することは、ポリオキソメタレートの触媒活性の向上や、電子材料分野でポリオキソメタレートを使用するために望まれている技術であった。一方で、従来の主なポリオキソメタレートの合成法は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲンを含む原料が必要であり、これら原料由来の不純物を取り除くためには、例えば過剰の酸を加えたうえでカチオン交換膜を利用したり、エーテルやアルコール等に抽出したりといった煩雑な精製操作を行う必要があるため、大量の酸廃液が生じ、工業的に好ましいものではなかった。
ここで、上記特許文献１に記載のヘテロポリ酸は、炭化タングステンと過酸化水素を用いて合成するため、副生成物が得られず不純物が実質的に含まれないポリオキソメタレートの合成法である。しかしながら、上記特許文献１には、モリブデンとタングステンの化合物を得たことしか記載されておらず、他の金属を導入したことの記載はないため、多種の金属を含むポリオキソメタレートやその合成法を開示するものではなかった。また、上記特許文献１には、高濃度の溶液が得られたという記載もない。
上記特許文献２に記載のへテロポリ酸の合成法は、アルカリ金属塩のポリオキソメタレートに対し、塩酸等の酸を加えてエーテル抽出を行っているため、煩雑であり、またアルカリ金属やハロゲン等が不純物として混入することを精製操作なしに防ぐことは難しい。また、上記特許文献２には、２種類の遷移金属元素を含むヘテロポリ酸しか記載されていないため、多種の金属を含むポリオキソメタレートやその合成法を開示するものではなかった。
上記非特許文献１には、２種類の遷移金属元素を含むヘテロポリ酸しか記載されていないため、多種の金属を含むポリオキソメタレートやその合成法を開示するものではなかった。
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、３種以上の遷移金属原子を含み、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の不純物を実質的に含まず、電子材料として使用するのに特に適したポリオキソメタレートを提供することを目的とするものである。
本発明者は、触媒活性の向上や、酸化還元電位の制御等の様々な特性が期待できる３種以上の遷移金属を含むポリオキソメタレートに着目し、このようなポリオキソメタレートの合成法を種々検討した結果、原料として３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを用い、溶液中で反応させて合成する方法を見出した。本発明者は、このようなポリオキソメタレートの合成法が、電子材料特性を劣化させるアルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子等の不純物の混入を防止できるため、精製操作を行うことなくポリオキソメタレートを高収率で簡便に得ることができ、また、得られるポリオキソメタレートが電子材料として使用するのに特に適したものであることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち本発明は、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであるポリオキソメタレートである。
また本発明は、３種以上の遷移金属原子を含むポリオキソメタレートを含有し、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がポリオキソメタレート１００質量％に対して１質量％以下であるポリオキソメタレート含有組成物である。
更に、本発明は、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させてポリオキソメタレートを生成する工程を含むポリオキソメタレートの製造方法でもある。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を２つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また本発明は、３種以上の遷移金属原子を含むポリオキソメタレートを含有し、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がポリオキソメタレート１００質量％に対して１質量％以下であるポリオキソメタレート含有組成物である。
更に、本発明は、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させてポリオキソメタレートを生成する工程を含むポリオキソメタレートの製造方法でもある。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を２つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
（ポリオキソメタレート）
本発明のポリオキソメタレートは、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものである。
本発明のポリオキソメタレートは、原料として遷移金属原子の酸化物やリン酸塩、過酸化水素、後述するリン酸等を用いることにより、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン等の不純物の混入が防止されたものである。
本発明のポリオキソメタレートは、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものである。
本発明のポリオキソメタレートは、原料として遷移金属原子の酸化物やリン酸塩、過酸化水素、後述するリン酸等を用いることにより、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン等の不純物の混入が防止されたものである。
本発明のポリオキソメタレートは、上記原料及び／又は原料由来の反応中間体が溶液中に溶解し、反応して生成されるものであればよい。ここで、上記反応により生成された本発明のポリオキソメタレートは、３種以上の遷移金属原子が均一に混合した溶液、又は、固体として得ることができる。３種以上の遷移金属原子が均一に混合した溶液は、ポリオキソメタレートの沈殿工程を経ないため、その化学量論比は原料組成における化学量論比そのままであり、原料組成を変化させることで生成物中の化学量論比を変化させることができる。また、固体は、溶液から析出させたり、溶液を乾固させたりして得ることができる。
上記３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩としては、合計３種以上の遷移金属原子を含むものであればよく、例えば、遷移金属原子の単一酸化物及び／又は単一リン酸塩としてそれぞれ異なる遷移金属原子を含むものを少なくとも３種用いてもよく、２種以上の遷移金属原子の複合酸化物及び／又は複合リン酸塩と、該２種以上の遷移金属原子とは異なる遷移金属原子の単一酸化物及び／又は単一リン酸塩とを少なくとも１種ずつ用いてもよく、３種以上の遷移金属原子の複合酸化物及び／又は複合リン酸塩を少なくとも１種用いてもよいが、中でも、遷移金属原子の単一酸化物及び／又は単一リン酸塩としてそれぞれ異なる遷移金属原子を含むものを少なくとも３種用いることが好ましい。
上記遷移金属原子とは、周期律表の第３族〜第１１族の元素から選択されるものを言う。上記遷移金属原子は、周期律表の第５族〜第７族、第９族〜第１１族の元素から選択されるものであることが好ましい。
例えば、本発明のポリオキソメタレートは、周期律表第５族及び第６族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子を含むことが好ましく、周期律表第５族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子と周期律表第６族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子とを含むことがより好ましく、バナジウム及びモリブデンを含むことが更に好ましい。
本発明のポリオキソメタレートは、更に、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子を含むことが好ましい。本発明のポリオキソメタレートは、イットリウム、ニオブ、クロム、マンガン、レニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、及び、金からなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことがより好ましく、銅、マンガン、及び、コバルトからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことが更に好ましい。
また本発明のポリオキソメタレートは、更に、周期律表第１２族〜第１５族の元素から選択される少なくとも１種の原子を含むことが好ましく、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、及び、リンからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことがより好ましく、ケイ素及びリンからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことが更に好ましく、リンを含むことが特に好ましい。
例えば、本発明のポリオキソメタレートは、リン酸及び／又はリン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種を原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであり、該リン酸及び／又は該リン酸塩由来のリンを含むことが好ましい。ここで、リン酸塩としては、遷移金属原子の単一リン酸塩、２種以上の遷移金属原子の複合リン酸塩を好適に使用できる。
例えば、本発明のポリオキソメタレートは、リン酸及び／又はリン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種を原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであり、該リン酸及び／又は該リン酸塩由来のリンを含むことが好ましい。ここで、リン酸塩としては、遷移金属原子の単一リン酸塩、２種以上の遷移金属原子の複合リン酸塩を好適に使用できる。
本発明のポリオキソメタレートは、上述した遷移金属原子の種類によって、溶液で得られる場合と固体で得られる場合とがある。例えば、銅のリン酸塩を原料として用いて溶液中で反応させて生成する場合は、本発明のポリオキソメタレートを固体として得ることができる。
またマンガンの酸化物及び／又はリン酸塩や、コバルトのリン酸塩を原料として用いて溶液中で反応させて生成する場合は、本発明のポリオキソメタレートを溶液として得たり、固体として得たりすることができる。この場合において、本発明のポリオキソメタレートを溶液として得るか、固体として得るかは、溶液の濃度、温度等を適宜設定して所望により選択することができる。また、本発明のポリオキソメタレートの製造方法により製造することで、ポリオキソメタレートを溶液として得るときは、高濃度溶液として得ることが可能である。
またマンガンの酸化物及び／又はリン酸塩や、コバルトのリン酸塩を原料として用いて溶液中で反応させて生成する場合は、本発明のポリオキソメタレートを溶液として得たり、固体として得たりすることができる。この場合において、本発明のポリオキソメタレートを溶液として得るか、固体として得るかは、溶液の濃度、温度等を適宜設定して所望により選択することができる。また、本発明のポリオキソメタレートの製造方法により製造することで、ポリオキソメタレートを溶液として得るときは、高濃度溶液として得ることが可能である。
本発明のポリオキソメタレートの構造としては、例えば、周期律表第１２族〜第１５族の元素から選択される少なくとも１種の原子を含み、３種以上の遷移金属原子と該周期律表第１２族〜第１５族の元素から選択される少なくとも１種の原子が酸素を含んでクラスターとなった構造が考えられる。また、本発明のポリオキソメタレートとしては、ヘテロポリオキソメタレートやイソポリオキソメタレートが考えられるが、ヘテロポリオキソメタレートであった場合はケギン型、ドーソン型、アンダーソン型等が考えられる。
（ポリオキソメタレートの製造方法）
本発明は、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させてポリオキソメタレートを生成する工程を含むポリオキソメタレートの製造方法でもある。
本発明は、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させてポリオキソメタレートを生成する工程を含むポリオキソメタレートの製造方法でもある。
本発明のポリオキソメタレートの製造方法において、上記溶液は、水を含むことが好ましい。
水を含む上記溶液としては、水と有機溶媒とが混合された水系溶媒、水溶液が挙げられる。
上記溶液は、５０質量％以上が水であることが好ましく、７０質量％以上が水であることがより好ましく、９０質量％以上が水であることが更に好ましい。上記溶液は、水溶液であることが特に好ましい。上記溶液が水溶液であると、廃棄物が実質的に水だけとなるため、有機溶媒と水を分離する工程が不必要となり工業的に好ましい合成方法である。
水を含む上記溶液としては、水と有機溶媒とが混合された水系溶媒、水溶液が挙げられる。
上記溶液は、５０質量％以上が水であることが好ましく、７０質量％以上が水であることがより好ましく、９０質量％以上が水であることが更に好ましい。上記溶液は、水溶液であることが特に好ましい。上記溶液が水溶液であると、廃棄物が実質的に水だけとなるため、有機溶媒と水を分離する工程が不必要となり工業的に好ましい合成方法である。
本発明のポリオキソメタレートは、１００℃以下で反応させて生成されたものであることが好ましく、８０℃以下で反応させて生成されたものであることがより好ましく、６０℃以下で反応させて生成されたものであることが更に好ましい。
また本発明のポリオキソメタレートは、常圧以下で反応させて生成されたものであることが好ましい。
また本発明のポリオキソメタレートは、常圧以下で反応させて生成されたものであることが好ましい。
本発明のポリオキソメタレートの製造方法では、周期律表第５族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子（好ましくは、バナジウム）の酸化物及び／又はリン酸塩を水等の溶媒に加え、更に過酸化水素水を加えて撹拌して溶液とすることが好ましい。
撹拌温度は、例えば−１０〜３０℃とすることが好ましく、０〜２０℃とすることがより好ましい。撹拌時間は、例えば２０分〜３時間とすることが好ましく、３０分〜２時間とすることがより好ましい。
撹拌温度は、例えば−１０〜３０℃とすることが好ましく、０〜２０℃とすることがより好ましい。撹拌時間は、例えば２０分〜３時間とすることが好ましく、３０分〜２時間とすることがより好ましい。
本発明のポリオキソメタレートの製造方法では、更に、周期律表第６族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子（好ましくは、モリブデン）の酸化物及び／又はリン酸塩と、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素から選択される少なくとも１種の遷移金属原子（好ましくは、銅、マンガン、又は、コバルト）の酸化物及び／又はリン酸塩と、必要に応じてリン酸を水等の溶媒に加えてスラリーを調製し、これを混合又は還流（好ましくは、還流）させ、上述した過酸化水素水を加えた第５族元素含有溶液を滴下して均一な溶液とすることが好ましい。
その後、該溶液を混合又は還流（好ましくは、還流）する。該溶液の混合又は還流時間は、１〜５時間とすることが好ましく、２〜４時間とすることがより好ましい。なお、上記混合又は還流時間は、均一系溶液中で混合又は還流される時間である。
以上の方法により、本発明のポリオキソメタレートを含む溶液が好適に得られ、また、本発明のポリオキソメタレートの高濃度溶液を得ることが可能である。更に、該溶液から固体を析出させたり、該溶液を乾固したりすることにより、本発明のポリオキソメタレートを固体として得ることができる。
その後、該溶液を混合又は還流（好ましくは、還流）する。該溶液の混合又は還流時間は、１〜５時間とすることが好ましく、２〜４時間とすることがより好ましい。なお、上記混合又は還流時間は、均一系溶液中で混合又は還流される時間である。
以上の方法により、本発明のポリオキソメタレートを含む溶液が好適に得られ、また、本発明のポリオキソメタレートの高濃度溶液を得ることが可能である。更に、該溶液から固体を析出させたり、該溶液を乾固したりすることにより、本発明のポリオキソメタレートを固体として得ることができる。
本発明のポリオキソメタレートの製造方法において、原料である酸化物及び／又はリン酸塩中の周期律表第５族の元素である遷移金属原子の量（好ましくは、バナジウム量）１００ｍｏｌ％に対して、過酸化水素水を２００ｍｏｌ％以上用いることが好ましく、４００ｍｏｌ％以上用いることがより好ましく、６００ｍｏｌ％以上用いることが更に好ましい。過酸化水素水の上限は特に限定されないが、例えば２０００ｍｏｌ％である。
また原料である酸化物及び／又はリン酸塩中の周期律表第５族の元素である遷移金属原子の量（好ましくは、バナジウム量）１００ｍｏｌ％に対して、周期律表第６族の元素である遷移金属原子（好ましくは、モリブデン）を８０ｍｏｌ％以上用いることが好ましく、１００ｍｏｌ％以上用いることがより好ましい。また、該周期律表第６族の元素である遷移金属原子（好ましくは、モリブデン）を１５００ｍｏｌ％以下用いることが好ましく、１２００ｍｏｌ％以下用いることがより好ましい。
更に、原料である酸化物及び／又はリン酸塩中の上記周期律表第５族の元素である遷移金属原子の量（好ましくは、バナジウム量）１００ｍｏｌ％に対して、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である遷移金属原子（好ましくは、銅、マンガン、及び、コバルト）を１０ｍｏｌ％以上用いることが好ましく、１５ｍｏｌ％以上用いることがより好ましく、２０ｍｏｌ％以上用いることが更に好ましい。また、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である遷移金属原子（好ましくは、銅、マンガン、及び、コバルト）を２００ｍｏｌ％以下用いることが好ましく、１５０ｍｏｌ％以下用いることがより好ましく、１００ｍｏｌ％以下用いることが更に好ましい。
そして、原料である酸化物及び／又はリン酸塩中の上記周期律表第５族の元素である遷移金属原子の量（好ましくは、バナジウム量）１００ｍｏｌ％に対して、リン酸及び／又はリン酸塩由来のリンを５ｍｏｌ％以上用いることが好ましく、１０ｍｏｌ％以上用いることがより好ましく、１５ｍｏｌ％以上用いることが更に好ましい。また、該リン酸及び／又はリン酸塩由来のリンを２００ｍｏｌ％以下用いることが好ましく、１５０ｍｏｌ％以下用いることがより好ましく、１００ｍｏｌ％以下用いることが更に好ましい。
本発明のポリオキソメタレートは、原料として遷移金属原子の酸化物やリン酸塩、過酸化水素、リン酸等を用いることにより、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲンの混入が防止されたものであるため、これらを除去するために再結晶等による精製を省略することが可能である。もちろん、用途によって再結晶などによる精製をしても構わない。また、反応により得られた溶液から本発明のポリオキソメタレートを固体として単離することなく該溶液を電子材料等として使用することも可能である。
（ポリオキソメタレート含有組成物）
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、３種以上の遷移金属原子を含むポリオキソメタレートを含有し、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がポリオキソメタレート１００質量％に対して１質量％以下である。アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がこのように低減されたものであれば、電子材料として用いる場合に特に望ましいものとなる。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における該アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量は、０．５質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましく、実質的に検出限界以下であることが更に好ましい。また、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、ポリオキソメタレートアニオン、プロトン及び水酸化物イオン以外のイオンであるハロゲン化物イオン、カルボキシレートのような有機イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の量が低減されていることもまた特徴である。本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、ポリオキソメタレートアニオン、プロトン及び水酸化物イオン以外のイオンであるハロゲン化物イオン、カルボキシレートのような有機イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等を含まないことが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、上述した本発明のポリオキソメタレートの製造方法や、その他の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を実質的に含まず、３種以上の遷移金属原子を含む原料を用いる合成方法により得ることが可能であるが、上述した本発明のポリオキソメタレートの製造方法により得ることが好ましい。これにより、電子材料特性を劣化させるアルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量が大きく低減されたポリオキソメタレート含有組成物を高収率で簡便に得ることができる。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、３種以上の遷移金属原子を含むポリオキソメタレートを含有し、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がポリオキソメタレート１００質量％に対して１質量％以下である。アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がこのように低減されたものであれば、電子材料として用いる場合に特に望ましいものとなる。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における該アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量は、０．５質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましく、実質的に検出限界以下であることが更に好ましい。また、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、ポリオキソメタレートアニオン、プロトン及び水酸化物イオン以外のイオンであるハロゲン化物イオン、カルボキシレートのような有機イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の量が低減されていることもまた特徴である。本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、ポリオキソメタレートアニオン、プロトン及び水酸化物イオン以外のイオンであるハロゲン化物イオン、カルボキシレートのような有機イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等を含まないことが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、上述した本発明のポリオキソメタレートの製造方法や、その他の、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を実質的に含まず、３種以上の遷移金属原子を含む原料を用いる合成方法により得ることが可能であるが、上述した本発明のポリオキソメタレートの製造方法により得ることが好ましい。これにより、電子材料特性を劣化させるアルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量が大きく低減されたポリオキソメタレート含有組成物を高収率で簡便に得ることができる。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物に含まれるポリオキソメタレートの構成原子の種類やその割合等は、上述した本発明のポリオキソメタレートの構成原子の種類やその割合等と同様である。
例えば、本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記ポリオキソメタレートは、モリブデン及びバナジウムを含むことが好ましい。
また本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記ポリオキソメタレートは、更に、銅、マンガン、及び、コバルトからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことが好ましい。
例えば、本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記ポリオキソメタレートは、モリブデン及びバナジウムを含むことが好ましい。
また本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記ポリオキソメタレートは、更に、銅、マンガン、及び、コバルトからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析による周期律表第５族の元素である遷移金属原子量が５〜５０モル％であることが好ましい。また、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、元素分析による周期律表第６族の元素である遷移金属原子量が４０〜８５モル％であることが好ましい。
元素分析は、実施例に記載の方法により測定することができる。周期律表の第３周期以降の元素とは、原子番号を昇順に並べたときのナトリウム以降の元素を意味する。以下においても同様である。
元素分析は、実施例に記載の方法により測定することができる。周期律表の第３周期以降の元素とは、原子番号を昇順に並べたときのナトリウム以降の元素を意味する。以下においても同様である。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析による周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である遷移金属原子量が５〜３０モル％であることが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析による周期律表第１２族〜第１５族の元素である原子の量が５〜２０モル％であることが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析による周期律表第６族の元素である遷移金属原子量が４０〜８５モル％であり、周期律表第５族の元素である遷移金属原子量が５〜５０モル％であり、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である遷移金属原子量が５〜３０モル％であり、周期律表第１２族〜第１５族の元素である原子の量が５〜２０モル％であることが好ましい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物が、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析によるモリブデン量が４０〜８５モル％であり、バナジウム量が５〜５０モル％であり、モリブデン、バナジウム以外の遷移金属原子量が５〜３０モル％であり、リン量が５〜２０モル％であることもまた好ましい。
中でも、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析によるモリブデン量が４０〜８５モル％であり、バナジウム量が５〜５０モル％であり、銅、マンガン、及び、コバルトの量が５〜３０モル％であり、リン量が５〜２０モル％であることがより好ましい。
銅、マンガン、及び、コバルトの量とは、銅、マンガン、及び、コバルトの合計量を意味する。なお、銅、マンガン、及び、コバルトの量が上記の範囲内にある限り、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は銅、マンガン、及び、コバルトの少なくとも１種を含んでいればよい。
中でも、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析によるモリブデン量が４０〜８５モル％であり、バナジウム量が５〜５０モル％であり、銅、マンガン、及び、コバルトの量が５〜３０モル％であり、リン量が５〜２０モル％であることがより好ましい。
銅、マンガン、及び、コバルトの量とは、銅、マンガン、及び、コバルトの合計量を意味する。なお、銅、マンガン、及び、コバルトの量が上記の範囲内にある限り、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は銅、マンガン、及び、コバルトの少なくとも１種を含んでいればよい。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物における周期律表第６族の元素である遷移金属原子量は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、４５モル％以上であることが好ましく、５０モル％以上であることがより好ましい。また、該周期律表第６族の元素である遷移金属原子量は、８０モル％以下であることが好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第６族の元素がモリブデンである場合、該モリブデン量の好ましい範囲は上述した周期律表第６族の元素である遷移金属原子量の好ましい範囲と同様である。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物における周期律表第５族の元素である遷移金属原子量は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、１０モル％以上であることが好ましい。また、該周期律表第５族の元素である遷移金属原子量は、４５モル％以下であることが好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第５族の元素がバナジウムである場合、該バナジウム量の好ましい範囲は上述した周期律表第５族の元素である遷移金属原子量の好ましい範囲と同様である。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物における周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の量は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、６モル％以上であることが好ましく、７モル％以上であることがより好ましい。また、該周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の量は、１８モル％以下であることが好ましく、１６モル％以下であることがより好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素が銅、マンガン及びコバルトの少なくとも１種である場合、該銅、マンガン及びコバルトの量の好ましい範囲は上述した周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の量の好ましい範囲と同様である。
本発明のポリオキソメタレート含有組成物における周期律表第１２族〜第１５族の元素である原子の量は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、６モル％以上であることが好ましく、７モル％以上であることがより好ましい。また、該周期律表第１２族〜第１５族の元素である原子の量は、１８モル％以下であることが好ましく、１５モル％以下であることがより好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第１２族〜第１５族の元素がリンである場合、該リン量の好ましい範囲は上述した周期律表第１２族〜第１５族の元素である原子の量の好ましい範囲と同様である。
また本発明のポリオキソメタレート含有組成物がポリオキソメタレートの溶液である場合、該ポリオキソメタレートの溶液において、周期律表第６族の元素である遷移金属原子の濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが更に好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ以上であることが特に好ましい。また、該周期律表第６族の元素である遷移金属原子の濃度は、１０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第６族の元素がモリブデンである場合、該モリブデンの濃度の好ましい範囲は上述した周期律表第６族の元素である遷移金属原子の濃度の好ましい範囲と同様である。
また上記ポリオキソメタレートの溶液において、周期律表第５族の元素である遷移金属原子の濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．３ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であることが更に好ましく、０．８ｍｏｌ／Ｌ以上であることが特に好ましい。また、該周期律表第５族の元素である遷移金属原子の濃度は、８ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第５族の元素がバナジウムである場合、該バナジウムの濃度の好ましい範囲は上述した周期律表第５族の元素である遷移金属原子の濃度の好ましい範囲と同様である。
更に、上記ポリオキソメタレートの溶液において、周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の濃度は、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．０３ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが更に好ましく、０．２ｍｏｌ／Ｌ以上であることが特に好ましい。また、該周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の濃度は、３ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明のポリオキソメタレート含有組成物における上記周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素がマンガン及びコバルトの少なくとも１種である場合、該マンガン及びコバルトの濃度の好ましい範囲は上述した周期律表第７族及び第９族〜第１１族の元素である原子の濃度の好ましい範囲と同様である。
ポリオキソメタレートの高濃度溶液は、後述する電池用途等に好適に用いることができる。本発明のポリオキソメタレートの高濃度溶液とは、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成された溶液であって、遷移金属原子の合計濃度が１ｍｏｌ／Ｌ以上であるものを言う。該遷移金属原子の合計濃度は、２ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、３ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましい。
上記遷移金属原子の濃度は、誘導結合プラズマ分析（ＩＣＰ）や蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）により測定することができる。
上記遷移金属原子の濃度は、誘導結合プラズマ分析（ＩＣＰ）や蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）により測定することができる。
本発明のポリオキソメタレート又はポリオキソメタレート含有組成物は、種々の酸化反応や酸塩基反応等の有機反応用触媒として適用することができるものである。
本発明のポリオキソメタレートを触媒として利用する場合、気相・液相・超臨界相等いずれの反応場においても使用することができる。その使用形態としては、気相反応で用いる場合、触媒自体を固体として反応を行う形態や触媒を担体に担持して反応を行う形態が可能である。触媒担体としては、一般的に気−固反応に使用される担体を用いることができる。また、液相反応で用いる場合には、触媒を溶媒に添加して均一系で反応させる形態、触媒を溶媒に溶解させずに液相に懸濁させて反応を行う形態が挙げられる。なお、触媒を固相として反応を行うことも可能である。この時、反応後の触媒と生成物の分離が容易になる。
また本発明のポリオキソメタレート又はポリオキソメタレート含有組成物は、電池材料や電気化学コンデンサ、エレクトロクロミック材料等の電子材料として適用することができるものである。電池材料として電池構成部材に用いた場合について後述する。
本発明のポリオキソメタレートを触媒として利用する場合、気相・液相・超臨界相等いずれの反応場においても使用することができる。その使用形態としては、気相反応で用いる場合、触媒自体を固体として反応を行う形態や触媒を担体に担持して反応を行う形態が可能である。触媒担体としては、一般的に気−固反応に使用される担体を用いることができる。また、液相反応で用いる場合には、触媒を溶媒に添加して均一系で反応させる形態、触媒を溶媒に溶解させずに液相に懸濁させて反応を行う形態が挙げられる。なお、触媒を固相として反応を行うことも可能である。この時、反応後の触媒と生成物の分離が容易になる。
また本発明のポリオキソメタレート又はポリオキソメタレート含有組成物は、電池材料や電気化学コンデンサ、エレクトロクロミック材料等の電子材料として適用することができるものである。電池材料として電池構成部材に用いた場合について後述する。
（電池構成部材）
本発明は、本発明のポリオキソメタレート、又は、本発明のポリオキソメタレート含有組成物を用いてなる電池構成部材でもある。
本発明のポリオキソメタレート、又は、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の含有量が少ないため、電池特性を損なわず、レドックス電池用電解液、活物質、電池用触媒等として好適に使用できる。
本発明の電池構成部材としては、レドックス電池用電解液、その他の電池の活物質層等が好適なものとして挙げられる。
本発明は、本発明のポリオキソメタレート、又は、本発明のポリオキソメタレート含有組成物を用いてなる電池構成部材でもある。
本発明のポリオキソメタレート、又は、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の含有量が少ないため、電池特性を損なわず、レドックス電池用電解液、活物質、電池用触媒等として好適に使用できる。
本発明の電池構成部材としては、レドックス電池用電解液、その他の電池の活物質層等が好適なものとして挙げられる。
本発明の電池構成部材がレドックス電池用電解液である場合は、本発明のポリオキソメタレートの高濃度溶液を好適に使用できる。
上記レドックス電池用電解液中、本発明のポリオキソメタレートに由来する遷移金属原子の合計濃度は、１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、３ｍｏｌ／Ｌ以上であることが更に好ましい。また、該合計濃度は、２０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、１５ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましく、１０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが更に好ましい。
上記レドックス電池用電解液中、本発明のポリオキソメタレートに由来する遷移金属原子の合計濃度は、１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、２ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、３ｍｏｌ／Ｌ以上であることが更に好ましい。また、該合計濃度は、２０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、１５ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましく、１０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが更に好ましい。
（電池）
本発明は、本発明の電池構成部材を用いて構成される電池でもある。本発明の電池は、レドックス電池、その他の二次電池、一次電池等の電池が挙げられる。
本発明は、本発明の電池構成部材を用いて構成される電池でもある。本発明の電池は、レドックス電池、その他の二次電池、一次電池等の電池が挙げられる。
レドックス電池は、二次電池の一種であり、通常、電解槽と、電解槽中の電解液と、電解槽中の電解液を隔てるイオン交換膜と、その両側に設けられた正極及び負極（例えば、炭素電極）と、電解槽に電解液を送る電解液貯蔵用タンク（正極液貯蔵用タンク及び負極液貯蔵用タンク）を含んで構成され、正極液が正極液貯蔵用タンクから、負極液が負極液貯蔵用タンクから、それぞれポンプ循環等によって電解槽に送られる。炭素電極上でバナジウムイオン等の遷移金属イオンの酸化還元反応を進めることによって、充放電を行う。レドックス電池としては、例えば特許第３００１６５９号公報に記載されているものが挙げられる。
本発明の電池は、レドックス電池以外の電池であってもよい。レドックス電池以外の電池は、例えば、正極、負極、一次電池や二次電池において通常用いられる電解液（電解質）及びセパレータとしてのイオン交換膜を備えるものであればよい。レドックス電池以外の電池においては、本発明のポリオキソメタレート、又は、本発明のポリオキソメタレート含有組成物は、活物質又は電池用触媒として、電池構成部材（例えば、正極、負極等の電極の活物質層）に適用されることとなる。
上記正極、負極の活物質層に使用される結着剤、導電助剤等、集電体、電解液（電解質）、イオン交換膜としては、通常使用されるものを適宜使用できる。
上記正極、負極の活物質層に使用される結着剤、導電助剤等、集電体、電解液（電解質）、イオン交換膜としては、通常使用されるものを適宜使用できる。
本発明の電池は、公知の方法を適宜用いて製造することができる。例えば、負極を電池セル中に配置し、電解質溶液を電池セル中に導入し、更に、正極、セパレータ等を必要に応じて配置して電池を作製することができる。
本発明のポリオキソメタレートは、上述の構成よりなり、触媒活性の向上等の様々な特性が期待できるとともに、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の不純物を実質的に含まず、電子材料として使用するのに特に適したものである。また、本発明のポリオキソメタレートの製造方法は、ポリオキソメタレートを高収率で簡便に得ることができるものである。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を意味するものとする。
各種測定及び評価は以下の方法により行った。
元素分析は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）により行った。装置は、ブルカー・エイエックスエス社製の波長分散型蛍光Ｘ線分析装置 Ｓ８ ＴＩＧＥＲを用いた。
質量分析は、アニオンモードでのＥＳＩ−ＭＳ分析により行った。装置は、日本電子株式会社製ＪＭＳ−Ｔ１００ＬＣを用いた。溶媒は、水で行った。
赤外吸収分析は、臭化カリウムを用いたペレットを作成し、透過法により行った。装置は、ＢｉｏＲａｄ ＦＴＳ ３００ＭＸ Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いた。
なお、本明細書中、元素分析で測定したモル比は、周期律表の第３周期以降の元素のモル比である。また、元素分析で測定したモル百分率は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中の、周期律表の第３周期以降の各元素のモル百分率である。
元素分析は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）により行った。装置は、ブルカー・エイエックスエス社製の波長分散型蛍光Ｘ線分析装置 Ｓ８ ＴＩＧＥＲを用いた。
質量分析は、アニオンモードでのＥＳＩ−ＭＳ分析により行った。装置は、日本電子株式会社製ＪＭＳ−Ｔ１００ＬＣを用いた。溶媒は、水で行った。
赤外吸収分析は、臭化カリウムを用いたペレットを作成し、透過法により行った。装置は、ＢｉｏＲａｄ ＦＴＳ ３００ＭＸ Ｅｘｃａｌｉｂｕｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いた。
なお、本明細書中、元素分析で測定したモル比は、周期律表の第３周期以降の元素のモル比である。また、元素分析で測定したモル百分率は、周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中の、周期律表の第３周期以降の各元素のモル百分率である。
（固体として得られるポリオキソメタレート含有組成物）
参考例１
（１）水３００ｍｌに５．５ｇのＶ２Ｏ５を加え、４０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１２００ｍｌに８６．４ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．０ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：１：１０の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
参考例１
（１）水３００ｍｌに５．５ｇのＶ２Ｏ５を加え、４０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１２００ｍｌに８６．４ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．０ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：１：１０の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
参考例２
（１）水３２０ｍｌに６．１ｇのＶ２Ｏ５を加え、５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１０００ｍｌに９６．０ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．５ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：１：１０の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水３２０ｍｌに６．１ｇのＶ２Ｏ５を加え、５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１０００ｍｌに９６．０ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．５ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：１：１０の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
参考例３
（１）水１２５０ｍｌに２４．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、２００ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１０００ｍｌに７６．９ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．５ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：４：８の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水１２５０ｍｌに２４．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、２００ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水１０００ｍｌに７６．９ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を４．５ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：４：８の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
参考例４
（１）水９６０ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水４００ｍｌに２８．８ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を２．３ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：６：６の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水９６０ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水４００ｍｌに２８．８ｇのＭｏＯ３と８５％リン酸を２．３ｍｌ加えて加熱することで、淡黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏが１：６：６の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
実施例１
（１）水３６０ｍｌに７．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、６０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水２６０ｍｌに２０．２ｇのＭｏＯ３とＣｕ（ＨＰＯ４）を３．２ｇ加えて加熱することで、暗黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｃｕが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水３６０ｍｌに７．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、６０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水２６０ｍｌに２０．２ｇのＭｏＯ３とＣｕ（ＨＰＯ４）を３．２ｇ加えて加熱することで、暗黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｃｕが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
実施例２
（１）水３６０ｍｌに７．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、６０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水２６０ｍｌに２０．２ｇのＭｏＯ３と０．７ｇのＭｎＯと３．２ｇのＭｎ（Ｈ２ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏを加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水３６０ｍｌに７．３ｇのＶ２Ｏ５を加え、６０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水２６０ｍｌに２０．２ｇのＭｏＯ３と０．７ｇのＭｎＯと３．２ｇのＭｎ（Ｈ２ＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏを加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
実施例３
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と４．０ｇのＭｎ２Ｏ３と８５％リン酸を３．５ｍｌ加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と４．０ｇのＭｎ２Ｏ３と８５％リン酸を３．５ｍｌ加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
実施例４
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と６．４ｇのＣｏ３（ＰＯ４）２と８５％リン酸を１．２ｍｌ加えて加熱することで、暗黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｃｏが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と６．４ｇのＣｏ３（ＰＯ４）２と８５％リン酸を１．２ｍｌ加えて加熱することで、暗黄色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｃｏが１：４：７：１の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
実施例５
（１）水６５０ｍｌに１３．７ｇのＶ２Ｏ５を加え、１２０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と７．９ｇのＭｎ２Ｏ３と８５％リン酸を３．５ｍｌ加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：３：７：２の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
（１）水６５０ｍｌに１３．７ｇのＶ２Ｏ５を加え、１２０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と７．９ｇのＭｎ２Ｏ３と８５％リン酸を３．５ｍｌ加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を乾固すると、Ｐ：Ｖ：Ｍｏ：Ｍｎが１：３：７：２の元素比のポリオキソメタレート含有組成物が得られた。
比較例１
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と１０．８ｇのＳｎ２Ｐ２Ｏ７を加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させたが均一な溶液とはならず（２）のスラリーは溶解しなかった。
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３と１０．８ｇのＳｎ２Ｐ２Ｏ７を加えて加熱することで、灰色のスラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させたが均一な溶液とはならず（２）のスラリーは溶解しなかった。
（高濃度溶液として得られるポリオキソメタレート）
実施例６
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３とＭｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏを８．０ｇとＭｎＯを１．７ｇ加えて加熱することで、暗黄色スラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例６
（１）水９００ｍｌに１８．２ｇのＶ２Ｏ５を加え、１５０ｍｌの３５％過酸化水素水を入れて氷浴中で攪拌する。１時間ほど攪拌することで、赤色の水溶液が得られる。
（２）水７５０ｍｌに５０．４ｇのＭｏＯ３とＭｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２Ｏを８．０ｇとＭｎＯを１．７ｇ加えて加熱することで、暗黄色スラリーが得られる。
（３）（２）のスラリーを還流させ、（１）の水溶液を滴下させると、（２）のスラリーが溶解して均一な溶液となる。
（４）（３）の溶液を３時間還流させる。
（５）（４）で得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例７
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、ＭｎＯを３．５ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、ＭｎＯを３．５ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例８
実施例６の（１）の操作で水９００ｍｌを６５０ｍｌに、１８．２ｇのＶ２Ｏ５を１３．７ｇに変更し、（２）の操作でＭｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｍｎ２Ｏ３を７．９ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．６ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが０．９ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例６の（１）の操作で水９００ｍｌを６５０ｍｌに、１８．２ｇのＶ２Ｏ５を１３．７ｇに変更し、（２）の操作でＭｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｍｎ２Ｏ３を７．９ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．６ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが０．９ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例９
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｍｎ２Ｏ３を４．０ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｍｎ２Ｏ３を４．０ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を３．５ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｍｎが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＭｎＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例１０
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｃｏ３（ＰＯ４）２を６．４ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を１．２ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｃｏが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＣｏＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｃｏ３（ＰＯ４）２を６．４ｇと８５％Ｈ３ＰＯ４水溶液を１．２ｍｌ加えたほかは、同様に合成した。得られた溶液を濃縮させ、Ｃｏが０．３ｍｏｌ／Ｌ、Ｖが１．２ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｏが２．１ｍｏｌ／Ｌが均一に溶解している溶液を得た。
得られた溶液に対し、アニオンモードでＥＳＩ−ＭＳ分析を行ったところ、ＣｏＭｏ４Ｖ２ＰＯ２１ ―に帰属されるフラグメントを検出した。
比較例２
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｓｎ２Ｐ２Ｏ７を１０．３ｇ加えたほかは、同様に合成した。その結果、（３）の操作中にスラリーが溶解せず、（４）の操作後も固体が析出した。
実施例６の（２）の操作で、Ｍｎ（ＨＰＯ４）２・４Ｈ２ＯとＭｎＯを加える代わりに、Ｓｎ２Ｐ２Ｏ７を１０．３ｇ加えたほかは、同様に合成した。その結果、（３）の操作中にスラリーが溶解せず、（４）の操作後も固体が析出した。
なお、実施例９及び実施例１０の質量分析結果を、それぞれ、図１−１及び図１−２、並びに、図２−１及び図２−２に示す。横軸にｍ／ｚ（質量／電価）、縦軸にそれらの相対強度を示す。
高濃度溶液を得る方法としては、その溶液に含まれるイオンのフラグメントが特徴となる可能性がある。
高濃度溶液を得る方法としては、その溶液に含まれるイオンのフラグメントが特徴となる可能性がある。
上述した各実施例では、赤外吸収（ＩＲ）スペクトルで１０６０ｃｍ−１、９６０ｃｍ−１、８６０ｃｍ−１、７８０ｃｍ−１付近にピークが検出された。このことから、バナジウム、モリブデン、リンが含まれるポリオキソメタレートが存在することがわかる。
本発明のポリオキソメタレートは、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであるため、触媒活性の向上等の様々な特性が期待できるとともに、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の不純物を実質的に含まず、電子材料として使用するのに特に適したものである。また、本発明のポリオキソメタレートは、精製操作により上記不純物を除去する必要がないため、高収率で簡便に得ることができる。
本発明のポリオキソメタレートは、３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであるため、触媒活性の向上等の様々な特性が期待できるとともに、アルカリ金属及びアルカリ土類金属等の不純物を実質的に含まず、電子材料として使用するのに特に適したものである。また、本発明のポリオキソメタレートは、精製操作により上記不純物を除去する必要がないため、高収率で簡便に得ることができる。
Claims (10)
- ３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させて生成されたものであることを特徴とするポリオキソメタレート。
- 前記溶液は、水を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリオキソメタレート。
- １００℃以下で反応させて生成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリオキソメタレート。
- ３種以上の遷移金属原子を含むポリオキソメタレートを含有し、
アルカリ金属原子及びアルカリ土類金属原子の合計含有量がポリオキソメタレート１００質量％に対して１質量％以下であることを特徴とするポリオキソメタレート含有組成物。 - 前記ポリオキソメタレートは、モリブデン及びバナジウムを含むことを特徴とする請求項４に記載のポリオキソメタレート含有組成物。
- 前記ポリオキソメタレートは、更に、銅、マンガン、及び、コバルトからなる群より選択される少なくとも１種の原子を含むことを特徴とする請求項５に記載のポリオキソメタレート含有組成物。
- 更にリンを含み、
周期律表の第３周期以降の元素の合計量１００モル％中、元素分析によるモリブデン量が４０〜８５モル％であり、バナジウム量が５〜５０モル％であり、モリブデン、バナジウム以外の遷移金属原子量が５〜３０モル％であり、リン量が５〜２０モル％であることを特徴とする請求項５又は６に記載のポリオキソメタレート含有組成物。 - 請求項１〜３のいずれかに記載のポリオキソメタレート、又は、請求項４〜７のいずれかに記載のポリオキソメタレート含有組成物を用いてなることを特徴とする電池構成部材。
- 請求項８に記載の電池構成部材を用いて構成されることを特徴とする電池。
- ３種以上の遷移金属原子の酸化物及び／又はリン酸塩と、過酸化水素とを原料として用いて溶液中で反応させてポリオキソメタレートを生成する工程を含むことを特徴とするポリオキソメタレートの製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2019125509A (ja) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | レドックスフロー型燃料電池 |
| CN110803745A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-02-18 | 嘉兴市众盛环保科技有限公司 | 一种多金属氧酸盐复合粒子电极及其制备方法和应用 |
| JP2020520057A (ja) * | 2017-05-11 | 2020-07-02 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | レドックスフロー電池 |
| CN115343221A (zh) * | 2022-07-09 | 2022-11-15 | 济南大学 | 一种定量检测微量肼的三维银表面增强拉曼光谱基底材料的制备方法 |
-
2015
- 2015-05-29 JP JP2015110304A patent/JP2016222490A/ja active Pending
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