JP2018203612A - Quantum dot composite and manufacturing method of quantum dot composite - Google Patents

Quantum dot composite and manufacturing method of quantum dot composite Download PDF

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隆夫 増田
Takao Masuda
隆夫 増田
佑太 中坂
Yuta Nakasaka
佑太 中坂
吉川 琢也
Takuya Yoshikawa
琢也 吉川
禎宏 加藤
Sadahiro Kato
禎宏 加藤
將行 福嶋
Masayuki Fukushima
將行 福嶋
稲森 康次郎
Kojiro Inamori
康次郎 稲森
尋子 高橋
Hiroko Takahashi
尋子 高橋
祐一郎 馬場
Yuichiro Baba
祐一郎 馬場
可織 関根
Kaori Sekine
可織 関根
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

To provide a quantum dot composite capable of reducing risk to directly touch quantum dots, capable of effectively suppressing release of the quantum dots to outside of a skeleton, and small in harmful effect to human body and environment especially even when using the quantum dots containing a harmful material such as Cd by holding the quantum dots inside of the skeleton properly.SOLUTION: There is provided a quantum dot composite 1 having a skeleton 10 with a porous structure constituted by a zeolite type compound, and at least one quantum dot 20 included in the skeleton, in which the skeleton has passages 11 communicated each other, and the quantum dot exists at least in the passages of the skeleton.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、多孔質構造の骨格体と量子ドットとを備える量子ドット複合体及び量子ドット複合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a quantum dot composite including a skeleton having a porous structure and quantum dots, and a method for producing the quantum dot composite.

近年、生体内に含まれるタンパク質、ウイルス、核酸等の生体関連物質や、ダイオキシン、金属イオン等の環境関連物質を高感度に測定する方法として、分子認識発光性マーカー物質を用いる方法が多用されている。   In recent years, a method using a molecule-recognized luminescent marker substance has been frequently used as a highly sensitive method for measuring biologically-related substances such as proteins, viruses and nucleic acids contained in living bodies, and environment-related substances such as dioxins and metal ions. Yes.

中でも、分子認識発光性マーカー物質として量子ドットが着目されている。量子ドットとは、通常粒子径が数ナノ〜数10ナノメートルの無機化合物からなるナノ粒子のことで、励起光が同じ波長の場合、形成する化合物材料の組成比率を変えることにより蛍光の波長をコントロールすることができる。さらに量子ドットでは、電子が3次元的に閉じ込められる3次元井戸型ポテンシャル構造になっているので、使用する化合物材料に発光利得がある波長領域では、量子ドットの粒子径を変化させることで、電子のバンドギャップ構造を変化させ、発光する蛍光自体の波長をコントロールできるという著しい特徴がある。   Among these, quantum dots are attracting attention as molecular recognition luminescent marker substances. A quantum dot is a nanoparticle made of an inorganic compound having a particle size of several nanometers to several tens of nanometers. When excitation light has the same wavelength, the wavelength of fluorescence is changed by changing the composition ratio of the compound material to be formed. Can be controlled. Furthermore, since the quantum dot has a three-dimensional well-type potential structure in which electrons are confined three-dimensionally, by changing the particle diameter of the quantum dot in the wavelength region where the compound material used has a light emission gain, There is a remarkable feature that the wavelength of the emitted fluorescence itself can be controlled by changing the band gap structure.

例えば、半導体材料を使用した量子ドットとしては、CdSe、CdS、CdTe等を用いたものが実用化されている(特許文献1)。しかし、カドミウム(Cd)は特定有害物質であるので、例えば放射線の被曝の有無を発光により確認することが可能な、手術等で利用される医療用ドレープとして使用することは好ましくない。このような生体内で用いられるような量子ドットには、Cd等の有害物質を使用しない材料が求められる。   For example, as quantum dots using a semiconductor material, those using CdSe, CdS, CdTe, etc. have been put into practical use (Patent Document 1). However, since cadmium (Cd) is a specific harmful substance, it is not preferable to use it as a medical drape used in surgery or the like that can confirm the presence or absence of radiation exposure by light emission. For such quantum dots used in vivo, a material that does not use harmful substances such as Cd is required.

このようなニーズに対応して、最近ではCdを用いない量子ドットの研究も進んでいる。例えば、大阪大学、名古屋大学、IDECのグループが開発した、(AgIn)Zn(1−2X)S(銀・インジウム・亜鉛・イオウ)という組成の半導体ナノ粒子がある。また、特許文献2では、量子ドットとして、このようなCd等の有害物質を含まない化合物材料を使用して、医療用ドレープを形成する技術が提案されている。 In response to these needs, research on quantum dots that do not use Cd is also progressing recently. For example, there is a semiconductor nanoparticle having a composition of (AgIn) X Zn (1-2X) S (silver, indium, zinc, and sulfur) developed by a group of Osaka University, Nagoya University, and IDEC. Patent Document 2 proposes a technique for forming a medical drape using a compound material that does not contain such harmful substances as Cd as quantum dots.

しかしながら、上記のようなCd等の有害物質を含まない量子ドットは、量産が難しく、一般的な実用化には至っていない。そのため、現在も、Cd等の材料を用いた量子ドットの使用が主流であり、生体および環境への悪影響が懸念されている。   However, quantum dots that do not contain harmful substances such as Cd as described above are difficult to mass-produce and have not yet been put into practical use. For this reason, the use of quantum dots using materials such as Cd is still mainstream, and there are concerns about adverse effects on living bodies and the environment.

特開2003−329686号公報JP 2003-329686 A 特開2011−056131号公報JP 2011-0561131 A

本発明の目的は、量子ドットを骨格体の内部に適正に保持することによって、特に、Cd等の有害物質を含有する量子ドットを使用したとしても、量子ドットに直接接触する危険性を少なくでき、また量子ドットの骨格体外部への放出を有効に抑制できる、生体および環境への悪影響が小さい量子ドット複合体及び量子ドット複合体の製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to appropriately hold the quantum dots inside the skeleton body, so that the risk of direct contact with the quantum dots can be reduced even when a quantum dot containing a harmful substance such as Cd is used. Another object of the present invention is to provide a quantum dot composite and a method for producing the quantum dot composite that can effectively suppress the release of quantum dots to the outside of the skeleton body and have a small adverse effect on the living body and the environment.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも1つの量子ドットと、を備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記量子ドットが、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在していることによって、Cd等の有害物質を含有する量子ドットを使用したとしても、量子ドットに直接接触する危険性を少なくでき、また量子ドットの骨格体外部への放出を有効に抑制できる、特に生体および環境への悪影響が小さい量子ドット複合体が得られることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have a porous structure made of a zeolite-type compound and at least one quantum dot inherent in the structure, and the structures are mutually connected. Even if a quantum dot containing a harmful substance such as Cd is used due to the presence of a passage that communicates and the quantum dot is present in at least the passage of the skeleton, there is a risk of direct contact with the quantum dot. It is found that a quantum dot composite can be obtained that can reduce the property of the quantum dot and can effectively suppress the release of the quantum dot to the outside of the skeleton body, and particularly has a small adverse effect on the living body and the environment, and the present invention is completed based on such knowledge It came to.

すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも1つの量子ドットと、備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記量子ドットが、前記骨格体の少なくとも前記通路に保持されていることを特徴とする量子ドット複合体。
[2] 前記通路は、拡径部を有し、かつ前記量子ドットが、少なくとも前記拡径部に包接されていることを特徴とする、[1]に記載の量子ドット複合体。
[3] 前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、[2]に記載の量子ドット複合体。
[4] 前記量子ドットの平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、[2]又は[3]に記載の量子ドット複合体。
[5] 前記量子ドットの平均粒径が、0.1nm〜50nmであることを特徴とする、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[6] 前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、1nm〜15.0nmであることを特徴とする、[5]に記載の量子ドット複合体。
[7] 前記通路の平均内径に対する前記量子ドットの平均粒径の割合が、0.06〜500であることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[8] 前記通路の平均内径に対する前記量子ドットの平均粒径の割合が、1.1〜4.5であることを特徴とする、[7]に記載の量子ドット複合体。
[9] 前記量子ドットの金属元素(M)が、前記量子ドット複合体に対して0.5〜2.5質量%で含有されていることを特徴とする、[1]〜[8]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[10] 前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部を有し、前記通路の平均内径は、0.1nm〜1.5nmであり、前記拡径部の内径は、0.5nm〜50nmであることを特徴とする、[1]〜[9]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[11] 前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、[1]〜[10]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[12] 前記量子ドットが、カドミウム(Cd)およびヒ素(As)の少なくとも一方を含有することを特徴とする、[1]〜[11]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体。
[13] ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成する焼成工程と、前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理する水熱処理工程と、を有することを特徴とする量子ドット複合体の製造方法。
[14] 前記焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料(A)に対して50〜500質量%添加することを特徴とする、[13]に記載の量子ドット複合体の製造方法。
[15] 前記焼成工程の前に、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を複数回に分けて添加することで、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させることを特徴とする、[13]又は[14]に記載の量子ドット複合体の製造方法。
[16] 前記焼成工程の前に前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させる際に、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液の添加量を、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10〜1000となるように調整することを特徴とする、[13]〜[15]のいずれか1つに記載の量子ドット複合体の製造方法。
[17] 前記水熱処理工程において、前記前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合することを特徴とする、[13]に記載の量子ドット複合体の製造方法。
[18] 前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項13に記載の量子ドット複合体の製造方法。
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
[1] A skeleton having a porous structure composed of a zeolite-type compound, and at least one quantum dot inherent in the skeleton, wherein the skeleton has a channel communicating with each other, The quantum dot composite is held in at least the passage of the skeleton.
[2] The quantum dot composite according to [1], wherein the passage has an enlarged diameter portion, and the quantum dots are included in at least the enlarged diameter portion.
[3] The quantum dot composite according to [2], wherein the enlarged diameter portion communicates a plurality of holes constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. body.
[4] The quantum dot composite according to [2] or [3], wherein an average particle diameter of the quantum dots is larger than an average inner diameter of the passage and is equal to or smaller than an inner diameter of the expanded portion. body.
[5] The quantum dot composite according to any one of [1] to [4], wherein an average particle diameter of the quantum dots is 0.1 nm to 50 nm.
[6] The quantum dot composite according to [5], wherein the metal oxide fine particles have an average particle diameter of 1 nm to 15.0 nm.
[7] The quantum dot according to any one of [1] to [6], wherein a ratio of an average particle diameter of the quantum dots to an average inner diameter of the passage is 0.06 to 500. Complex.
[8] The quantum dot composite according to [7], wherein a ratio of an average particle diameter of the quantum dots to an average inner diameter of the passage is 1.1 to 4.5.
[9] The metal element (M) of the quantum dot is contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the quantum dot composite, according to [1] to [8] The quantum dot composite according to any one of the above.
[10] The passage includes any one of a one-dimensional hole, a two-dimensional hole, and a three-dimensional hole defined by a skeleton structure of the zeolite-type compound, and the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. Having an enlarged diameter part different from any one of them, an average inner diameter of the passage is 0.1 nm to 1.5 nm, and an inner diameter of the enlarged diameter part is 0.5 nm to 50 nm, [1] The quantum dot composite according to any one of [9].
[11] The quantum dot composite according to any one of [1] to [10], wherein the zeolite-type compound is a silicate compound.
[12] The quantum dot composite according to any one of [1] to [11], wherein the quantum dots contain at least one of cadmium (Cd) and arsenic (As).
[13] A calcining step of calcining a precursor material (B) obtained by impregnating a precursor material (A) with a metal-containing solution into a porous structure skeleton composed of a zeolite type compound, and the precursor A hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the precursor material (C) obtained by firing the material (B), and a method for producing a quantum dot composite.
[14] The quantum dot composite according to [13], wherein a nonionic surfactant is added in an amount of 50 to 500% by mass with respect to the precursor material (A) before the firing step. Body manufacturing method.
[15] Before the firing step, the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution by adding the metal-containing solution to the precursor material (A) in a plurality of times. The method for producing a quantum dot composite according to [13] or [14], which is characterized.
[16] When the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution before the firing step, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is changed to the precursor material. In terms of the ratio of silicon (Si) constituting the precursor material (A) to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to (A) (atomic ratio Si / M), It adjusts so that it may become 10-1000, The manufacturing method of the quantum dot composite_body | complex as described in any one of [13]-[15] characterized by the above-mentioned.
[17] The method for producing a quantum dot composite according to [13], wherein in the hydrothermal treatment step, the precursor material (C) and a structure directing agent are mixed.
[18] The method for producing a quantum dot composite according to [13], wherein the hydrothermal treatment step is performed in a basic atmosphere.

本発明によれば、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、前記骨格体に内在する少なくとも1つの量子ドットと、を備え、前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、前記量子ドットが、前記骨格体の少なくとも前記通路に存在していることによって、特に、Cd等の有害物質を含有する量子ドットを使用したとしても、量子ドットに直接接触する危険性を少なくでき、また量子ドットの骨格体外部への放出を有効に抑制できる、生体および環境への悪影響が小さい量子ドット複合体が得られる。   According to the present invention, a skeleton body having a porous structure composed of a zeolite-type compound and at least one quantum dot inherent in the skeleton body, the skeleton body having a passage communicating with each other, Since the quantum dots are present in at least the passage of the skeleton, in particular, even if quantum dots containing harmful substances such as Cd are used, the risk of direct contact with the quantum dots can be reduced, In addition, a quantum dot composite that can effectively suppress the release of the quantum dots to the outside of the skeleton and has little adverse effect on the living body and the environment can be obtained.

図1は、本発明の実施形態に係る量子ドット複合体の内部構造が分かるように概略的に示したものであって、図1(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、図1(b)は部分拡大断面図である。FIG. 1 schematically shows the internal structure of a quantum dot composite according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1A is a perspective view (a part thereof is shown in cross section). FIG. 1B is a partially enlarged sectional view. 図2は、図1の量子ドット複合体の機能の一例を説明するための部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view for explaining an example of the function of the quantum dot composite of FIG. 図3は、図1の量子ドット複合体の変形例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the quantum dot composite of FIG. 図4は、図1の量子ドット複合体の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for producing the quantum dot composite of FIG.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[量子ドット複合体の構成]
図1は、本発明の実施形態に係る量子ドット複合体の構成を概略的に示す図であり、(a)は斜視図(一部を横断面で示す。)、(b)は部分拡大断面図である。なお、図1における量子ドット複合体は、その一例を示すものであり、本発明に係る各構成の形状、寸法等は、図1のものに限られないものとする。
[Configuration of quantum dot composite]
1A and 1B are diagrams schematically showing a configuration of a quantum dot composite according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view (a part is shown in cross section), and FIG. 1B is a partially enlarged cross section. FIG. Note that the quantum dot composite in FIG. 1 shows an example, and the shape, dimensions, and the like of each component according to the present invention are not limited to those in FIG.

図1(a)に示されるように、量子ドット複合体1は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体10と、該骨格体10に内在する、少なくとも1つの量子ドット20とを備える。   As shown in FIG. 1 (a), the quantum dot composite 1 includes a skeleton body 10 having a porous structure composed of a zeolite-type compound and at least one quantum dot 20 present in the skeleton body 10. Prepare.

骨格体10は、多孔質構造であり、図1(b)に示すように、好適には複数の孔11a,11a,・・・が形成されることにより、互いに連通する通路11を有する。ここで量子ドット20は、骨格体10の少なくとも通路11に存在しており、好ましくは骨格体10の少なくとも通路11に保持されている。   The skeleton body 10 has a porous structure and, as shown in FIG. 1B, preferably has a plurality of holes 11a, 11a,. Here, the quantum dots 20 exist in at least the passage 11 of the skeleton body 10, and are preferably held in at least the passage 11 of the skeleton body 10.

上記構成によれば、量子ドット20としてCd等の規制対象金属を含有する物質を使用した場合であっても、骨格体10の内部に内在させることで、人体に有害なCd等の有害物質に、使用者が直接接触する危険性を大幅に低減できる。そのため、量子ドット複合体1を使用する場合には、従来のCd等の有害物質を含有する量子ドットを単独で使用する場合に比べて、生体および環境への悪影響を低減できる。   According to the above configuration, even when a substance containing a regulated metal such as Cd is used as the quantum dot 20, it can be contained in the inside of the skeleton body 10 so as to be harmful substances such as Cd harmful to the human body. The risk of direct contact with the user can be greatly reduced. Therefore, when the quantum dot composite 1 is used, the adverse effects on the living body and the environment can be reduced as compared with the case where the conventional quantum dots containing a harmful substance such as Cd are used alone.

また、骨格体10内において、量子ドット20は移動が規制されているため、量子ドット20、20同士の凝集や、量子ドット20が骨格体10の外部への放出されることを有効に抑制できる。また、量子ドット複合体が、流体から外力を受ける環境で用いられる場合、量子ドットが、骨格体10の外表面に付着状態で保持されているだけであると、流体からの外力の影響で骨格体10の外表面から離脱しやすいという問題がある。これに対し、量子ドット複合体1では、量子ドット20は骨格体10の少なくとも通路11に存在しているため、流体による外力の影響を受けたとしても、骨格体10から量子ドット20が離脱しにくい。すなわち、量子ドット複合体1が流体内にある場合、流体は骨格体10の孔11aから、通路11内に流入するため、通路11内を流れる流体の速さは、流路抵抗(摩擦力)により、骨格体10の外表面を流れる流体の速さに比べて、遅くなると考えられる。このような流路抵抗の影響により、通路11内に存在している量子ドット20が流体から受ける圧力は、骨格体10の外部(外表面)において量子ドットが流体から受ける圧力に比べて低くなる。そのため、骨格体11に内在する量子ドット20が離脱することを効果的に抑制でき、量子ドット20の機能を長期的に安定して維持することが可能となる。なお、上記のような流路抵抗は、骨格体10の通路11が、曲がりや分岐を複数有し、骨格体10の内部がより複雑で三次元的な立体構造となっているほど、大きくなると考えられる。   In addition, since movement of the quantum dots 20 is restricted in the skeleton body 10, it is possible to effectively suppress aggregation of the quantum dots 20 and 20 and release of the quantum dots 20 to the outside of the skeleton body 10. . In addition, when the quantum dot composite is used in an environment that receives external force from a fluid, if the quantum dot is only held in an attached state on the outer surface of the skeleton body 10, the skeleton is affected by the external force from the fluid. There is a problem that it is easily detached from the outer surface of the body 10. In contrast, in the quantum dot composite 1, the quantum dots 20 exist in at least the passage 11 of the skeleton body 10, so that the quantum dots 20 are detached from the skeleton body 10 even when affected by an external force due to fluid. Hateful. That is, when the quantum dot composite 1 is in the fluid, the fluid flows into the passage 11 from the hole 11a of the skeleton body 10, and the speed of the fluid flowing in the passage 11 is determined by the flow resistance (friction force). This is considered to be slower than the speed of the fluid flowing on the outer surface of the skeleton body 10. Due to the influence of the channel resistance, the pressure that the quantum dots 20 existing in the passage 11 receive from the fluid is lower than the pressure that the quantum dots receive from the fluid outside (outer surface) of the skeleton 10. . Therefore, it is possible to effectively suppress the separation of the quantum dots 20 existing in the skeleton body 11, and it is possible to stably maintain the functions of the quantum dots 20 for a long period of time. The flow path resistance as described above increases as the passage 11 of the skeleton body 10 has a plurality of bends and branches, and the inside of the skeleton body 10 has a more complicated and three-dimensional structure. Conceivable.

また、通路11は、ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部12とを有していることが好ましく、このとき、量子ドット20は、少なくとも拡径部12に存在していることが好ましく、少なくとも拡径部12に包接されていることがより好ましい。ここでいう一次元孔とは、一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の孔、もしくは複数の一次元チャンネルを形成しているトンネル型またはケージ型の複数の孔(複数の一次元チャンネル)を指す。また、二次元孔とは、複数の一次元チャンネルが二次元的に連結された二次元チャンネルを指し、三次元孔とは、複数の一次元チャンネルが三次元的に連結された三次元チャンネルを指す。
これにより、量子ドット20の骨格体10内での移動がさらに規制され、量子ドット20の離脱や、量子ドット20、20同士の凝集をさらに有効に防止することができる。ここで、包接とは、量子ドット20が骨格体10に内包されている状態を指す。このとき量子ドット20と骨格体10とは、必ずしも直接的に互いが接触している必要はなく、量子ドット20と骨格体10との間に他の物質(例えば、界面活性剤等)が介在した状態で、量子ドット20が骨格体10に間接的に存在していてもよい。
また、拡径部12は、上記一次元孔、上記二次元孔及び上記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔11a,11a同士を連通しているのが好ましい。これにより、骨格体10の内部に、一次元孔、二次元孔又は三次元孔とは異なる別途の通路が設けられるので、量子ドット20の機能をより発揮させることができる。
Further, the passage 11 includes any one of a one-dimensional hole, a two-dimensional hole, and a three-dimensional hole defined by a skeleton structure of the zeolite type compound, and the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. Preferably, the quantum dots 20 are present at least in the enlarged diameter portion 12, and are at least included in the enlarged diameter portion 12. It is more preferable. As used herein, a one-dimensional hole means a tunnel-type or cage-type hole forming a one-dimensional channel, or a plurality of tunnel-type or cage-type holes forming a plurality of one-dimensional channels (a plurality of one-dimensional holes). Channel). A two-dimensional hole refers to a two-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are two-dimensionally connected. A three-dimensional hole refers to a three-dimensional channel in which a plurality of one-dimensional channels are three-dimensionally connected. Point to.
Thereby, the movement of the quantum dots 20 in the skeleton body 10 is further restricted, and the separation of the quantum dots 20 and the aggregation of the quantum dots 20 and 20 can be more effectively prevented. Here, the inclusion means a state in which the quantum dots 20 are included in the skeleton body 10. At this time, the quantum dot 20 and the skeleton body 10 do not necessarily need to be in direct contact with each other, and another substance (for example, a surfactant or the like) is interposed between the quantum dot 20 and the skeleton body 10. In this state, the quantum dots 20 may be indirectly present in the skeleton body 10.
Moreover, it is preferable that the enlarged diameter part 12 is connecting the some hole 11a and 11a which comprise either of the said one-dimensional hole, the said two-dimensional hole, and the said three-dimensional hole. Thereby, since the separate channel | path different from a one-dimensional hole, a two-dimensional hole, or a three-dimensional hole is provided in the inside of the frame | skeleton body 10, the function of the quantum dot 20 can be exhibited more.

図1(b)では量子ドット20が拡径部12に包接されている場合を示しているが、この構成だけには限定されず、量子ドット20は、その一部が拡径部12の外側にはみ出した状態で通路11に保持されていてもよい。また、量子ドット20は、拡径部12以外の通路11の部分(例えば通路11の内壁部分)に部分的に埋設され、または固着等によって保持されていてもよい。   Although FIG. 1B shows a case where the quantum dots 20 are enclosed by the enlarged diameter portion 12, the configuration is not limited to this configuration, and the quantum dots 20 are partially formed of the enlarged diameter portion 12. You may hold | maintain at the channel | path 11 in the state which protruded outside. The quantum dots 20 may be partially embedded in a portion of the passage 11 other than the enlarged diameter portion 12 (for example, an inner wall portion of the passage 11), or may be held by fixing or the like.

また、通路11は、骨格体10の内部に、分岐部または合流部を含んで三次元的に形成されており、拡径部12は、通路11の上記分岐部または合流部に設けられるのが好ましい。   The passage 11 is three-dimensionally formed inside the skeleton body 10 including a branching part or a joining part, and the enlarged diameter part 12 is provided in the branching part or the joining part of the passage 11. preferable.

骨格体10に形成された通路11の平均内径Dは、上記一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかを構成する孔11aの短径及び長径の平均値から算出され、例えば0.1〜1.5nmであり、好ましくは0.5〜0.8nmである。
また、拡径部12の内径Dは、例えば0.5〜50nmであり、好ましくは1.1〜40nm、より好ましくは1.1〜3.3nmである。拡径部12の内径Dは、例えば後述する前駆体材料(A)の細孔径、及び包接される量子ドット20の平均粒径Dに依存する。拡径部12の内径Dは、量子ドット20を包接し得る大きさである。
The average inner diameter DF of the passage 11 formed in the skeleton 10 is calculated from the average value of the short diameter and the long diameter of the hole 11a constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole, For example, it is 0.1-1.5 nm, Preferably it is 0.5-0.8 nm.
Moreover, the internal diameter DE of the diameter expansion part 12 is 0.5-50 nm, for example, Preferably it is 1.1-40 nm, More preferably, it is 1.1-3.3 nm. Naikei D E of the enlarged diameter section 12 depends on for example the pore size of which will be described later precursor material (A), and the average particle diameter D C of the quantum dots 20 to be inclusion. The inner diameter DE of the enlarged diameter portion 12 is a size that can enclose the quantum dots 20.

骨格体10は、ゼオライト型化合物で構成される。ゼオライト型化合物としては、例えば、ゼオライト(アルミノケイ酸塩)、陽イオン交換ゼオライト、シリカライト等のケイ酸塩化合物、アルミノホウ酸塩、アルミノヒ酸塩、ゲルマニウム酸塩等のゼオライト類縁化合物、リン酸モリブデン等のリン酸塩系ゼオライト類似物質などが挙げられる。中でも、ゼオライト型化合物はケイ酸塩化合物であることが好ましい。   The skeleton body 10 is composed of a zeolite-type compound. Zeolite type compounds include, for example, zeolites (aluminosilicates), cation exchange zeolites, silicate compounds such as silicalite, zeolite related compounds such as aluminoborate, aluminoarsenate, germanate, molybdenum phosphate, etc. And phosphate-based zeolite-like substances. Among these, the zeolite type compound is preferably a silicate compound.

ゼオライト型化合物の骨格構造は、FAU型(Y型またはX型)、MTW型、MFI型(ZSM−5)、FER型(フェリエライト)、LTA型(A型)、MWW型(MCM−22)、MOR型(モルデナイト)、LTL型(L型)、BEA型(ベータ型)などの中から選択され、好ましくはMFI型であり、より好ましくはZSM−5である。ゼオライト型化合物には、各骨格構造に応じた孔径を有する孔が複数形成されており、例えばMFI型の最大孔径は0.636nm(6.36Å)、平均孔径0.560nm(5.60Å)である。   The framework structure of zeolite type compounds is FAU type (Y type or X type), MTW type, MFI type (ZSM-5), FER type (ferrierite), LTA type (A type), MWW type (MCM-22) , MOR type (mordenite), LTL type (L type), BEA type (beta type), etc., preferably MFI type, more preferably ZSM-5. In the zeolite type compound, a plurality of pores having a pore size corresponding to each skeleton structure are formed. For example, the maximum pore size of the MFI type is 0.636 nm (6.36 mm), and the average pore size is 0.560 nm (5.60 mm). is there.

量子ドット20は、特に限定されず、公知のものを用いることができるが、例えばInAs系の量子ドット、又はCdE(E = S, Se, Te)系の量子ドット、更にはCdE系量子ドットをコアとし、バンドギャップの大きい半導体(ZeS)で被覆することで量子収率を向上させたコア/シェル型の量子ドット等が挙げられる。量子ドット複合体1では、量子ドット20は、主に多孔質構造の骨格体10の内部に存在する。そのため、量子ドットがカドミウムやヒ素等の有害物質を含有する場合であっても、量子ドット複合体1として使用する限りは、カドミウムやヒ素などの有害物質に直接触れる量および濃度を大幅に低減できる。すなわち、量子ドット複合体1は、規制対象金属、特にカドミウム(Cd)およびヒ素(As)の少なくとも一方を含有する量子ドットを使用したい場合に特に好適である。なお、規制対象金属としては、例えばRoHS規制等で規定されている、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、鉛(Pb)等の重金属が挙げられる。   The quantum dots 20 are not particularly limited, and known ones can be used. For example, InAs quantum dots, CdE (E = S, Se, Te) quantum dots, and CdE quantum dots can be used. A core / shell type quantum dot whose core yield is improved by coating with a semiconductor having a large band gap (ZeS) as a core is exemplified. In the quantum dot composite 1, the quantum dots 20 exist mainly inside the skeleton 10 having a porous structure. Therefore, even when the quantum dots contain harmful substances such as cadmium and arsenic, as long as they are used as the quantum dot composite 1, the amount and concentration of direct contact with harmful substances such as cadmium and arsenic can be greatly reduced. . That is, the quantum dot composite 1 is particularly suitable when it is desired to use a quantum dot containing at least one of a regulated metal, particularly cadmium (Cd) and arsenic (As). In addition, as a regulation object metal, heavy metals, such as cadmium (Cd), mercury (Hg), and lead (Pb) prescribed | regulated by the RoHS regulation etc., are mentioned, for example.

量子ドット20は、一次粒子である場合と、一次粒子が凝集して形成した二次粒子である場合とがあるが、その平均粒径Dは、好ましくは0.1〜50nmであり、より好ましくは0.1〜20nmであり、さらに好ましくは1〜15.0nm、特に好ましくは1〜10nmである。上記範囲とすることにより骨格体10に量子ドット20を包接させた場合も、十分な発光強度を確保しやすくなる。量子ドット20は、粒径によってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存した特徴的な発光特性を持つ。 Quantum dots 20, and if the primary particle, there are the cases are secondary particles in which primary particles are formed by aggregation, the average particle diameter D C is preferably 0.1 to 50 nm, more Preferably it is 0.1-20 nm, More preferably, it is 1-15.0 nm, Most preferably, it is 1-10 nm. When the quantum dot 20 is included in the skeleton 10 by setting the above range, it is easy to ensure sufficient light emission intensity. Since the quantum dot 20 can adjust the band gap depending on the particle diameter, the quantum dot 20 has characteristic light emission characteristics depending on the particle diameter.

また、量子ドット20を通路11内に良好に保持される観点からは、量子ドット20の平均粒径Dは、一次粒子および二次粒子のいずれの場合も、通路11の平均内径Dよりも大きく、且つ拡径部12の内径D以下(D<D≦D)であることが好ましい。このような構成によれば、量子ドット20が通路11内、特に拡径部12に包接される構成となり、量子ドット20が流体から外力を受けた場合であっても、骨格体10内での量子ドット20の移動が効果的に抑制される。さらに、骨格体10の通路11に分散配置された拡径部12、12、・・のそれぞれに包接された量子ドット20、20、・・同士が接触するのを有効に防止することができる。 Further, from the viewpoint of the good retention of quantum dots 20 within the passage 11, the average particle diameter D C of the quantum dots 20, in either case of the primary particles and secondary particles, than the average inner diameter D F of the passage 11 And larger than the inner diameter D E of the enlarged diameter portion 12 (D F <D C ≦ D E ). According to such a configuration, the quantum dots 20 are configured to be included in the passage 11, particularly the enlarged diameter portion 12, and even when the quantum dots 20 receive external force from the fluid, The movement of the quantum dots 20 is effectively suppressed. Further, it is possible to effectively prevent the quantum dots 20, 20,... Included in each of the enlarged diameter portions 12, 12,. .

また、通路11の平均内径Dに対する量子ドット20の平均粒径Dの割合(D/D)は、好ましくは0.06〜500であり、より好ましくは1.1〜4.5である。
また、量子ドット20が金属酸化物微粒子である場合、金属酸化物微粒子の金属元素(M)は、量子ドット複合体1に対して0.5〜2.5質量%で含有されているのが好ましく、量子ドット複合体1に対して0.5〜1.5質量%で含有されているのがより好ましい。例えば、金属元素(M)がCoである場合、Co元素の含有量(質量%)は、(Co元素の質量)/(量子ドット複合体1の全元素の質量)×100で表される。
量子ドット20が金属微粒子である場合、金属微粒子の金属元素(M)は、量子ドット複合体1に対して0.5〜2.5質量%で含有されているのが好ましく、量子ドット複合体1に対して0.5〜1.5質量%で含有されているのがより好ましい。
また、量子ドット20を構成する金属元素(M)に対する、骨格体10を構成するケイ素(Si)の割合(原子数比Si/M)は、10〜1000であるのが好ましく、50〜200であるのがより好ましい。上記割合が1000より大きいと、活性が低いなど、量子ドットとしての作用が十分に得られない可能性がある。一方、上記割合が10よりも小さいと、量子ドット20の割合が大きくなりすぎて、骨格体10の強度が低下する傾向がある。なお、ここでいう量子ドット20は、骨格体10の内部に保持され、または担持された微粒子をいい、骨格体10の外表面に付着した微粒子を含まない。
The ratio of the average particle diameter D C of the quantum dots 20 relative to the average inner diameter D F of the passage 11 (D C / D F) is preferably from 0.06 to 500, more preferably from 1.1 to 4.5 It is.
When the quantum dots 20 are metal oxide fine particles, the metal element (M) of the metal oxide fine particles is contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the quantum dot composite 1. Preferably, it is more preferably 0.5 to 1.5% by mass with respect to the quantum dot composite 1. For example, when the metal element (M) is Co, the content (mass%) of the Co element is represented by (mass of Co element) / (mass of all elements of the quantum dot composite 1) × 100.
When the quantum dot 20 is a metal fine particle, the metal element (M) of the metal fine particle is preferably contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the quantum dot composite 1. It is more preferable that it is contained at 0.5 to 1.5% by mass relative to 1.
The ratio of the silicon (Si) constituting the skeleton 10 to the metal element (M) constituting the quantum dot 20 (atomic number ratio Si / M) is preferably 10 to 1000, and preferably 50 to 200. More preferably. If the ratio is greater than 1000, the activity as a quantum dot may not be sufficiently obtained, such as low activity. On the other hand, when the ratio is smaller than 10, the ratio of the quantum dots 20 becomes too large, and the strength of the skeleton 10 tends to decrease. The quantum dots 20 referred to here are fine particles held or carried inside the skeleton 10 and do not include fine particles attached to the outer surface of the skeleton 10.

[量子ドット複合体の機能]
図2は、量子ドット複合体1の量子ドット機能の一例を説明するための部分拡大断面図である。図2に示されるように、量子ドット20は、担体10の通路11(特に拡径部12)に存在している。このような量子ドット複合体1は、例えば体液と混合されて用いられる。具体的には、最初に、量子ドット複合体1の表面に抗体を吸着させ、次に、量子ドット複合体の表面に吸着させた抗体が、体液中の抗原に接触する。これにより量子ドット20は、体液中に含まれるタンパク質等の抗原に応じて、分子認識発光性マーカーとして機能する。その結果、量子ドット20の発光を、量子ドット複合体1の外表面において視認できる。
[Functions of quantum dot composite]
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining an example of the quantum dot function of the quantum dot composite 1. As shown in FIG. 2, the quantum dots 20 are present in the passage 11 (particularly the enlarged diameter portion 12) of the carrier 10. Such a quantum dot composite 1 is used by being mixed with a body fluid, for example. Specifically, first, an antibody is adsorbed on the surface of the quantum dot complex 1, and then the antibody adsorbed on the surface of the quantum dot complex contacts an antigen in the body fluid. Thereby, the quantum dot 20 functions as a molecular recognition luminescent marker according to antigens, such as protein contained in a bodily fluid. As a result, the light emission of the quantum dots 20 can be visually recognized on the outer surface of the quantum dot composite 1.

また、このような量子ドット複合体1では、量子ドット20は、骨格体10の内部に内在されているため、使用者が量子ドット20に直接接触する量や濃度を大幅に低減できる。また、量子ドット複合体1では、骨格体10の内部に量子ドット20が適正に存在することにより、骨格体10の外部に量子ドット20が放出されること有効に抑制できる。そのため、量子ドット複合体1において、量子ドット20がCd等の有害物質を含有する場合であっても、従来のCd等の有害物質を含有する量子ドットを単独で使用する場合に比べて、生体および環境への悪影響を低減できる。   Further, in such a quantum dot composite 1, since the quantum dots 20 are contained inside the skeleton body 10, it is possible to greatly reduce the amount and density of the user directly contacting the quantum dots 20. Further, in the quantum dot composite 1, the quantum dots 20 are appropriately present inside the skeleton body 10, so that the quantum dots 20 can be effectively suppressed from being emitted to the outside of the skeleton body 10. Therefore, in the quantum dot composite 1, even when the quantum dot 20 contains a harmful substance such as Cd, compared to the conventional case where the quantum dot containing a harmful substance such as Cd is used alone, And adverse effects on the environment can be reduced.

また、従来の量子ドットは、微細な粒子形状で使用されるのが一般的で、使用後の回収も煩雑であった。これに対し、本実施形態の量子ドット複合体1は、複数の量子ドット20,20,・・・が骨格体10の内部に内包されているため、使用後の回収も容易である。   Further, conventional quantum dots are generally used in a fine particle shape, and recovery after use is complicated. On the other hand, since the quantum dot composite 1 of the present embodiment includes a plurality of quantum dots 20, 20,... Inside the skeleton body 10, collection after use is easy.

また量子ドット20は、通路11内に存在することにより、通路11内での移動が抑制され、量子ドット20同士の凝集を防止できる。従って、量子ドット複合体1の機能低下、機能変性を防止して、機能の長寿命化を図ることができる。量子ドット複合体1の長寿命化により、量子ドット複合体1の交換頻度を低減でき、使用済みの量子ドット複合体1の廃棄量を大幅に低減することができ、省資源化を図ることができる。   Further, since the quantum dots 20 are present in the passage 11, movement in the passage 11 is suppressed, and aggregation of the quantum dots 20 can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent the function of the quantum dot composite 1 from being deteriorated and to prevent the functional modification, thereby extending the function life. By prolonging the life of the quantum dot composite 1, the frequency of replacement of the quantum dot composite 1 can be reduced, the amount of used quantum dot composite 1 discarded can be greatly reduced, and resource saving can be achieved. it can.

なお、図1の量子ドット複合体1は、骨格体10と、骨格体10に内在する量子ドット20とを備える場合を示しているが、この構成だけには限定されず、例えば、図3に示すように、上記本発明の効果を妨げない範囲で、量子ドット複合体2が、骨格体10の外表面10aに保持された少なくとも1つの他の量子ドット30を更に備えていてもよい。   In addition, although the quantum dot composite body 1 of FIG. 1 has shown the case where the skeleton body 10 and the quantum dot 20 inherent in the skeleton body 10 are provided, it is not limited only to this structure, For example, FIG. As shown, the quantum dot composite 2 may further include at least one other quantum dot 30 held on the outer surface 10a of the skeleton body 10 as long as the effects of the present invention are not hindered.

この量子ドット30は、量子ドット機能を発揮する物質であり、量子ドット20の材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。本構成によれば、骨格体10に保持された量子ドットの含有量を増大することができ、量子ドット複合体1と抗体との修飾量を調節することも可能となり、量子ドットの機能を更に促進することができる。   The quantum dot 30 is a substance that exhibits a quantum dot function, and may be the same as or different from the material of the quantum dot 20. According to this configuration, the content of the quantum dots held in the skeleton body 10 can be increased, the modification amount of the quantum dot complex 1 and the antibody can be adjusted, and the function of the quantum dots can be further increased. Can be promoted.

一方で、他の量子ドット30は、骨格体10の外表面10aに保持されている構成となるため、量子ドット複合体2を使用する場合、使用者がCd等の有害物質に直接触れる量や濃度が高くなる恐れがある。したがって、骨格体10の外表面10aに保持された少なくとも1つの他の量子ドット30の含有量は、骨格体10に内在する量子ドット20の含有量よりも少ないことも好ましい。   On the other hand, since the other quantum dots 30 are configured to be held on the outer surface 10a of the skeleton body 10, when the quantum dot composite 2 is used, the amount that the user directly touches harmful substances such as Cd Concentration may be high. Therefore, the content of at least one other quantum dot 30 held on the outer surface 10a of the skeleton body 10 is preferably less than the content of the quantum dots 20 inherent in the skeleton body 10.

[量子ドット複合体の製造方法]
図4は、図1の量子ドット複合体1の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下、量子ドット複合体の製造方法の一例を説明する。
[Method for producing quantum dot composite]
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the quantum dot composite 1 of FIG. Hereinafter, an example of a method for producing a quantum dot composite will be described.

(ステップS1:準備工程)
図4に示すように、先ず、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料(A)を準備する。前駆体材料(A)は、好ましくは規則性メソ細孔物質であり、量子ドット複合体の骨格体を構成するゼオライト型化合物の種類(組成)に応じて適宜選択できる。
(Step S1: Preparation process)
As shown in FIG. 4, first, a precursor material (A) for obtaining a porous skeleton composed of a zeolite-type compound is prepared. The precursor material (A) is preferably a regular mesoporous material, and can be appropriately selected according to the type (composition) of the zeolite-type compound constituting the skeleton of the quantum dot composite.

ここで、量子ドット複合体の骨格体を構成するゼオライト型化合物がケイ酸塩化合物である場合には、規則性メソ細孔物質は、細孔径1〜50nmの細孔が1次元、2次元または3次元に均一な大きさかつ規則的に発達したSi−O骨格からなる化合物であることが好ましい。このような規則性メソ細孔物質は、合成条件によって様々な合成物として得られるが、合成物の具体例としては、例えばSBA−1、SBA−15、SBA−16、KIT−6、FSM−16、MCM−41等が挙げられ、中でもMCM−41が好ましい。なお、SBA−1の細孔径は10〜30nm、SBA−15の細孔径は6〜10nm、SBA−16の細孔径は6nm、KIT−6の細孔径は9nm、FSM−16の細孔径は3〜5nm、MCM−41の細孔径は1〜10nmである。また、このような規則性メソ細孔物質としては、例えばメソポーラスシリカ、メソポーラスアルミノシリケート、メソポーラスメタロシリケート等が挙げられる。   Here, when the zeolitic compound constituting the skeleton of the quantum dot composite is a silicate compound, the regular mesoporous material has pores having a pore diameter of 1 to 50 nm in one dimension, two dimensions or It is preferably a compound composed of a Si—O skeleton having a uniform size in three dimensions and regularly developed. Such regular mesoporous materials can be obtained as various composites depending on the synthesis conditions. Specific examples of the composites include, for example, SBA-1, SBA-15, SBA-16, KIT-6, FSM- 16, MCM-41, etc., among which MCM-41 is preferable. The pore diameter of SBA-1 is 10 to 30 nm, the pore diameter of SBA-15 is 6 to 10 nm, the pore diameter of SBA-16 is 6 nm, the pore diameter of KIT-6 is 9 nm, and the pore diameter of FSM-16 is 3 -5 nm, MCM-41 has a pore diameter of 1-10 nm. Examples of such regular mesoporous materials include mesoporous silica, mesoporous aluminosilicate, and mesoporous metallosilicate.

前駆体材料(A)は、市販品および合成品のいずれであってもよい。前駆体材料(A)を合成する場合には、公知の規則性メソ細孔物質の合成方法により行うことができる。例えば、前駆体材料(A)の構成元素を含有する原料と、前駆体材料(A)の構造を規定するための鋳型剤とを含む混合溶液を調製し、必要に応じてpHを調整して、水熱処理(水熱合成)を行う。その後、水熱処理により得られた沈殿物(生成物)を回収(例えば、ろ別)し、必要に応じて洗浄および乾燥し、さらに焼成することで、粉末状の規則性メソ細孔物質である前駆体材料(A)が得られる。ここで、混合溶液の溶媒としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、またはこれらの混合溶媒などを用いることができる。また、原料は、骨格体の種類に応じて選択されるが、例えばテトラエトキシシラン(TEOS)等のシリカ剤、フュームドシリカ、石英砂等が挙げられる。また、鋳型剤としては、各種界面活性剤、ブロックコポリマー等を用いることができ、規則性メソ細孔物質の合成物の種類に応じて選択することが好ましく、例えばMCM−41を作製する場合にはヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等の界面活性剤が好適である。水熱処理は、例えば、密閉容器内で、80〜800℃、5時間〜240時間、0〜2000kPaの処理条件で行うことができる。焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことができる。   The precursor material (A) may be a commercially available product or a synthetic product. When the precursor material (A) is synthesized, it can be performed by a known method for synthesizing regular mesoporous materials. For example, a mixed solution containing a raw material containing the constituent elements of the precursor material (A) and a templating agent for defining the structure of the precursor material (A) is prepared, and the pH is adjusted as necessary. Hydrothermal treatment (hydrothermal synthesis) is performed. Thereafter, the precipitate (product) obtained by hydrothermal treatment is recovered (for example, filtered), washed and dried as necessary, and further calcined to form a regular mesoporous material in powder form. A precursor material (A) is obtained. Here, as a solvent of the mixed solution, for example, an organic solvent such as water or alcohol, or a mixed solvent thereof can be used. Moreover, although a raw material is selected according to the kind of frame | skeleton, for example, silica agents, such as tetraethoxysilane (TEOS), fumed silica, quartz sand, etc. are mentioned. Further, as the templating agent, various surfactants, block copolymers and the like can be used, and it is preferable to select according to the type of the synthesized compound of regular mesoporous materials. For example, when preparing MCM-41 A surfactant such as hexadecyltrimethylammonium bromide is preferred. The hydrothermal treatment can be performed, for example, in a sealed container at 80 to 800 ° C., 5 hours to 240 hours, and treatment conditions of 0 to 2000 kPa. The baking treatment can be performed, for example, in air at 350 to 850 ° C. for 2 to 30 hours.

(ステップS2:含浸工程)
次に、準備した前駆体材料(A)に、金属含有溶液を含浸させ、前駆体材料(B)を得る。
(Step S2: impregnation step)
Next, the prepared precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution to obtain the precursor material (B).

金属含有溶液は、量子ドットを構成する金属元素(M)に対応する金属成分(例えば、金属イオン)を含有する溶液であればよく、例えば、溶媒に、金属元素(M)を含有する金属塩を溶解させることにより調製できる。このような金属塩としては、例えば、塩化物、水酸化物、酸化物、硫酸塩、硝酸塩等が挙げられ、中でも硝酸塩が好ましい。溶媒としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、またはこれらの混合溶媒などを用いることができる。   The metal-containing solution may be a solution containing a metal component (for example, metal ion) corresponding to the metal element (M) constituting the quantum dot, for example, a metal salt containing the metal element (M) in a solvent. Can be prepared by dissolving. Examples of such metal salts include chlorides, hydroxides, oxides, sulfates, nitrates, and the like, and nitrates are particularly preferable. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof can be used.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させる方法は、特に限定されないが、例えば、後述する焼成工程の前に、粉末状の前駆体材料(A)を撹拌しながら、金属含有溶液を複数回に分けて少量ずつ添加することが好ましい。また、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液がより浸入し易くなる観点から、前駆体材料(A)に、金属含有溶液を添加する前に予め、添加剤として界面活性剤を添加しておくことが好ましい。このような添加剤は、前駆体材料(A)の外表面を被覆する働きがあり、その後に添加される金属含有溶液が前駆体材料(A)の外表面に付着することを抑制し、金属含有溶液が前駆体材料(A)の細孔内部により浸入し易くなると考えられる。   The method for impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution is not particularly limited. For example, a plurality of metal-containing solutions are mixed while stirring the powdery precursor material (A) before the firing step described later. It is preferable to add in small portions in portions. Further, from the viewpoint of facilitating the penetration of the metal-containing solution into the pores of the precursor material (A), a surfactant as an additive is added in advance to the precursor material (A) before adding the metal-containing solution. It is preferable to add it. Such an additive has a function of coating the outer surface of the precursor material (A), suppresses the metal-containing solution added thereafter from adhering to the outer surface of the precursor material (A), and the metal It is considered that the contained solution is more likely to enter the pores of the precursor material (A).

このような添加剤としては、例えばポリオキシエチレンオレイルエーテル等の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アルキルフェニルエーテルなどの非イオン性界面活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤は、分子サイズが大きく前駆体材料(A)の細孔内部には浸入できないため、細孔の内部に付着することは無く、金属含有溶液が細孔内部に浸入することを妨げないと考えられる。非イオン性界面活性剤の添加方法としては、例えば、後述する焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前駆体材料(A)に対して50〜500質量%添加するのが好ましい。非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量が50質量%未満であると上記の抑制作用が発現し難く、非イオン性界面活性剤を前駆体材料(A)に対して500質量%よりも多く添加すると粘度が上がりすぎるので好ましくない。よって、非イオン性界面活性剤の前駆体材料(A)に対する添加量を上記範囲内の値とする。   Examples of such additives include nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether and polyoxyethylene alkylphenyl ethers. Since these surfactants have a large molecular size and cannot penetrate into the pores of the precursor material (A), they do not adhere to the inside of the pores, and the metal-containing solution penetrates into the pores. It is thought not to interfere. As a method for adding the nonionic surfactant, for example, it is preferable to add 50 to 500% by mass of the nonionic surfactant with respect to the precursor material (A) before the firing step described later. When the addition amount of the nonionic surfactant to the precursor material (A) is less than 50% by mass, the above-described inhibitory action is hardly exhibited, and the nonionic surfactant is added to the precursor material (A) at 500. Addition of more than% by mass is not preferable because the viscosity increases excessively. Therefore, the addition amount of the nonionic surfactant with respect to the precursor material (A) is set to a value within the above range.

また、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量は、前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)の量(すなわち、前駆体材料(B)に内在させる金属元素(M)の量)を考慮して、適宜調整することが好ましい。例えば、後述する焼成工程の前に、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量は、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10〜1000となるように調整することが好ましく、50〜200となるように調整することがより好ましい。例えば、前駆体材料(A)に金属含有溶液を添加する前に、添加剤として界面活性剤を前駆体材料(A)に添加した場合、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を、原子数比Si/Mに換算して50〜200とすることで、量子ドットの金属元素(M)を、量子ドット複合体に対して0.5〜2.5質量%で含有させることができる。前駆体材料(B)の状態で、その細孔内部に存在する金属元素(M)の量は、金属含有溶液の金属濃度や、上記添加剤の有無、その他温度や圧力等の諸条件が同じであれば、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量に概ね比例する。また、前駆体材料(B)に内在する金属元素(M)の量は、量子ドット複合体の骨格体に内在する量子ドットを構成する金属元素の量と比例関係にある。したがって、前駆体材料(A)に添加する金属含有溶液の添加量を上記範囲に制御することにより、前駆体材料(A)の細孔内部に金属含有溶液を十分に含浸させることができ、ひいては、量子ドット複合体の骨格体に内在させる量子ドットの量を調整することができる。   The amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is the amount of the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) (that is, the precursor material (B It is preferable to adjust appropriately in consideration of the amount of the metal element (M) contained in (). For example, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) before the firing step described later is relative to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to the precursor material (A). In terms of the ratio of silicon (Si) constituting the precursor material (A) (atomic number ratio Si / M), it is preferably adjusted to be 10 to 1000, and adjusted to be 50 to 200. It is more preferable. For example, when a surfactant is added as an additive to the precursor material (A) before the metal-containing solution is added to the precursor material (A), the addition of the metal-containing solution to be added to the precursor material (A) By converting the amount to 50 to 200 in terms of the atomic ratio Si / M, the metal element (M) of the quantum dot is contained at 0.5 to 2.5 mass% with respect to the quantum dot composite. be able to. In the state of the precursor material (B), the amount of the metal element (M) present in the pores is the same as the metal concentration of the metal-containing solution, the presence or absence of the additive, and other conditions such as temperature and pressure. If so, it is roughly proportional to the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A). Further, the amount of the metal element (M) inherent in the precursor material (B) is proportional to the amount of the metal element constituting the quantum dots inherent in the skeleton of the quantum dot composite. Therefore, by controlling the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) within the above range, the metal-containing solution can be sufficiently impregnated inside the pores of the precursor material (A), and thus The amount of quantum dots contained in the skeleton of the quantum dot composite can be adjusted.

前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させた後は、必要に応じて、洗浄処理を行ってもよい。洗浄溶液として、例えば水、アルコール等の有機溶媒、またはこれらの混合溶液などを用いることができる。また、前駆体材料(A)に金属含有溶液を含浸させ、必要に応じて洗浄処理を行った後、さらに乾燥処理を施すことが好ましい。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。なお、金属含有溶液に含まれる水分や、洗浄溶液の水分が、前駆体材料(A)に多く残った状態で、後述の焼成処理を行うと、前駆体材料(A)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。   After impregnating the precursor material (A) with the metal-containing solution, a cleaning treatment may be performed as necessary. As the cleaning solution, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. In addition, it is preferable to impregnate the precursor material (A) with a metal-containing solution and perform a cleaning treatment as necessary, followed by a drying treatment. Examples of the drying treatment include natural drying overnight or high temperature drying at 150 ° C. or lower. In addition, the regular mesopores of the precursor material (A) are obtained by performing the baking treatment described later in a state where a large amount of moisture contained in the metal-containing solution and the moisture of the cleaning solution remain in the precursor material (A). Since the skeletal structure as a substance may be broken, it is preferable to dry it sufficiently.

(ステップS3:焼成工程)
次に、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成して、前駆体材料(C)を得る。
(Step S3: Firing step)
Next, the precursor material (B) obtained by impregnating the precursor material (A) for obtaining a porous structure composed of a zeolite-type compound with the metal-containing solution is fired, and the precursor material (C )

焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことが好ましい。このような焼成処理により、規則性メソ細孔物質の孔内に含浸された金属成分が結晶成長して、孔内で量子ドットが形成される。   The firing treatment is preferably performed, for example, in the air at 350 to 850 ° C. for 2 to 30 hours. By such a baking treatment, the metal component impregnated in the pores of the regular mesoporous material grows, and quantum dots are formed in the pores.

(ステップS4:水熱処理工程)
次いで、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製し、前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理して、量子ドット複合体を得る。
(Step S4: Hydrothermal treatment process)
Next, a mixed solution in which the precursor material (C) and the structure directing agent are mixed is prepared, and the precursor material (C) obtained by firing the precursor material (B) is hydrothermally treated to produce quantum dots. A complex is obtained.

構造規定剤は、量子ドット複合体の骨格体の骨格構造を規定するための鋳型剤であり、例えば界面活性剤を用いることができる。構造規定剤は、量子ドット複合体の骨格体の骨格構造に応じて選択することが好ましく、例えばテトラメチルアンモニウムブロミド(TMABr)、テトラエチルアンモニウムブロミド(TEABr)、テトラプロピルアンモニウムブロミド(TPABr)等の界面活性剤が好適である。   The structure directing agent is a templating agent for defining the skeletal structure of the skeleton of the quantum dot complex. For example, a surfactant can be used. The structure directing agent is preferably selected according to the skeleton structure of the skeleton of the quantum dot complex. For example, an interface such as tetramethylammonium bromide (TMABr), tetraethylammonium bromide (TEABr), tetrapropylammonium bromide (TPABr), etc. An activator is preferred.

前駆体材料(C)と構造規定剤との混合は、本水熱処理工程時に行ってもよいし、水熱処理工程の前に行ってもよい。また、上記混合溶液の調製方法は、特に限定されず、前駆体材料(C)と、構造規定剤と、溶媒とを同時に混合してもよいし、溶媒に前駆体材料(C)と構造規定剤とをそれぞれ個々の溶液に分散させた状態にした後に、それぞれの分散溶液を混合してもよい。溶媒としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、またはこれらの混合溶媒などを用いることができる。また、混合溶液は、水熱処理を行う前に、酸または塩基を用いてpHを調整しておくことが好ましい。   Mixing of the precursor material (C) and the structure directing agent may be performed during the main hydrothermal treatment step, or may be performed before the hydrothermal treatment step. Moreover, the preparation method of the said mixed solution is not specifically limited, A precursor material (C), a structure directing agent, and a solvent may be mixed simultaneously, or precursor material (C) and structure prescription | regulation are carried out to a solvent. After each agent is dispersed in each solution, each dispersion solution may be mixed. As the solvent, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent thereof can be used. In addition, the pH of the mixed solution is preferably adjusted using an acid or a base before hydrothermal treatment.

水熱処理は、公知の方法で行うことができ、例えば、密閉容器内で、80〜800℃、5時間〜240時間、0〜2000kPaの処理条件で行うことが好ましい。また、水熱処理は、塩基性雰囲気下で行われることが好ましい。ここでの反応メカニズムは必ずしも明らかではないが、前駆体材料(C)を原料として水熱処理を行うことにより、前駆体材料(C)の規則性メソ細孔物質としての骨格構造は次第に崩れるが、前駆体材料(C)の細孔内部での量子ドットの位置は概ね維持されたまま、構造規定剤の作用により、量子ドット複合体の骨格体としての新たな骨格構造(多孔質構造)が形成される。このようにして得られた量子ドット複合体は、ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、骨格体に内在する量子ドットとを備え、さらに量子ドットは骨格体の少なくとも内部に保持されている。
また、本実施形態では、上記水熱処理工程において、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合した混合溶液を調製して、前駆体材料(C)を水熱処理しているが、これに限らず、前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合すること無く、前駆体材料(C)を水熱処理してもよい。
Hydrothermal treatment can be performed by a well-known method, for example, it is preferable to perform in 80-800 degreeC, 5 hours-240 hours, and processing conditions of 0-2000 kPa in an airtight container. The hydrothermal treatment is preferably performed in a basic atmosphere. Although the reaction mechanism here is not necessarily clear, by performing hydrothermal treatment using the precursor material (C) as a raw material, the skeleton structure of the precursor material (C) as a regular mesoporous material gradually collapses. While the position of the quantum dots within the pores of the precursor material (C) is generally maintained, a new skeletal structure (porous structure) is formed as a skeleton of the quantum dot composite by the action of the structure directing agent. Is done. The quantum dot composite obtained in this way comprises a porous structure skeleton composed of a zeolite-type compound and quantum dots inherent in the skeleton, and the quantum dots are held at least inside the skeleton. Has been.
In this embodiment, in the hydrothermal treatment step, a mixed solution in which the precursor material (C) and the structure directing agent are mixed is prepared, and the precursor material (C) is hydrothermally treated. Not limited to this, the precursor material (C) may be hydrothermally treated without mixing the precursor material (C) and the structure directing agent.

水熱処理後に得られる沈殿物(量子ドット複合体)は、回収(例えば、ろ別)後、必要に応じて洗浄、乾燥および焼成することが好ましい。洗浄溶液としては、例えば水、アルコール等の有機溶媒、またはこれらの混合溶液などを用いることができる。乾燥処理としては、一晩程度の自然乾燥や、150℃以下の高温乾燥が挙げられる。なお、沈殿物に水分が多く残った状態で、焼成処理を行うと、量子ドット複合体の骨格体としての骨格構造が壊れる恐れがあるので、十分に乾燥するのが好ましい。また、焼成処理は、例えば、空気中で、350〜850℃、2〜30時間の処理条件で行うことができる。このような焼成処理により、量子ドット複合体に付着していた構造規定剤が焼失する。また、量子ドット複合体は、使用目的に応じて、回収後の沈殿物を焼成処理することなくそのまま用いることもできる。例えば、量子ドット複合体の使用する環境が、酸化性雰囲気の高温環境である場合には、使用環境に一定時間晒すことで、構造規定剤は焼失し、焼成処理した場合と同様の量子ドット複合体が得られるので、そのまま使用することが可能となる。   It is preferable that the precipitate (quantum dot composite) obtained after the hydrothermal treatment is washed, dried and fired as necessary after collection (for example, filtration). As the cleaning solution, for example, water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution thereof can be used. Examples of the drying treatment include natural drying overnight or high temperature drying at 150 ° C. or lower. In addition, if the baking treatment is performed in a state where a large amount of moisture remains in the precipitate, the skeleton structure as the skeleton of the quantum dot composite may be broken. Moreover, a baking process can be performed on the process conditions of 350-850 degreeC and 2 to 30 hours, for example in the air. By such a baking treatment, the structure directing agent attached to the quantum dot composite is burned out. In addition, the quantum dot composite can be used as it is without subjecting the recovered precipitate to a firing treatment depending on the purpose of use. For example, if the environment in which the quantum dot composite is used is a high-temperature environment in an oxidizing atmosphere, the structure directing agent will be burned down by exposure to the environment for a certain period of time, and the same quantum dot composite as when fired Since the body is obtained, it can be used as it is.

前駆体材料(A)に含浸させる金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)が、酸化され易い金属種(例えば、Cd等)である場合には、上記水熱処理後に、さらに還元処理を行うことが好ましい。金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)が、酸化され易い金属種である場合、含浸処理(ステップS2)の後の工程(ステップS3〜S4)における熱処理により、金属成分が酸化される恐れがある。そのため、水熱処理工程(ステップS4)で形成される骨格体には、金属酸化物が内在することになる。そのため、骨格体に酸化物ではない量子ドットを内在させる場合には、上記水熱処理後に、回収した沈殿物を焼成処理し、さらに水素ガス等の還元ガス雰囲気下で還元処理することが望ましい。還元処理を行うことにより、骨格体に内在する金属酸化物が還元され、金属酸化物を構成する金属元素(M)に対応する金属種の量子ドットが形成される。その結果、骨格体の内部に量子ドットが高い分散状態で内在する量子ドット複合体が得られる。   When the metal element (M) contained in the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) is a metal species that is easily oxidized (for example, Cd), a reduction treatment is further performed after the hydrothermal treatment. It is preferable. When the metal element (M) contained in the metal-containing solution is an easily oxidized metal species, the metal component may be oxidized by the heat treatment in the steps (steps S3 to S4) after the impregnation treatment (step S2). There is. Therefore, the metal oxide is inherent in the skeleton formed in the hydrothermal treatment step (step S4). Therefore, in the case where quantum dots that are not oxides are contained in the skeleton body, it is desirable that after the hydrothermal treatment, the collected precipitate is fired and further reduced in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas. By performing the reduction treatment, the metal oxide present in the skeleton is reduced, and quantum dots of metal species corresponding to the metal element (M) constituting the metal oxide are formed. As a result, a quantum dot composite in which quantum dots are present in a highly dispersed state inside the skeleton is obtained.

以上、量子ドット複合体の製造方法の一例として、前駆体材料(A)に含浸させた金属含有溶液中に含まれる金属成分を、前駆体材料(A)内で結晶成長させることにより、量子ドットを形成する場合を例に説明してきたが、この製法には限定されない。   As described above, as an example of a method for producing a quantum dot composite, a metal component contained in a metal-containing solution impregnated in a precursor material (A) is crystal-grown in the precursor material (A), thereby producing quantum dots. Although the case of forming is described as an example, it is not limited to this manufacturing method.

例えば、量子ドットは、骨格体の合成とは別に、合成されてもよい。この場合、予め、量子ドットを準備し、量子ドット含有溶液を作製する。ここで準備する量子ドットは、市販品を用いてもよいし、公知の方法(例えば特開2009−161372号公報に記載の方法等)で合成したものであってもよい。   For example, the quantum dots may be synthesized separately from the synthesis of the skeleton. In this case, quantum dots are prepared in advance and a quantum dot-containing solution is prepared. The quantum dots prepared here may be commercially available products, or may be synthesized by a known method (for example, the method described in JP2009-161372A).

この方法では、上記含浸工程(ステップS2)で前駆体材料(A)に含浸させた金属含有溶液に替えて、予め準備しておいた量子ドットを含む溶液を用い、前駆体材料(A)に量子ドット直接保持させてもよい。この場合、量子ドットを前駆体材料(A)の孔内で結晶成長させる必要は無いため、前駆体材料(A)に量子ドット直接保持させた後、続けて上記水熱処理工程(ステップS4)を行うことで、骨格体を形成して、量子ドット複合体を得ることができる。なお、この方法では、上記焼成工程(ステップS3)は必須ではないが、含浸工程(ステップS2)で使用した界面活性剤の焼失等を目的として必要に応じて行ってもよい。   In this method, instead of the metal-containing solution impregnated in the precursor material (A) in the impregnation step (step S2), a solution containing quantum dots prepared in advance is used for the precursor material (A). The quantum dots may be held directly. In this case, since it is not necessary to grow the quantum dots in the holes of the precursor material (A), after the quantum dots are directly held on the precursor material (A), the hydrothermal treatment step (step S4) is subsequently performed. By performing, a skeleton body can be formed and a quantum dot composite can be obtained. In this method, the firing step (step S3) is not essential, but may be performed as needed for the purpose of burning out the surfactant used in the impregnation step (step S2).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, All the aspects included in the concept of this invention and a claim are included, and various within the scope of this invention. Can be modified.

次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   Next, in order to further clarify the effects of the present invention, examples and comparative examples will be described, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
[前駆体材料(A)の合成]
シリカ剤(テトラエトキシシラン(TEOS)、和光純薬工業株式会社製)と、鋳型剤としての界面活性剤であるヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)(和光純薬工業株式会社製)とを混合した混合水溶液を作製し、適宜pH調整を行い、密閉容器内で水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水およびエタノールで洗浄し、さらに600℃、24時間、空気中で焼成して前駆体材料(A)としてMCM−41を得た。
Example 1
[Synthesis of Precursor Material (A)]
Silica agent (tetraethoxysilane (TEOS), manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) which is a surfactant as a templating agent were mixed. A mixed aqueous solution was prepared, pH was adjusted as appropriate, and hydrothermal treatment was performed in a sealed container. Thereafter, the produced precipitate was filtered off, washed with water and ethanol, and further calcined in air at 600 ° C. for 24 hours to obtain MCM-41 as a precursor material (A).

[量子ドット複合体の合成]
トリオクチルホスフィン(TOP:Tri−n−octylphosphine)(東京化成工業株式会社製)7.4gに、Se粉末(純正化学株式会社製)0.7896gを、添加して、混合し、該混合物を、窒素流入下、150℃で加熱して、Se前駆体液を作製した。
続いて、酸化カドミウム(CdO)粉末(三津和化学薬品株式会社製)0.450g、ステアリン酸(ナカライテスク株式会社製)8gを、アルゴン雰囲気下、三口フラスコ中で、150℃まで加熱した。CdOを溶解させた後、該溶液を室温まで冷却した。さらに、Cd溶液に、トリオクチルホスフィンオキサイド(TOPO:Tri−n−octylphosphine Oxide)(日本化学工業株式会社製)8gと、ヘキサデシルアミン(HDA:Hexadecylamine)(純正化学株式会社)12gとを添加して、混合し、Cd前駆体を作製した。
Cd前駆体に、Se前駆体液4mLを加え、上記前駆体材料(A)と共に、すばやく反応チャンバーに注入し、前駆体材料(A)内にCdSe量子ドットを包接させた前駆体材料を得た。
[Synthesis of quantum dot composite]
To 7.4 g of trioctylphosphine (TOP: Tri-n-octylphosphine) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.7896 g of Se powder (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) was added and mixed, and the mixture was mixed. A Se precursor liquid was prepared by heating at 150 ° C. under nitrogen flow.
Subsequently, 0.450 g of cadmium oxide (CdO) powder (manufactured by Mitsuwa Chemicals) and 8 g of stearic acid (manufactured by Nacalai Tesque) were heated to 150 ° C. in a three-necked flask under an argon atmosphere. After dissolving CdO, the solution was cooled to room temperature. Further, 8 g of trioctylphosphine oxide (TOPO: Tri-n-octylphosphine Oxide) (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) and 12 g of hexadecylamine (HDA: Hexadecylamine) (Junsei Chemical Co., Ltd.) are added to the Cd solution. And mixed to prepare a Cd precursor.
4 mL of Se precursor solution was added to the Cd precursor, and the precursor material (A) was quickly injected into the reaction chamber to obtain a precursor material in which CdSe quantum dots were included in the precursor material (A). .

上記のようにして得られた前駆体材料と、構造規定剤としてのTEABrを混合して混合水溶液を作製し、密閉容器内で水熱処理を行った。その後、生成した沈殿物をろ別し、水洗し、100℃で12時間以上乾燥させ、さらに600℃、24時間、空気中で焼成して、FAU型のシリカライトの骨格体の内部に、CdSe量子ドットを内在させた量子ドット複合体を得た。   The precursor material obtained as described above and TEABr as a structure directing agent were mixed to prepare a mixed aqueous solution, and hydrothermal treatment was performed in a sealed container. Thereafter, the formed precipitate is filtered off, washed with water, dried at 100 ° C. for 12 hours or more, and further calcined in the air at 600 ° C. for 24 hours, so that the CdSe is put inside the FAU type silicalite skeleton. A quantum dot composite containing quantum dots was obtained.

(比較例1)
比較例1では、実施例1と同様の方法でCd前駆体と、Se前駆体液を作製した。さらに、作製したCd前駆体に、Se前駆体液4mLを加え、反応チャンバーに注入し、CdSe量子ドットを得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a Cd precursor and an Se precursor liquid were produced in the same manner as in Example 1. Furthermore, 4 mL of Se precursor liquid was added to the produced Cd precursor and injected into the reaction chamber to obtain CdSe quantum dots.

(比較例2)
比較例2では、平均粒径10nmの金コロイド(シグマアルドリッチジャパン合同会社製、製品番号741957)を準備した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a gold colloid having an average particle size of 10 nm (manufactured by Sigma Aldrich Japan GK, product number 741957) was prepared.

[評価]
実施例1の量子ドット複合体、比較例1の量子ドット、および比較例2の金コロイドを用いて、下記に示す特性評価を行った。各特性の評価条件は下記の通りである。結果を表1に示す。
[Evaluation]
Using the quantum dot composite of Example 1, the quantum dot of Comparative Example 1, and the gold colloid of Comparative Example 2, the following characteristic evaluation was performed. The evaluation conditions for each characteristic are as follows. The results are shown in Table 1.

[A]断面観察
骨格体と量子ドットとを備える実施例1の量子ドット複合体について、粉砕法にて観察試料を作製し、透過電子顕微鏡(TEM)(TITAN G2、FEI社製)を用いて、断面観察を行った。
その結果、実施例1の量子ドット複合体では、シリカライトからなる骨格体の内部に量子ドットが内在し、保持されていることが確認された。
[A] Cross-sectional observation About the quantum dot composite of Example 1 provided with a skeleton and quantum dots, an observation sample was prepared by a pulverization method, and a transmission electron microscope (TEM) (TITAN G2, manufactured by FEI) was used. The cross-section was observed.
As a result, in the quantum dot composite of Example 1, it was confirmed that the quantum dots were contained and held inside the skeleton composed of silicalite.

[B]骨格体の通路の平均内径および量子ドットの平均粒径
上記評価[A]で行った断面観察により撮影したTEM画像にて、骨格体の通路を、任意に500個選択し、それぞれの長径および短径を測定し、その平均値からそれぞれの内径を算出し(N=500)、さらに内径の平均値を求めて、骨格体の通路の平均内径Dとした。また、量子ドットについても同様に、上記TEM画像から、量子ドットを、任意に500個選択し、それぞれの粒径を測定して(N=500)、その平均値を求めて、量子ドットの平均粒径Dとした。結果を表1に示す。
[B] Average inner diameter of passage of skeleton body and average particle diameter of quantum dots In the TEM image taken by cross-sectional observation performed in the above evaluation [A], arbitrarily select 500 passages of the skeleton body, The major axis and the minor axis were measured, the inner diameters were calculated from the average values (N = 500), and the average inner diameter value was obtained as the average inner diameter DF of the skeleton body passage. Similarly, for quantum dots, 500 quantum dots are arbitrarily selected from the TEM image, the particle diameters are measured (N = 500), the average value is obtained, and the average of the quantum dots is calculated. I was having a particle diameter D C. The results are shown in Table 1.

[C]金属含有溶液の添加量と骨格体内部に包接された金属量との関係
原子数比Si/M=50,100,200,1000(M=Co、Ni、Fe、Cu)の添加量で、金属酸化物微粒子を骨格体内部に包接させた量子ドット複合体を作製し、その後、上記添加量で作製された量子ドット複合体の骨格体内部に包接された金属量(質量%)を測定した。尚、本測定において原子数比Si/M=100,200,1000の量子ドット複合体は、それぞれ実施例1の量子ドット複合体と同様の方法で金属含有溶液の添加量を調整して作製し、原子数比Si/M=50の量子ドット複合体は、金属含有溶液の添加量を異ならせたこと以外は、原子数比Si/M=100,200,1000の量子ドット複合体と同様の方法で作製した。
金属量の定量は、ICP(高周波誘導結合プラズマ)単体か、或いはICPとXRF(蛍光X線分析)を組み合わせて行った。XRF(エネルギー分散型蛍光X線分析装置「SEA1200VX」、エスエスアイ・ナノテクノロジー株式会社製)は、真空雰囲気、加速電圧15kV(Crフィルター使用)或いは加速電圧50kV(Pbフィルター使用)の条件で行った。
XRFは、金属の存在量を蛍光強度で算出する方法であり、XRF単体では定量値(質量%換算)を算出できない。そこで、Si/M=100で金属を添加した量子ドット複合体の金属量は、ICP分析により定量し、Si/M=50および100未満で金属を添加した量子ドット複合体の金属量は、XRF測定結果とICP測定結果を元に算出した。
この結果、少なくとも原子数比Si/Mが50〜1000の範囲内で、金属含有溶液の添加量の増加に伴って、量子ドット複合体に包接された金属量が増大していることが確認された。
[C] Relationship between the addition amount of the metal-containing solution and the amount of metal included in the skeleton body Addition of atomic ratio Si / M = 50, 100, 200, 1000 (M = Co, Ni, Fe, Cu) A quantum dot composite in which metal oxide fine particles are included in the skeleton body in an amount, and then the amount of metal (mass) included in the skeleton body of the quantum dot composite prepared in the above addition amount. %). In this measurement, quantum dot composites having an atomic ratio of Si / M = 100, 200, 1000 were prepared by adjusting the addition amount of the metal-containing solution in the same manner as the quantum dot composite of Example 1, respectively. The quantum dot composite having the atomic ratio Si / M = 50 is the same as the quantum dot composite having the atomic ratio Si / M = 100, 200, 1000 except that the addition amount of the metal-containing solution is changed. It was produced by the method.
The amount of metal was determined by using ICP (high frequency inductively coupled plasma) alone or a combination of ICP and XRF (fluorescence X-ray analysis). XRF (energy dispersive X-ray fluorescence analyzer “SEA1200VX”, manufactured by SSI Nanotechnology Co., Ltd.) was performed under the conditions of vacuum atmosphere, acceleration voltage 15 kV (using Cr filter) or acceleration voltage 50 kV (using Pb filter). .
XRF is a method of calculating the abundance of a metal by fluorescence intensity, and a quantitative value (mass% conversion) cannot be calculated with XRF alone. Therefore, the metal amount of the quantum dot composite added with metal at Si / M = 100 is quantified by ICP analysis, and the metal amount of the quantum dot composite added with metal at Si / M = 50 and less than 100 is XRF. It calculated based on the measurement result and the ICP measurement result.
As a result, it was confirmed that the amount of metal included in the quantum dot composite increased as the amount of the metal-containing solution added increased at least in the atomic ratio Si / M in the range of 50 to 1000. It was done.

なお、比較例1の量子ドットについても、実施例1と同様に各粒子の粒径を測定した。   For the quantum dots of Comparative Example 1, the particle size of each particle was measured in the same manner as in Example 1.

[D]性能評価
実施例1の量子ドット複合体、比較例1の量子ドット、および比較例2の金コロイドについて、特開2008−304401号公報に記載の評価方法を用いて性能評価を行った。
具体的には、特開2008−304401号公報の実施例1のローダミン含有シリカナノ粒子分散液に替えて、実施例1の量子ドット複合体の分散液、比較例1の量子ドットの分散液、および比較例2の金属コロイドの分散液のいずれかを用いて評価した。なお、溶媒は、リン酸緩衝液とした。
この評価では、上記各分散液を、0.1、0.5、5mIUの3抗原と反応させ、その様子を観察し、目視により、反応性を確認し、下記の通り判定した。
実施例1および比較例1については、蛍光の有無を判定し、蛍光を目視で十分に確認できた場合を感度が優れていると判定して「○」、蛍光が薄くて判定が困難であった場合を感度が優れているとはいえないが、合格レベル(可)であると判断して「△」、蛍光が確認できなかった場合を感度が劣る(不可)と判定して「×」とした。
また、比較例2は蛍光ではなく、着色の有無を判定し、着色を目視で十分に確認できた場合を感度が優れていると判定して「○」、着色が薄くて判定が困難であった場合を感度が優れているとはいえないが、合格レベル(可)であると判断して「△」、着色が確認できなかった場合を感度が劣る(不可)と判定して「×」とした。
[D] Performance Evaluation The quantum dot composite of Example 1, the quantum dot of Comparative Example 1, and the gold colloid of Comparative Example 2 were evaluated using the evaluation method described in JP-A-2008-304401. .
Specifically, in place of the rhodamine-containing silica nanoparticle dispersion liquid of Example 1 of JP 2008-304401 A, the quantum dot composite dispersion liquid of Example 1, the quantum dot dispersion liquid of Comparative Example 1, and Evaluation was carried out using any one of the metal colloid dispersions of Comparative Example 2. The solvent was a phosphate buffer.
In this evaluation, each of the above dispersions was reacted with three antigens of 0.1, 0.5, and 5 mIU, the state was observed, the reactivity was visually confirmed, and the determination was made as follows.
For Example 1 and Comparative Example 1, the presence or absence of fluorescence was determined, and when the fluorescence was sufficiently confirmed visually, it was determined that the sensitivity was excellent, and “◯”, the determination was difficult because the fluorescence was thin. If it is determined that the sensitivity is not good, it is judged as being “acceptable”, “△”, and if no fluorescence is confirmed, it is judged that the sensitivity is inferior (impossible) and “×”. It was.
In Comparative Example 2, the presence or absence of coloration was determined instead of fluorescence, and when the coloration could be sufficiently confirmed visually, it was determined that the sensitivity was excellent, and “○”, the coloration was thin and the determination was difficult. If it is judged that the sensitivity is not acceptable, it is judged as being “acceptable”, “△”, and if the coloring is not confirmed, it is judged that the sensitivity is inferior (impossible) and “×”. It was.

Figure 2018203612
Figure 2018203612

表1に示されるように、実施例1の量子ドット複合体は、比較例1の量子ドット単体と比較して、感度はやや劣るものの、量子ドットが骨格体の内部に保持されているので、構造上外部環境に有害物質を暴露させるレベルが、劇的に低減されることがわかった。また、実施例1の量子ドット複合体は、比較例1の量子ドット担体と比較して、比重が大きくなるので、沈降させることが容易となり、処理過程のハンドリング性が向上することがわかった。   As shown in Table 1, the quantum dot composite of Example 1 is slightly inferior in sensitivity to the quantum dot alone of Comparative Example 1, but the quantum dots are held inside the skeleton, It has been found that the level of structural exposure of harmful substances to the external environment is dramatically reduced. Moreover, since the specific gravity of the quantum dot composite of Example 1 was larger than that of the quantum dot carrier of Comparative Example 1, it was found that it was easy to settle and the handling process was improved.

また、実施例1の量子ドット複合体は、比較例2の金コロイド単体に比べて、感度を向上できることがわかった。   Further, it was found that the quantum dot composite of Example 1 can improve the sensitivity as compared with the gold colloid simple substance of Comparative Example 2.

1 量子ドット複合体
10 骨格体
10a 外表面
11 通路
11a 孔
12 拡径部
20 量子ドット
30 量子ドット
平均粒径
平均内径
内径
1 quantum dot composite 10 skeleton body 10a outer surface 11 passages 11a hole 12 enlarged diameter portion 20 quantum dots 30 quantum dots D C average particle diameter D F average inner diameter D E inner diameter

Claims (18)

ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体と、
前記骨格体に内在する少なくとも1つの量子ドットと、
を備え、
前記骨格体が、互いに連通する通路を有し、
前記量子ドットが、前記骨格体の少なくとも前記通路に保持されていることを特徴とする量子ドット複合体。
A porous structure composed of a zeolite-type compound;
At least one quantum dot inherent in the skeleton;
With
The skeleton has passages communicating with each other;
The quantum dot composite, wherein the quantum dot is held in at least the passage of the skeleton.
前記通路は、拡径部を有し、かつ
前記量子ドットが、少なくとも前記拡径部に包接されていることを特徴とする、請求項1に記載の量子ドット複合体。
2. The quantum dot composite according to claim 1, wherein the passage has an enlarged diameter portion, and the quantum dots are included in at least the enlarged diameter portion.
前記拡径部は、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれかを構成する複数の孔同士を連通している、請求項2に記載の量子ドット複合体。   3. The quantum dot composite according to claim 2, wherein the enlarged diameter portion communicates a plurality of holes constituting any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. 前記量子ドットの平均粒径が、前記通路の平均内径よりも大きく、且つ前記拡径部の内径以下であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の量子ドット複合体。   4. The quantum dot composite according to claim 2, wherein an average particle diameter of the quantum dots is larger than an average inner diameter of the passage and is equal to or smaller than an inner diameter of the expanded portion. 前記量子ドットの平均粒径が、0.1nm〜50nmであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter of the quantum dots is 0.1 nm to 50 nm. 前記金属酸化物微粒子の平均粒径が、1nm〜15.0nmであることを特徴とする、請求項5に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to claim 5, wherein an average particle diameter of the metal oxide fine particles is 1 nm to 15.0 nm. 前記通路の平均内径に対する前記量子ドットの平均粒径の割合が、0.06〜500であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to any one of claims 1 to 6, wherein a ratio of an average particle diameter of the quantum dots to an average inner diameter of the passage is 0.06 to 500. 前記通路の平均内径に対する前記量子ドットの平均粒径の割合が、1.1〜4.5であることを特徴とする、請求項7に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to claim 7, wherein a ratio of an average particle diameter of the quantum dots to an average inner diameter of the passage is 1.1 to 4.5. 前記量子ドットの金属元素(M)が、前記量子ドット複合体に対して0.5〜2.5質量%で含有されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。   The metal element (M) of the quantum dot is contained in an amount of 0.5 to 2.5% by mass with respect to the quantum dot composite body, according to any one of claims 1 to 8, The quantum dot composite as described. 前記通路は、前記ゼオライト型化合物の骨格構造によって画定される一次元孔、二次元孔及び三次元孔のうちのいずれかと、前記一次元孔、前記二次元孔及び前記三次元孔のうちのいずれとも異なる拡径部を有し、
前記通路の平均内径は、0.1nm〜1.5nmであり、
前記拡径部の内径は、0.5nm〜50nmであることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。
The passage is any one of a one-dimensional hole, a two-dimensional hole, and a three-dimensional hole defined by a skeleton structure of the zeolite-type compound, and any one of the one-dimensional hole, the two-dimensional hole, and the three-dimensional hole. Have different diameter expansion parts,
An average inner diameter of the passage is 0.1 nm to 1.5 nm,
10. The quantum dot composite according to claim 1, wherein an inner diameter of the expanded portion is 0.5 nm to 50 nm.
前記ゼオライト型化合物は、ケイ酸塩化合物であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to claim 1, wherein the zeolite-type compound is a silicate compound. 前記量子ドットが、カドミウム(Cd)およびヒ素(As)の少なくとも一方を含有することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の量子ドット複合体。   The quantum dot composite according to claim 1, wherein the quantum dot contains at least one of cadmium (Cd) and arsenic (As). ゼオライト型化合物で構成される多孔質構造の骨格体を得るための前駆体材料(A)に金属含有溶液が含浸された前駆体材料(B)を焼成する焼成工程と、
前記前駆体材料(B)を焼成して得られた前駆体材料(C)を水熱処理する水熱処理工程と、
を有することを特徴とする量子ドット複合体の製造方法。
A firing step of firing the precursor material (B) obtained by impregnating the precursor material (A) with a metal-containing solution into a porous structure skeleton body composed of a zeolite-type compound;
A hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the precursor material (C) obtained by firing the precursor material (B);
A method for producing a quantum dot composite comprising:
前記焼成工程の前に、非イオン性界面活性剤を、前記前駆体材料(A)に対して50〜500質量%添加することを特徴とする、請求項13に記載の量子ドット複合体の製造方法。   14. The manufacture of a quantum dot composite according to claim 13, wherein a nonionic surfactant is added in an amount of 50 to 500 mass% with respect to the precursor material (A) before the firing step. Method. 前記焼成工程の前に、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を複数回に分けて添加することで、前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させることを特徴とする、請求項13又は14に記載の量子ドット複合体の製造方法。   Before the firing step, the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution by adding the metal-containing solution to the precursor material (A) in a plurality of times. The manufacturing method of the quantum dot composite_body | complex of Claim 13 or 14. 前記焼成工程の前に前記前駆体材料(A)に前記金属含有溶液を含浸させる際に、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液の添加量を、前記前駆体材料(A)に添加する前記金属含有溶液中に含まれる金属元素(M)に対する、前記前駆体材料(A)を構成するケイ素(Si)の比(原子数比Si/M)に換算して、10〜1000となるように調整することを特徴とする、請求項13〜15のいずれか1項に記載の量子ドット複合体の製造方法。   When the precursor material (A) is impregnated with the metal-containing solution before the firing step, the amount of the metal-containing solution added to the precursor material (A) is changed to the precursor material (A). 10 to 1000 in terms of the ratio of silicon (Si) constituting the precursor material (A) to the metal element (M) contained in the metal-containing solution added to (atom ratio Si / M) It adjusts so that it may become, The manufacturing method of the quantum dot composite_body | complex of any one of Claims 13-15 characterized by the above-mentioned. 前記水熱処理工程において、前記前駆体材料(C)と構造規定剤とを混合することを特徴とする、請求項13に記載の量子ドット複合体の製造方法。   The method for producing a quantum dot composite according to claim 13, wherein the precursor material (C) and a structure directing agent are mixed in the hydrothermal treatment step. 前記水熱処理工程が塩基性雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項13に記載の量子ドット複合体の製造方法。   The method for producing a quantum dot composite according to claim 13, wherein the hydrothermal treatment step is performed in a basic atmosphere.
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