JP2019039026A - Visible-light plasmonic alloy nanoparticle, method for manufacturing same and applications thereof - Google Patents

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良太 佐藤
Ryota Sato
良太 佐藤
寺西 利治
Toshiji Teranishi
利治 寺西
徳久 川脇
Norihisa Kawawaki
徳久 川脇
克幸 信定
Katsuyuki Nobusada
克幸 信定
飯田 健二
Kenji Iida
健二 飯田
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Abstract

To provide a visible-light plasmonic alloy nanoparticle, method for manufacturing same and applications thereof.SOLUTION: The present invention relates to a visible-light plasmonic alloy nanoparticle, method for manufacturing same and applications thereof, satisfying the followings (1)-(3): (1) the alloyed nanoparticle is an alloy constituted with elements A and B, in which the element A is one or more selected from a group consisting of groups 8-11 of the periodic table and the element B is one or more selected from a group consisting of groups 12-14 of the periodic table, (2) the composition ratio of the element A and the element B in the alloy nanoparticle is 60:40-40:60, and (3) the alloyed nanoparticle has a crystal structure in which respective atomic layers of element A and element B can be confirmed to laminate alternately if viewed in any of 3 directions orthogonal to one another in a three-dimensional space of an orthogonal coordinate system defined by x, y and z axes.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、可視光プラズモニック合金ナノ粒子、その製造方法、及びその用途に関する。   The present invention relates to a visible light plasmonic alloy nanoparticle, a production method thereof, and an application thereof.

金(Au)はナノメートルサイズの球状微粒子(ナノ粒子)になると局在表面プラズモン共鳴(LSPR)と呼ばれる自由電子の集団振動現象により緑色の光を吸収するようになる。また、Auのバンド間遷移によって青色の光を吸収するため、太陽光中の緑色と青色の光が吸収されることで赤色を呈する。LSPRによって吸収された緑色の光は近接場光としてAuナノ粒子表面に局在するため、漏斗が液体を集液するかの如く、LSPRによって光子を局所に集光することができる。そのため、表面増強ラマン散乱(SERS)による分子センシングや色素分子の蛍光増強など、近接場光と吸着分子との相互作用は魅力的な研究対象となっている。近年では、太陽光のようなエネルギー密度の低い低品位な光を高品位化し得る現象としても注目されており、創エネ及び省エネ分野での応用も活発に検討されている。   When gold (Au) becomes spherical fine particles (nanoparticles) having a nanometer size, green light is absorbed by a collective oscillation phenomenon of free electrons called localized surface plasmon resonance (LSPR). Moreover, since blue light is absorbed by the transition between Au bands, red is exhibited by absorbing green and blue light in sunlight. Since the green light absorbed by LSPR is localized on the Au nanoparticle surface as near-field light, photons can be locally collected by LSPR as if the funnel collects liquid. Therefore, interaction between near-field light and adsorbed molecules, such as molecular sensing by surface-enhanced Raman scattering (SERS) and fluorescence enhancement of dye molecules, is an attractive research target. In recent years, it has attracted attention as a phenomenon that can improve low-grade light with low energy density such as sunlight, and its application in the fields of energy creation and energy saving is also being actively studied.

LSPRによる吸収波長は「プラズマ振動数」と呼ばれ、物質のキャリア密度の増大に伴い短波長シフトする。通常、金属のキャリア密度(自由電子密度)nは大きく(n≒1023cm−3)、プラズマ振動数は紫外領域に存在する。酸化インジウムスズ(ITO)などの導電性酸化物では金属と比較するとキャリア密度が小さい(n≒1021cm−3)ため、プラズマ振動数は近赤外光領域となる。その中で、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)は可視領域にプラズマ振動数を有する数少ない例外である。可視領域の光は、有機分子、金属錯体又は無機半導体にとって、分子内電子遷移、配位子から中心金属への電荷移動(LMCT)、バンド間遷移などを誘起する極めて重要な波長領域であるにも関わらず、これらの遷移過程を高効率化し得る可視光プラズモニック材料は、実用的にはAu、Ag又はその固溶体合金のみであった。 The absorption wavelength by LSPR is called “plasma frequency” and shifts by a short wavelength as the carrier density of the substance increases. Usually, metal carrier density (free electron density) n is large (n≈10 23 cm −3 ), and the plasma frequency is in the ultraviolet region. A conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) has a smaller carrier density (n≈10 21 cm −3 ) than a metal, and thus the plasma frequency is in the near infrared light region. Among them, gold (Au), silver (Ag), and copper (Cu) are few exceptions having a plasma frequency in the visible region. The light in the visible region is an extremely important wavelength region that induces intramolecular electronic transition, charge transfer from ligand to central metal (LMCT), interband transition, etc. for organic molecules, metal complexes or inorganic semiconductors. Nevertheless, practically, the visible light plasmonic material that can increase the efficiency of these transition processes is Au, Ag, or a solid solution alloy thereof.

しかし、Auは化学的安定性が高い一方でコストが高い。AgはAuよりも電場増強度が高い反面、酸化耐性が低いなど化学的安定性の面で問題を抱えている。   However, while Au has high chemical stability, it is expensive. Ag has a higher electric field strength than Au, but has problems in terms of chemical stability such as low oxidation resistance.

なお、CuはAg以上に酸化耐性が低く、さらにはバンド間遷移に起因する光吸収帯がLSPRによる吸収帯と大きくオーバーラップするため、可視光プラズモニック材料としての応用は困難とされている。   Note that Cu has a lower oxidation resistance than Ag, and further, the light absorption band resulting from the interband transition largely overlaps with the absorption band by LSPR, so that it is difficult to apply as a visible light plasmonic material.

近年、紫外領域にプラズマ振動数を有するパラジウム(Pd)やアルミニウム(Al)などの金属ナノ粒子を、ナノシート、ナノプレート、ナノロッドなどの異方的な形状にすることで、プラズマ振動数を制御し可視光応答性を付与することが試みられている(特許文献1、2、非特許文献1、2等)。しかし、当該金属ナノ粒子は、本質的に可視領域にプラズマ振動数を有する材料ではないため、熱等による大きなエネルギーで形状が変化すると可視光応答性が消失することが懸念される。   In recent years, the plasma frequency has been controlled by making metal nanoparticles such as palladium (Pd) and aluminum (Al), which have plasma frequency in the ultraviolet region, into anisotropic shapes such as nanosheets, nanoplates, and nanorods. Attempts have been made to impart visible light responsiveness (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents 1 and 2, etc.). However, since the metal nanoparticles are not essentially materials having a plasma frequency in the visible region, there is a concern that the visible light responsiveness may be lost when the shape is changed by a large energy due to heat or the like.

このように、様々なアプローチが試みられているにもかかわらず、Au、Ag及びCu以外に本質的に可視領域にプラズマ振動数を有する金属(合金)材料が見出されていないのが現状である。   Thus, in spite of various approaches being attempted, no metal (alloy) material having a plasma frequency in the visible region has been found in addition to Au, Ag and Cu. is there.

ところで、特許文献3には、標準酸化還元電位−1.2Vよりも正の電位の金属又はその金属錯体と、リン−パラジウム化合物と、有機配位子とを反応させてパラジウム合金ナノ粒子が製造できることが報告されている。   By the way, in Patent Document 3, palladium alloy nanoparticles are produced by reacting a metal having a positive potential with respect to a standard oxidation-reduction potential of -1.2 V or a metal complex thereof, a phosphorus-palladium compound, and an organic ligand. It has been reported that it can be done.

特表2008-532097号公報(国際公開第2006/096255号)Special Table 2008-532097 (International Publication No. 2006/096255) 特開2011-232384号公報JP 2011-232384 特開2016-56431号公報JP 2016-56431 A

Nat. Nanotech. 2011, 4, 28., “Freestanding Palladium Nanosheets with Plasmonic and Catalytic Properties”Nat. Nanotech. 2011, 4, 28., “Freestanding Palladium Nanosheets with Plasmonic and Catalytic Properties” ACS Photonics 2014, 1, 538., “Robust and Versatile Light Absorption at Near Infrared Wavelengths by Plasmonic Aluminum Nanorods”ACS Photonics 2014, 1, 538., “Robust and Versatile Light Absorption at Near Infrared Wavelengths by Plasmonic Aluminum Nanorods”

本発明は、可視光プラズモニック合金ナノ粒子、その製造方法、及びその用途を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a visible light plasmonic alloy nanoparticle, a production method thereof, and an application thereof.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を行ったところ、パラジウム(Pd)とインジウム(In)の合金ナノ粒子が、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により可視領域の光を吸収することを見出した。当該PdIn合金ナノ粒子は、Pd原子とIn原子とがおおよそ1:1で構成される合金であり、塩化セシウム(CsCl)と同様のB2型の結晶構造、即ち、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向のいずれからみてもPd及びInのそれぞれ原子層が交互に積層する結晶構造を有している(例えば、図11を参照)。かかる知見に基づいて、さらに検討を加えることにより、本発明を完成するに至った。   The present inventor conducted intensive studies to solve the above-described problems. As a result, alloy nanoparticles of palladium (Pd) and indium (In) absorb light in the visible region by localized surface plasmon resonance (LSPR). I found out. The PdIn alloy nanoparticles are an alloy composed of approximately 1: 1 Pd atoms and In atoms, and are defined by a B2 type crystal structure similar to cesium chloride (CsCl), ie, x, y, and z axes. The three-dimensional space of the orthogonal coordinate system has a crystal structure in which atomic layers of Pd and In are alternately stacked when viewed from any of three directions orthogonal to each other (see, for example, FIG. 11). Based on this finding, further studies have been made to complete the present invention.

即ち、本発明は、以下の可視光プラズモニック合金ナノ粒子、その製造方法、及びその用途を提供する。   That is, the present invention provides the following visible light plasmonic alloy nanoparticles, a production method thereof, and uses thereof.

項1.下記(1)〜(3)を満たす可視光プラズモニック合金ナノ粒子;
(1)当該合金ナノ粒子は、元素A及び元素Bで構成された合金であり、元素Aは周期表の第8〜11族からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bは周期表の第12〜14族からなる群より選ばれる1種以上の元素である、
(2)当該合金ナノ粒子中の元素Aと元素Bの組成比が60:40〜40:60である、及び
(3)当該合金ナノ粒子は、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向のいずれからみても元素A及び元素Bのそれぞれの原子層が交互に積層することが確認できる結晶構造を有する。
Item 1. Visible light plasmonic alloy nanoparticles satisfying the following (1) to (3);
(1) The alloy nanoparticles are an alloy composed of an element A and an element B, the element A is one or more elements selected from the group consisting of groups 8 to 11 of the periodic table, and the element B is It is one or more elements selected from the group consisting of Groups 12-14 of the periodic table.
(2) The composition ratio of element A and element B in the alloy nanoparticles is 60:40 to 40:60, and (3) the alloy nanoparticles are orthogonal coordinates defined by the x, y, and z axes. In the three-dimensional space of the system, it has a crystal structure in which it can be confirmed that the atomic layers of the element A and the element B are alternately stacked when viewed from any of three directions orthogonal to each other.

項2.さらに、下記(4)を満たす、項1に記載の可視光プラズモニック材料;
(4)当該合金ナノ粒子が、フェルミエネルギーを0eVとした場合、−1.5eV以下の領域に、主にd軌道からなるバンド(dバンド)を有し、−1.5eV〜2.0eVの領域に、d軌道を殆ど含まない主にsとp軌道からなるバンド(spバンド)を有する。
Item 2. The visible light plasmonic material according to Item 1, further satisfying the following (4):
(4) When the alloy nanoparticles have a Fermi energy of 0 eV, the alloy nanoparticles have a band (d band) mainly composed of d orbitals in a region of −1.5 eV or less, and −1.5 eV to 2.0 eV. The region has a band (sp band) mainly including s and p orbitals that hardly include d orbitals.

項3.当該合金ナノ粒子の結晶構造が、B2型の結晶構造である、項1又は2に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。   Item 3. Item 3. The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to item 1 or 2, wherein the crystal structure of the alloy nanoparticles is a B2-type crystal structure.

項4.元素Aが、周期表の第8〜11族且つ第4〜6周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素であり、元素Bが、周期表の第12〜14族且つ第2〜6周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素である、項1〜3のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。   Item 4. Element A is one or more (especially 1 to 3) elements selected from the group consisting of Groups 8 to 11 and Periods 4 to 6 of the periodic table, and Element B is elements 12 to 14 of the periodic table. Item 4. The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to any one of Items 1 to 3, which are one or more elements (particularly 1 to 3 elements) selected from the group consisting of a group and a second to sixth periods.

項5.元素Aが、周期表の第10〜11族且つ第4〜5周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素であり、元素Bが、周期表の第12〜13族且つ第3〜5周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素である、項4に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。   Item 5. Element A is one or more (particularly 1 to 3) elements selected from the group consisting of Groups 10 to 11 and Periods 4 to 5 of the periodic table, and Element B is elements 12 to 13 of the periodic table. Item 5. The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to Item 4, which are one or more elements (particularly 1 to 3 elements) selected from the group consisting of a group and a third to fifth period.

項6.元素Aがパラジウム及びニッケルからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bがインジウム及びカドミウムからなる群より選ばれる1種以上の元素である、項1〜5のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。   Item 6. Item 6. The element A according to any one of Items 1 to 5, wherein the element A is one or more elements selected from the group consisting of palladium and nickel, and the element B is one or more elements selected from the group consisting of indium and cadmium. Visible light plasmonic alloy nanoparticles.

項7.元素Aがパラジウムであり、元素Bがインジウムである、項6に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。   Item 7. Item 7. The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to Item 6, wherein the element A is palladium and the element B is indium.

項8.前記項1〜7のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子を含む可視光プラズモニック材料。   Item 8. A visible light plasmonic material comprising the visible light plasmonic alloy nanoparticles according to any one of Items 1 to 7.

項9.顔料、染料、プラズモンセンシングデバイス、プラズモン増強デバイス、プラズモン光電変換デバイス、イメージングデバイス、プラズモン光学デバイス、ドラックデリバリーシステム、温熱療法からなる群から選ばれる1種以上の用途に用いられる、前記項8に記載の可視光プラズモニック材料。   Item 9. Item 9. Use in one or more applications selected from the group consisting of pigments, dyes, plasmon sensing devices, plasmon enhancement devices, plasmon photoelectric conversion devices, imaging devices, plasmon optical devices, drug delivery systems, and thermotherapy. Visible light plasmonic material.

項10.前記項1〜7のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子の製造方法であって、前記元素A又はそのリン化合物と、元素B又はその化合物と、有機配位子とを反応させる工程を含む、製造方法。   Item 10. The method for producing visible light plasmonic alloy nanoparticles according to any one of Items 1 to 7, wherein the element A or a phosphorus compound thereof, the element B or a compound thereof, and an organic ligand are reacted. Manufacturing method.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により可視領域の光を吸収するため、本質的に物質自体が可視領域にプラズマ振動数を有する金属(合金)材料であり、これまでにない全く新しい可視光プラズモニック材料である。   Since the visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention absorb light in the visible region by localized surface plasmon resonance (LSPR), the substance itself is essentially a metal (alloy) material having a plasma frequency in the visible region. It is a completely new visible light plasmonic material that has never existed.

ここで、「本質的に物質自体が」とは、特許文献1、2、非特許文献1、2等のように、等方的な形状(球形など)では可視領域にプラズマ振動数を有しないが、異方的な形状にすることでプラズマ振動数を制御し可視光応答性を付与するということではなく、等方的な形状であってもその物質の本来の特性として可視領域にプラズマ振動数を有することを意味する。   Here, “essentially the substance itself” means that the isotropic shape (such as a sphere) does not have a plasma frequency in the visible region as in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2. However, the anisotropic shape does not control the plasma frequency and give visible light responsiveness, but even the isotropic shape has plasma vibration in the visible region as the original property of the substance. Means having a number.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、高い化学的安定性を有しているとともに、低コストで製造が可能である。例えば、B2型−PdIn合金ナノ粒子は、化学的安定性の高いPdを半分程含む合金であるため、酸化耐性の低いAgよりも高い化学的安定性を有していると考えられ、比較的安価なInを半分程含む合金でもあることから、原料コストもAuの25%程度に抑えることができる。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention have high chemical stability and can be produced at low cost. For example, B2 type-PdIn alloy nanoparticles are an alloy containing about half of Pd with high chemical stability, and thus are considered to have higher chemical stability than Ag with low oxidation resistance. Since it is also an alloy containing about half of inexpensive In, the raw material cost can be suppressed to about 25% of Au.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、可視光プラズモニック材料として有用であり、プラズモンセンシングデバイス、プラズモン増強デバイス等の幅広い分野に使用されているAu及びAgの有望な代替材料となり得る。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention are useful as a visible light plasmonic material, and can be a promising alternative to Au and Ag used in a wide range of fields such as plasmon sensing devices and plasmon enhancement devices.

製造例1〜4で得られたPd−Pナノ粒子のTEM像を示す。製造例1〜4のPd−Pナノ粒子のTEM像は、それぞれ図1のa〜dに対応する。The TEM image of the Pd-P nanoparticle obtained by manufacture examples 1-4 is shown. The TEM images of the Pd—P nanoparticles of Production Examples 1 to 4 correspond to a to d in FIG. 実施例1〜4で得られたPdInナノ粒子のTEM像を示す。実施例1〜4のPdInナノ粒子のTEM像は、それぞれ図2のa〜dに対応する。The TEM image of the PdIn nanoparticle obtained in Examples 1-4 is shown. The TEM images of the PdIn nanoparticles of Examples 1 to 4 correspond to a to d in FIG. 実施例1〜4で得られたPdInナノ粒子の粉末X線回折(PXRD)の測定結果である。It is a measurement result of the powder X-ray diffraction (PXRD) of the PdIn nanoparticle obtained in Examples 1-4. 実施例1〜4で得られたPdInナノ粒子の可視及び近赤外吸収スペクトルの測定結果である。It is a measurement result of the visible and near-infrared absorption spectrum of the PdIn nanoparticle obtained in Examples 1-4. 実施例3で得られたB2型−PdIn合金ナノ粒子を屈折率の異なる溶媒に分散させてLSPRの吸収ピークを測定した結果である。It is the result of having measured the absorption peak of LSPR by dispersing the B2-type-PdIn alloy nanoparticles obtained in Example 3 in solvents having different refractive indexes. 周期表の第8〜10族、第11族、及び第12〜14族の元素からなる金属固体に特徴的な電子構造(フェルミ準位近傍の状態密度分布)を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the electronic structure (state density distribution of the Fermi level vicinity) characteristic to the metal solid which consists of an element of the 8th-10th group, the 11th group, and the 12th-14th group of a periodic table. 試験例4で計算したPdナノ粒子(Pd561)のフェルミ準位近傍の状態密度分布を示す。The state density distribution near the Fermi level of Pd nanoparticles (Pd 561 ) calculated in Test Example 4 is shown. 試験例4で計算したPdInナノ粒子(Pd329In312)のフェルミ準位近傍の状態密度分布を示す。The state density distribution of the PdIn nanoparticles (Pd 329 In 312 ) calculated in Test Example 4 near the Fermi level is shown. 試験例4で計算したPdInナノ粒子(Pd312In275)のフェルミ準位近傍の状態密度分布を示す。The state density distribution near the Fermi level of PdIn nanoparticles (Pd 312 In 275 ) calculated in Test Example 4 is shown. 試験例4で計算したAuナノ粒子(Au560)のフェルミ準位近傍の状態密度分布を示す。The state density distribution near the Fermi level of Au nanoparticles (Au 560 ) calculated in Test Example 4 is shown. B2型−PdInにおいて、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向(一例として、x、y及びz軸方向)のいずれからみてもPd原子層及びIn原子層が交互に積層していることを示す。In the B2-type PdIn, the Pd atomic layer is viewed from any of the three directions orthogonal to each other (for example, the x, y, and z axis directions) in the three-dimensional space defined by the x, y, and z axes. And In atomic layers are alternately stacked.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本明細書において、「含む」なる表現については、「含む」、「実質的にからなる」及び「からなる」の概念を包含する。   In this specification, the expression “comprising” includes the concepts of “comprising”, “consisting essentially of”, and “consisting of”.

1.可視光プラズモニック合金ナノ粒子
可視光プラズモニック合金ナノ粒子とは、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により可視領域の光を吸収する(可視領域にプラズマ振動数を有する)合金ナノ粒子を意味する。
1. Visible light plasmonic alloy nanoparticles Visible light plasmonic alloy nanoparticles mean alloy nanoparticles that absorb light in the visible region by localized surface plasmon resonance (LSPR) (having a plasma frequency in the visible region).

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、(1)元素A及び元素Bで構成された合金であり、元素Aは周期表の第8〜11族からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bは周期表の第12〜14族からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、(2)当該合金ナノ粒子中の元素Aと元素Bの組成比が60:40〜40:60であり、及び(3)当該合金ナノ粒子は、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向のいずれからみても元素A及び元素Bのそれぞれの原子層が交互に積層することが確認できる結晶構造を有する、ことを特徴とする。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention are (1) an alloy composed of an element A and an element B, and the element A is one or more elements selected from the group consisting of Groups 8 to 11 of the periodic table Element B is one or more elements selected from the group consisting of Groups 12 to 14 of the periodic table. (2) The composition ratio of Element A and Element B in the alloy nanoparticles is 60:40 to 40:60, and (3) the alloy nanoparticles are element A and element B when viewed from any of the three directions orthogonal to each other in the three-dimensional space of the orthogonal coordinate system defined by the x, y, and z axes. It has the crystal structure which can confirm that each of these atomic layers are laminated | stacked alternately.

元素Aは、好ましくは周期表の第8〜11族且つ第4〜6周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素(金属元素)であり、具体的には、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)が挙げられる。そのうち、より好ましくは周期表の第10〜11族且つ第4〜5周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素であり、さらに好ましくはPd及びNiからなる群より選ばれる1種以上(特に1種)の元素であり、特に好ましくはPdである。   The element A is preferably one or more (especially 1 to 3) elements (metal elements) selected from the group consisting of Groups 8 to 11 and 4 to 6 in the periodic table. Specifically, Iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), Examples include silver (Ag) and gold (Au). Among them, more preferably one or more elements (particularly 1 to 3 elements) selected from the group consisting of Groups 10 to 11 and Periods 4 to 5 of the periodic table, and more preferably from the group consisting of Pd and Ni. One or more (especially one) element selected, particularly preferably Pd.

元素Bは、好ましくは周期表の第12〜14族且つ第2〜6周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素であり、具体的には、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)が挙げられる。そのうち、より好ましくは周期表の第12〜13族且つ第3〜5周期からなる群より選ばれる1種以上(特に1〜3種)の元素であり、さらに好ましくはインジウム(In)及びカドミウム(Cd)からなる群より選ばれる1種以上(特に1種)の元素であり、特に好ましくはInである。   The element B is preferably one or more (particularly 1 to 3) elements selected from the group consisting of Groups 12 to 14 and 2 to 6 periods of the periodic table, and specifically zinc (Zn). , Cadmium (Cd), mercury (Hg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge) , Tin (Sn), and lead (Pb). Among them, more preferably one or more (especially 1 to 3) elements selected from the group consisting of Groups 12 to 13 and 3 to 5 of the periodic table, and more preferably indium (In) and cadmium ( One or more (especially one) element selected from the group consisting of Cd), and particularly preferably In.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子が、元素Aと元素Bとから構成される理由として、周期表の第8〜11族の元素(元素A)と第12〜14族の元素(元素B)からなる合金の結晶構造は、直交座標軸の3軸方向に延びる元素Bのp軌道が単純立方格子を形成し、その体心の位置に元素Aが侵入することで、塩化セシウム(CsCl)型の結晶構造に相当するB2型の結晶構造を取り易いと考えられるためである。例えば、図11を参照されたい。また、周期表の第8〜11族の元素(元素A)と第12〜14族の元素(元素B)からなる合金の電子構造は、その間にある第11族の単元素(Cu、Ag及びAu;既存の可視光プラズモニック材料)と類似した電子構造を取りやすいと考えられるためである。例えば、図6を参照されたい。   The reason why the visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention are composed of the element A and the element B is as follows. The elements in the 8th to 11th groups (element A) and the elements in the 12th to 14th groups (element B) The p-orbital of the element B extending in the three axis directions of the orthogonal coordinate axis forms a simple cubic lattice, and the element A enters the position of the body center, so that the crystal structure of the alloy consisting of cesium chloride (CsCl) type This is because it is considered that a B2 type crystal structure corresponding to the crystal structure of FIG. For example, see FIG. Moreover, the electronic structure of the alloy which consists of a group 8-11 element (element A) of a periodic table and a group 12-14 element (element B) is the 11th group single element (Cu, Ag, and so on) in the meantime. This is because it is considered that an electronic structure similar to that of Au (existing visible light plasmonic material) is easily obtained. For example, see FIG.

合金ナノ粒子中の元素Aと元素Bの組成比は、好ましくは58:42〜42:58であり、より好ましくは56:44〜44:56であり、特に好ましくは54:46〜46:54である。   The composition ratio of element A and element B in the alloy nanoparticles is preferably 58:42 to 42:58, more preferably 56:44 to 44:56, and particularly preferably 54:46 to 46:54. It is.

合金ナノ粒子として具体例として、AlFe、AlCo、AlNi、AlRu、AlRh、AlPd、AlIr、AlPt、CoGa、NiZn、NiGa、NiIn、CuZn、CuPd、CuIn、ZnAg、ZnPt、ZnAu、GaRh、PdCd、PdIn、AgCd、CdAu等が挙げられ、そのうちPdCd、PdIn等が好ましく、PdInがより好ましい。   Specific examples of alloy nanoparticles include AlFe, AlCo, AlNi, AlRu, AlRh, AlPd, AlIr, AlPt, CoGa, NiZn, NiGa, NiIn, CuZn, CuPd, CuIn, ZnAg, ZnPt, ZnAu, GaRh, PdCd, PdIn, AgCd, CdAu and the like can be mentioned, among which PdCd, PdIn and the like are preferable, and PdIn is more preferable.

合金ナノ粒子は、結晶構造を有し、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向のいずれからみても元素Aの原子層及び金属Bの原子層が交互に積層することが確認できる結晶構造を有することを特徴とする。特に典型的には、塩化セシウム(CsCl)型の結晶構造に相当するB2型の結晶構造を有することが好ましい。B2型の結晶構造の場合、例えば、x、y及びz軸方向、換言すれば、[100]、[010]及び[001]において元素Aの原子層及び金属Bの原子層が交互に積層することが確認できる。例えば、図11を参照。   The alloy nanoparticles have a crystal structure, and in the three-dimensional space of the orthogonal coordinate system defined by the x, y, and z axes, the atomic layer of element A and the atoms of metal B are seen from any of the three directions orthogonal to each other. It has a crystal structure in which it can be confirmed that the layers are alternately stacked. In particular, it is typically preferable to have a B2 type crystal structure corresponding to a cesium chloride (CsCl) type crystal structure. In the case of the B2 type crystal structure, for example, the atomic layer of element A and the atomic layer of metal B are alternately stacked in the x, y and z axis directions, in other words, [100], [010] and [001]. I can confirm that. For example, see FIG.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、フェルミ準位近傍の電子構造を密度汎関数理論(DFT)計算で計算した時に、フェルミエネルギーを0eVとした場合、−1.5eV以下の領域(特に−4.5eV〜−1.5eVの領域)に、主にd軌道からなるバンド(dバンド)を有することが好ましい。また、−1.5eV〜2.0eVの領域(特に−1.5eV〜0eVの領域)に、d軌道を殆ど含まない主にsとp軌道からなるバンド(spバンド)を有することが好ましい。例えば、試験例4を参照。   When the electronic structure in the vicinity of the Fermi level is calculated by density functional theory (DFT) calculation, the visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention have a region of −1.5 eV or less when the Fermi energy is 0 eV (particularly, It is preferable to have a band mainly composed of d orbits (d band) in a range of −4.5 eV to −1.5 eV. Moreover, it is preferable to have a band (sp band) mainly composed of s and p orbitals that hardly include d orbitals in a region of −1.5 eV to 2.0 eV (particularly, a region of −1.5 eV to 0 eV). For example, see Test Example 4.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子の平均粒径は、通常、1nm〜1000nmであり、好ましくは1〜500nmであり、より好ましくは1nm〜100nmであり、特に好ましくは3nm〜50nmである。標準偏差は、通常、0.1nm〜10nmである。相対標準偏差は、通常、5〜15%である。このように、平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差は、実施例に記載の方法により測定することができる。   The average particle diameter of the visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention is usually 1 nm to 1000 nm, preferably 1 to 500 nm, more preferably 1 nm to 100 nm, and particularly preferably 3 nm to 50 nm. The standard deviation is usually 0.1 nm to 10 nm. The relative standard deviation is usually 5-15%. Thus, the average particle diameter, standard deviation, and relative standard deviation can be measured by the methods described in the examples.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により可視領域(波長:360〜830nm(例えば、JIS Z 8120を参照))の光を吸収する特性、換言すれば、可視領域にプラズマ振動数を有するという特性を有している。具体的には、当該合金ナノ粒子は、360〜830nmの領域に吸収波長のピークトップを有している。可視光プラズモニック材料として有用である。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention absorb light in the visible region (wavelength: 360 to 830 nm (for example, see JIS Z 8120)) by localized surface plasmon resonance (LSPR), in other words, It has the characteristic of having a plasma frequency in the visible region. Specifically, the alloy nanoparticles have a peak top of the absorption wavelength in a region of 360 to 830 nm. It is useful as a visible light plasmonic material.

2.可視光プラズモニック合金ナノ粒子の製造方法
本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、元素A又はそのリン化合物と、元素B又はその化合物と、有機配位子とを反応させて製造することができる。
2. Method for Producing Visible Light Plasmonic Alloy Nanoparticles Visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention can be produced by reacting element A or its phosphorus compound, element B or its compound, and an organic ligand. it can.

2.1 元素A又はそのリン化合物
元素Aは、上述した周期表の第8〜11族からなる群より選ばれる1種以上の金属である。そのリン化合物とは、元素Aとリンとを含む化合物であり、公知の方法に従い又は準じて製造することができる。典型例として、元素AがPdの場合、Pd又はそのリン化合物は公知の方法(例えば、Small, 2011, vol.7, p.469-473、Nano Res., 2011, vol.4, p.83-91、Dalton Trans., 2013, vol.42, p.12667-12674、Chem. Commun., 2014, Advance Article DOI:10.1039/C4CC03282A、Chem. Mater., 2014, vol.26, p.1056-1061)を参考にして製造することができる。
2.1 Element A or its phosphorus compound element A is one or more metals selected from the group consisting of Groups 8 to 11 of the periodic table described above. The phosphorus compound is a compound containing element A and phosphorus, and can be produced according to or according to a known method. As a typical example, when the element A is Pd, Pd or a phosphorus compound thereof is obtained by a known method (for example, Small, 2011, vol. 7, p.469-473, Nano Res., 2011, vol.4, p.83). -91, Dalton Trans., 2013, vol.42, p.12667-12674, Chem. Commun., 2014, Advance Article DOI: 10.1039 / C4CC03282A, Chem. Mater., 2014, vol.26, p.1056-1061 ) For reference.

元素Aのリン化合物における元素Aとリン原子との組成比(元素A:P)としては、特に制限はなく、目的とする合金ナノ粒子に応じて適宜調節すればよい。一般的に、元素Aとリン原子との組成比(元素A:P)としては、通常、10:90〜90:10の範囲であり、50:50〜90:10の範囲とするのが好ましく、60:40〜80:20の範囲とするのがより好ましい。元素Aとリン原子との組成比は、蛍光X線分析法(XRF)により測定できる。   There is no restriction | limiting in particular as a composition ratio (element A: P) of the element A and phosphorus atom in the phosphorus compound of the element A, What is necessary is just to adjust suitably according to the target alloy nanoparticle. In general, the composition ratio of element A and phosphorus atom (element A: P) is usually in the range of 10:90 to 90:10, and preferably in the range of 50:50 to 90:10. , 60:40 to 80:20 is more preferable. The composition ratio between the element A and the phosphorus atom can be measured by fluorescent X-ray analysis (XRF).

元素A又はそのリン化合物の平均粒径は、所望の範囲(通常、1nm〜1000nmの範囲であり、好ましくは1nm〜500nmであり、より好ましくは2nm〜100nmであり、特に好ましくは3nm〜50nmである。)に設定することができる。該平均粒径は、透過型電子顕微鏡で撮像した写真から測定できる。測定方法としては、粒子を無作為に200個抽出し(標本数n=200)、各々の粒子の直径を測定し、その直径の平均から計算することができる。   The average particle diameter of the element A or its phosphorus compound is in a desired range (usually in the range of 1 nm to 1000 nm, preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 2 nm to 100 nm, particularly preferably 3 nm to 50 nm. Yes.) The average particle diameter can be measured from a photograph taken with a transmission electron microscope. As a measuring method, 200 particles are randomly extracted (sample number n = 200), the diameter of each particle is measured, and the average of the diameters can be calculated.

2.2 元素B又はその化合物
元素Bは、上述した周期表の第12〜14族からなる群より選ばれる1種以上の元素である。その化合物とは、当該元素Bが含まれる有機又は無機の化合物であり、公知の方法に従い又は準じて製造することができる。
2.2 Element B or its compound element B is one or more elements selected from the group consisting of Groups 12-14 of the periodic table described above. The compound is an organic or inorganic compound containing the element B and can be produced according to or according to a known method.

元素Bの化合物としては、例えば、カルボン酸化合物と元素Bとの錯体;アミン化合物と元素Bとの錯体;スルホン酸化合物と元素Bとの錯体;ホスフィン化合物と元素Bとの錯体;アセチルアセトン等のキレート配位子と元素Bとの錯体;元素Bの有機金属化合物;及び元素Bの無機塩(元素Bのハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等)などが挙げられる。これらの中で、特に、カルボン酸化合物と元素Bとの錯体、元素Bの無機塩が好ましい。該カルボン酸化合物と元素Bとの錯体(カルボン酸金属錯体)におけるカルボン酸化合物としては、下記の有機配位子に記載する種類のカルボン酸化合物が挙げられる。元素Bの化合物として、元素BがInの場合、例えば、塩化インジウム(III)、酢酸インジウム(III)等が挙げられる。   Examples of the compound of element B include a complex of carboxylic acid compound and element B; a complex of amine compound and element B; a complex of sulfonic acid compound and element B; a complex of phosphine compound and element B; And a complex of a chelate ligand and an element B; an organometallic compound of the element B; and an inorganic salt of the element B (a halide, carbonate, nitrate, sulfate, etc. of the element B). Among these, a complex of a carboxylic acid compound and an element B and an inorganic salt of the element B are particularly preferable. Examples of the carboxylic acid compound in the complex of the carboxylic acid compound and element B (carboxylic acid metal complex) include the types of carboxylic acid compounds described in the following organic ligands. When the element B is In as the compound of the element B, for example, indium (III) chloride, indium (III) acetate, and the like can be given.

元素B又はその化合物は一種のみを使用してもよいし、二種以上を混合して使用してもよい。また、元素Bとその化合物を併用してもよい。   The element B or a compound thereof may be used alone or in combination of two or more. Element B and its compounds may be used in combination.

元素B又はその化合物は、固体又は液体であってもよい。固体の場合、その形状としては特に制限はない。例えば、粉末又は粒状を使用することができ、市販のものを使用することができる。   Element B or a compound thereof may be solid or liquid. In the case of a solid, the shape is not particularly limited. For example, powder or granule can be used, and a commercially available product can be used.

金属B又はその化合物の平均粒径としては、例えば、50nm〜5mmの範囲が挙げられ、好ましくは50nm〜500μm、より好ましくは50nm〜50μmの範囲である。上記平均粒径には、数平均分布より求めたメジアン径(50%累積径)を採用することができる。粒径の数平均分布は、レーザー回折法、動的光散乱法、遠心沈降法、電気的検知体法、画像解析法など、一般的に使われている各種測定法により容易に求めることができる。   As an average particle diameter of the metal B or its compound, the range of 50 nm-5 mm is mentioned, for example, Preferably it is 50 nm-500 micrometers, More preferably, it is the range of 50 nm-50 micrometers. As the average particle diameter, a median diameter (50% cumulative diameter) obtained from the number average distribution can be adopted. The number average distribution of particle sizes can be easily determined by various commonly used measurement methods such as laser diffraction, dynamic light scattering, centrifugal sedimentation, electrical detector method, and image analysis. .

元素B又はその化合物の使用量としては、特に制限はなく、目的とする合金ナノ粒子により適宜調節すればよい。例えば、元素A又はそのリン化合物における元素A換算で、元素A(元素Aが2種以上の場合、各元素のモル数の総和)1モルに対して、通常、0.5〜100モルであり、1〜50モルが好ましく、2〜20モルがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the element B or its compound, What is necessary is just to adjust suitably with the target alloy nanoparticle. For example, in terms of element A in element A or its phosphorus compound, it is usually 0.5 to 100 moles per mole of element A (the sum of the number of moles of each element when two or more kinds of element A). 1 to 50 mol is preferable, and 2 to 20 mol is more preferable.

ここで、元素Aのリン化合物を合成する際に、収率を100%と仮定して、合成する際に使用する元素A(例えば、パラジウム(II)アセチルアセトナト等)の物質量から、元素Aの量を換算することができる。また、元素Aのリン化合物の溶液を調製し、原子吸光分析法(AAS)又は高周波誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)で溶液中の元素A濃度を求め、元素A量を換算することもできる。   Here, when synthesizing the phosphorus compound of element A, the yield is assumed to be 100%, and the amount of element A (for example, palladium (II) acetylacetonate, etc.) used in the synthesis is calculated from the amount of element. The amount of A can be converted. Also, prepare a solution of the phosphorus compound of element A, obtain the concentration of element A in the solution by atomic absorption spectrometry (AAS) or high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES), and convert the amount of element A You can also.

2.3 有機配位子
有機配位子としては、金属原子と結合を形成する又はナノ粒子表面に吸着する有機化合物であればよい。例えば、アルコール化合物、カルボニル化合物、カルボン酸化合物、エーテル化合物、エステル化合物等の有機酸素化合物;アミン化合物、アンモニウム化合物、ニトリル化合物、イソシアニド化合物等の有機窒素化合物;チオール化合物、チオエーテル化合物、チオエステル化合物、スルホキシド化合物、スルホン化合物、スルホン酸化合物等の有機硫黄化合物;ホスフィン化合物、ホスフィンオキシド化合物、ホスフィン酸化合物、ホスホン酸化合物等の有機リン化合物;シラン化合物、シラノール化合物等の有機ケイ素化合物;これらの重合体(オリゴマー、ポリマー)などが挙げられる。これらのうち、有機酸素化合物及び有機窒素化合物が好ましく、カルボン酸化合物、及びアミン化合物がより好ましい。
2.3 Organic Ligand The organic ligand may be an organic compound that forms a bond with a metal atom or adsorbs to the nanoparticle surface. For example, organic oxygen compounds such as alcohol compounds, carbonyl compounds, carboxylic acid compounds, ether compounds, ester compounds; organic nitrogen compounds such as amine compounds, ammonium compounds, nitrile compounds, isocyanide compounds; thiol compounds, thioether compounds, thioester compounds, sulfoxides Organic sulfur compounds such as compounds, sulfone compounds and sulfonic acid compounds; organic phosphorus compounds such as phosphine compounds, phosphine oxide compounds, phosphinic acid compounds and phosphonic acid compounds; organic silicon compounds such as silane compounds and silanol compounds; Oligomer, polymer) and the like. Of these, organic oxygen compounds and organic nitrogen compounds are preferable, and carboxylic acid compounds and amine compounds are more preferable.

カルボン酸化合物としては、カルボン酸基を有する有機化合物であれば特に制限はない。例えば、オレイン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エイコセン酸、エルカ酸、ネルボン酸、リノール酸、エイコサジエン酸、ドコサジエン酸、リノレン酸、ピノレン酸、エレオステアリン酸、ミード酸、エイコサトリエン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、エイコサテトラエン酸、アドレン酸、ボセオペンタエン酸、エイコサペンタエン酸、オズボンド酸、イワシ酸、テトラコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、ニシン酸等の炭素数8〜24の不飽和脂肪族カルボン酸;ステアリン酸、アラキジン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、カプリン酸、カプリル酸、1-アダマンタンカルボン酸等の炭素数8〜24飽和脂肪族カルボン酸;クミン酸、4-ブチル安息香酸等の芳香族カルボン酸が挙げられる。該カルボン酸化合物は、脂肪族鎖が直鎖、分枝もしくは非芳香環状のカルボン酸であってもよい。これらの中でも、ナノ粒子の凝集及び融合の抑制、溶媒への分散性の向上並びに沸点の観点から、炭素数8〜24のカルボン酸が好ましく、炭素数16〜20のカルボン酸がより好ましく、オレイン酸、リノール酸、ステアリン酸、アラキジン酸、パルミチン酸及びパルミトレイン酸が更に好ましく、オレイン酸が特に好ましい。   The carboxylic acid compound is not particularly limited as long as it is an organic compound having a carboxylic acid group. For example, oleic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, sapienoic acid, elaidic acid, vaccenic acid, gadoleic acid, eicosenoic acid, erucic acid, nervonic acid, linoleic acid, eicosadienoic acid, docosadienoic acid, linolenic acid, pinolenic acid, eleeolic acid Stearic acid, medic acid, eicosatrienoic acid, stearidonic acid, arachidonic acid, eicosatetraenoic acid, adrenic acid, boseopentaenoic acid, eicosapentaenoic acid, ozbond acid, sardine acid, tetracosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid, nisic acid C8-24 unsaturated aliphatic carboxylic acids such as stearic acid, arachidic acid, palmitic acid, myristic acid, lauric acid, capric acid, caprylic acid, 1-adamantanecarboxylic acid, etc. Carboxylic acid; cumic acid, 4-butyl Aromatic carboxylic acids Ikikosanto thereof. The carboxylic acid compound may be a linear, branched or non-aromatic carboxylic acid having an aliphatic chain. Among these, carboxylic acids having 8 to 24 carbon atoms are preferable, carboxylic acids having 16 to 20 carbon atoms are more preferable, and olein is preferable from the viewpoints of suppressing aggregation and fusion of nanoparticles, improving dispersibility in a solvent, and boiling point. Acid, linoleic acid, stearic acid, arachidic acid, palmitic acid and palmitoleic acid are more preferred, and oleic acid is particularly preferred.

アミン化合物としては、アミノ基を有する有機化合物であれば特に制限はない。例えば、オレイルアミン、リノレイルアミン等の炭素数8〜24の不飽和アミン;ステアリルアミン、ミリスチルアミン、アダマンチルアミン等の炭素数8〜24飽和アミン;4-イソプロピルアニリン、4-ブチルアニリン等の芳香族アミンが挙げられる。該アミン化合物は、脂肪族鎖が直鎖、分枝もしくは非芳香環状のアミンであってもよい。これらの中でも、ナノ粒子の凝集及び融合の抑制、溶媒への分散性の向上並びに沸点の観点から、炭素数8〜24のアミンが好ましく、炭素数16〜20のアミンがより好ましく、オレイルアミン、リノレイルアミン、ステアリルアミン、アラキジルアミン、パルミチルアミン及びパルミトレイルアミンが更に好ましく、オレイルアミンが特に好ましい。   The amine compound is not particularly limited as long as it is an organic compound having an amino group. For example, unsaturated amines having 8 to 24 carbon atoms such as oleylamine and linoleylamine; saturated amines having 8 to 24 carbon atoms such as stearylamine, myristylamine and adamantylamine; aromatics such as 4-isopropylaniline and 4-butylaniline Examples include amines. The amine compound may be a linear, branched or non-aromatic cyclic amine with an aliphatic chain. Among these, amines having 8 to 24 carbon atoms are preferable, amines having 16 to 20 carbon atoms are more preferable, amines having 16 to 20 carbon atoms are more preferable, from the viewpoint of suppressing aggregation and fusion of nanoparticles, improving dispersibility in a solvent, and boiling point. Railamine, stearylamine, arachidylamine, palmitylamine and palmitolylamine are more preferred, and oleylamine is particularly preferred.

有機配位子は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を混合して使用してもよい。特に、カルボン酸化合物及びアミン化合物の両方用いることが好ましい。   Only one kind of organic ligand may be used, or two or more kinds may be mixed and used. In particular, it is preferable to use both a carboxylic acid compound and an amine compound.

有機配位子の使用量としては、特に制限はなく、目的とする合金ナノ粒子により適宜調節すればよい。例えば、元素A又はそのリン化合物における元素A換算で、元素A(元素Aが2種以上の場合、各元素のモル数の総和)1モルに対して、通常、0.1モル〜400モルであり、0.5モル〜300モルが好ましく、1モル〜250モルがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of an organic ligand, What is necessary is just to adjust suitably with the target alloy nanoparticle. For example, in terms of element A in element A or its phosphorus compound, the amount is usually 0.1 mol to 400 mol with respect to 1 mol of element A (the total number of moles of each element when element A is two or more). Yes, 0.5 mol to 300 mol is preferable, and 1 mol to 250 mol is more preferable.

また、有機配位子の使用量は、例えば、元素B又はその化合物における元素B換算で、上記元素B(元素Bが2種以上の場合、各元素のモル数の総和)1モルに対して、通常、0.1モル〜400モルであり、0.5モル〜300モルが好ましく、1モル〜200モルがより好ましい。   Moreover, the usage-amount of an organic ligand is the element B in the element B or its compound, for example, and 1 mol of said element B (when the element B is 2 or more types, the total number of moles of each element) Usually, it is 0.1 mol-400 mol, 0.5 mol-300 mol are preferable, and 1 mol-200 mol are more preferable.

有機配位子は、溶媒として、元素A又はそのリン化合物、或いは元素B又はその化合物よりも過剰量加えることもできる。   The organic ligand can be added in an excess amount as a solvent more than the element A or its phosphorus compound, or the element B or its compound.

必要に応じて、有機配位子にさらに有機溶媒を加えてもよい。該有機溶媒としては、反応温度よりも沸点が高く、かつ安定であるものが好ましく、例えば、1−オクタデセン、オクタデカン、エイコサン、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、オクチルエーテル、スクアレン等の炭素数16〜30の炭化水素系溶媒を用いることができる。   If necessary, an organic solvent may be further added to the organic ligand. The organic solvent preferably has a boiling point higher than the reaction temperature and is stable. For example, the organic solvent has 1 to 30 carbon atoms such as 1-octadecene, octadecane, eicosane, dodecylbenzene, tetradecylbenzene, octyl ether, squalene, etc. The following hydrocarbon solvents can be used.

有機溶媒の使用量としては、有機配位子1重量部に対して、通常、0.1重量部〜100重量部であり、0.5重量部〜50重量部が好ましく、1重量部〜20重量部がより好ましい。   The amount of the organic solvent used is usually 0.1 to 100 parts by weight, preferably 0.5 to 50 parts by weight, and preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 1 part by weight of the organic ligand. Part by weight is more preferred.

2.4 反応条件
本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子の製造方法は、元素A又はそのリン化合物と、元素B又はその化合物と、有機配位子とを反応させる工程を含んでいる。
2.4 Reaction Conditions The method for producing visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention includes a step of reacting element A or its phosphorus compound, element B or its compound, and an organic ligand.

典型的には、元素A又はそのリン化合物と、元素B又はその化合物と、有機配位子とを、加熱することにより、元素A及び元素Bの合金ナノ粒子を製造することができる。加熱温度としては、通常、260℃以上、好ましくは280℃〜350℃の範囲であり、より好ましくは300℃〜330℃の範囲である。反応時間は、特に制限はなく、通常、30分〜6時間程度、好ましくは1〜3時間の範囲である。反応は、窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン等の不活性ガスの雰囲気下で行なうことができる。   Typically, by heating the element A or its phosphorus compound, the element B or its compound, and an organic ligand, alloy nanoparticles of the element A and the element B can be produced. As heating temperature, it is 260 degreeC or more normally, Preferably it is the range of 280 degreeC-350 degreeC, More preferably, it is the range of 300 degreeC-330 degreeC. The reaction time is not particularly limited, and is usually about 30 minutes to 6 hours, preferably 1 to 3 hours. The reaction can be carried out in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or xenon.

このうち、パラジウム合金ナノ粒子の製造方法については、例えば、特許文献3(特開2016-56431号公報)の記載に従い又は準じて実施することができる。   Among these, the method for producing palladium alloy nanoparticles can be carried out, for example, according to or in accordance with the description in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-56431).

3.可視光プラズモニック合金ナノ粒子の用途
本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により可視領域の光を吸収するため、本質的に物質自体が可視領域にプラズマ振動数を有する金属(合金)材料となる。そのため、可視光プラズモニック材料として有用である。
3. Applications of Visible Light Plasmonic Alloy Nanoparticles The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention absorb light in the visible region by localized surface plasmon resonance (LSPR). It becomes a metal (alloy) material having a number. Therefore, it is useful as a visible light plasmonic material.

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、例えば、顔料、染料、プラズモンセンシングデバイス、プラズモン増強デバイス、プラズモン光電変換デバイス、イメージングデバイス、プラズモン光学デバイス、ドラックデリバリーシステム、温熱療法等の幅広い分野に用いることができる。具体的には、例えば、増強ラマン散乱(SERS)測定装置、チップ増強ラマン分光(TERS)、表面増強赤外分光(SEIRAS)測定装置、全反射照明蛍光顕微鏡(TIRF)、蛍光増強、光電変換デバイスや光触媒の効率増強、近接場光顕微鏡、光導波路、レーザー、光学フィルター、光変調器、フォトニック結晶、メタマテリアル等に用いることができる。従来から可視光プラズモニック材料として使用されているAu及びAgに代替し得る有望な材料となり得る。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention are used in a wide range of fields such as pigments, dyes, plasmon sensing devices, plasmon enhancement devices, plasmon photoelectric conversion devices, imaging devices, plasmon optical devices, drug delivery systems, and thermotherapy. be able to. Specifically, for example, enhanced Raman scattering (SERS) measuring device, chip enhanced Raman spectroscopy (TERS), surface enhanced infrared spectroscopy (SEIRAS) measuring device, total reflection illumination fluorescence microscope (TIRF), fluorescence enhancement, photoelectric conversion device And photocatalyst efficiency enhancement, near-field light microscope, optical waveguide, laser, optical filter, light modulator, photonic crystal, metamaterial and the like. It can be a promising material that can replace Au and Ag that have been used as visible light plasmonic materials.

以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these.

製造例1〜4(平均粒子径の異なるPd−Pナノ粒子の調製)
特許文献3(特開2016-56431号公報)の実施例の記載に従い、平均粒径の異なるPd−Pナノ粒子の調製を行った。その結果を表1に示す。図1のa〜dの透過型電子顕微鏡(TEM)像はそれぞれ、製造例1〜4で調製されたPd−Pナノ粒子に対応する。
Production Examples 1 to 4 (Preparation of Pd—P nanoparticles having different average particle diameters)
Pd—P nanoparticles having different average particle diameters were prepared according to the description in Examples of Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-56431). The results are shown in Table 1. The transmission electron microscope (TEM) images of ad in FIG. 1 correspond to the Pd—P nanoparticles prepared in Production Examples 1 to 4, respectively.

各Pd−Pナノ粒子は非晶質(アモルファス)であり、その平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差は、Pd−Pナノ粒子のTEM像から粒子を無作為に200個抽出し(標本数n=200)、各々の粒子の直径を計測して求めた。製造例1〜4のPd−Pナノ粒子の粒径はすべて単分散であった。   Each Pd-P nanoparticle is amorphous, and its average particle size, standard deviation, and relative standard deviation are randomly extracted from 200 TEM images of Pd-P nanoparticles (number of samples). n = 200), and the diameter of each particle was measured. The particle diameters of the Pd—P nanoparticles in Production Examples 1 to 4 were all monodispersed.

製造例5(Pdナノ粒子の調製)
文献(Nano Res., 2011, vol.4, p.83-91)の記載に従い、Pdナノ粒子の調製を行った。
Production Example 5 (Preparation of Pd nanoparticles)
Pd nanoparticles were prepared as described in the literature (Nano Res., 2011, vol.4, p.83-91).

製造例5のPdナノ粒子の平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差を、上記と同様にして測定した。その結果を表1に示す。   The average particle diameter, standard deviation, and relative standard deviation of the Pd nanoparticles of Production Example 5 were measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 1.

実施例1(B2型−PdIn合金ナノ粒子の製造)
冷却管、温度計及びセプタムを装着した100mL三ツ口フラスコに、製造例1で得られた平均粒径3.3nmのPd−Pナノ粒子 0.5mmol(Pd原子換算)、インジウム粉末 2mmol、オレイルアミン 10mmol、及びオレイン酸 10mmolを入れ、反応液中の容存酸素及び水分を取り除くため、溶液を攪拌しながら80℃で30分間減圧脱気を行った。その後、反応容器内を窒素雰囲気とし、300℃に昇温した後、同温で3時間攪拌することにより、PdInナノ粒子を製造した。
Example 1 (Production of B2 type-PdIn alloy nanoparticles)
In a 100 mL three-necked flask equipped with a condenser, a thermometer and a septum, 0.5 mmol of Pd—P nanoparticles having an average particle size of 3.3 nm obtained in Production Example 1 (Pd atom conversion), 2 mmol of indium powder, 10 mmol of oleylamine, Then, 10 mmol of oleic acid was added, and in order to remove the existing oxygen and moisture in the reaction solution, vacuum degassing was performed at 80 ° C. for 30 minutes while stirring the solution. Thereafter, the inside of the reaction vessel was set to a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 300 ° C., followed by stirring at the same temperature for 3 hours to produce PdIn nanoparticles.

反応溶液を室温に冷却した後、これにクロロホルムを加え、遠心分離により上澄及び沈澱に分離した。上澄中の余分な有機物を取り除くために貧溶媒としてエタノールを加え、さらに遠心分離により精製処理を行い、PdInナノ粒子を沈殿物として得た。このPdInナノ粒子は、クロロホルムに再分散させることが可能であった。   The reaction solution was cooled to room temperature, chloroform was added thereto, and the mixture was separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation. In order to remove excess organic substances in the supernatant, ethanol was added as a poor solvent, and further purified by centrifugation to obtain PdIn nanoparticles as a precipitate. The PdIn nanoparticles could be redispersed in chloroform.

実施例1で得られたPdInナノ粒子のTEM像を図2のaに示す。その平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差は、PdIn合金ナノ粒子のTEM像から粒子を無作為に200個抽出し(標本数n=200)、各ナノ粒子の直径を計測して求めた。その結果を表2に示す。   A TEM image of the PdIn nanoparticles obtained in Example 1 is shown in FIG. The average particle diameter, standard deviation, and relative standard deviation were obtained by randomly extracting 200 particles from a TEM image of PdIn alloy nanoparticles (sample number n = 200) and measuring the diameter of each nanoparticle. The results are shown in Table 2.

実施例2〜4(B2型−PdIn合金ナノ粒子の製造)
製造例2〜4で得られた平均粒径の異なるPd−Pナノ粒子を用いてそれぞれ、表2に記載の反応温度に代えた以外は、実施例1と同様の方法を用いてPdInナノ粒子を製造した。
Examples 2 to 4 (Production of B2 type-PdIn alloy nanoparticles)
PdIn nanoparticles were obtained using the same method as in Example 1, except that the Pd—P nanoparticles with different average particle diameters obtained in Production Examples 2 to 4 were used, respectively, except that the reaction temperatures shown in Table 2 were used. Manufactured.

実施例2〜4で得られたPdInナノ粒子のTEM像をそれぞれ、図2のb〜dに示す。何れも形状は球形であった。それらの平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差は、実施例1と同様にして求めた。それらの結果を表2に示す。   TEM images of the PdIn nanoparticles obtained in Examples 2 to 4 are shown in FIG. In all cases, the shape was spherical. Their average particle diameter, standard deviation and relative standard deviation were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

実施例5(B2型−PdIn合金ナノ粒子の製造)
冷却管、温度計及びセプタムを装着した100mL三ツ口フラスコに、製造例5で得られた平均粒径15nmのPdナノ粒子 0.5mmol(Pd原子換算)、塩化インジウム 1.0mmol、オレイルアミン 100mmol、及びオレイン酸 10mmolを入れ、反応液中の容存酸素及び水分を取り除くため、溶液を攪拌しながら80℃で30分間減圧脱気を行った。その後、反応容器内を窒素雰囲気とし、300℃に昇温した後、同温で3時間攪拌することにより、PdInナノ粒子を製造した。
Example 5 (Production of B2 type-PdIn alloy nanoparticles)
In a 100 mL three-necked flask equipped with a condenser, a thermometer, and a septum, 0.5 mmol of Pd nanoparticles having an average particle diameter of 15 nm obtained in Production Example 5 (Pd atom conversion), 1.0 mmol of indium chloride, 100 mmol of oleylamine, and olein 10 mmol of acid was added, and degassed under reduced pressure at 80 ° C. for 30 minutes while stirring the solution in order to remove the existing oxygen and moisture in the reaction solution. Thereafter, the inside of the reaction vessel was set to a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 300 ° C., followed by stirring at the same temperature for 3 hours to produce PdIn nanoparticles.

反応溶液を室温に冷却した後、これにクロロホルムを加え、遠心分離により上澄及び沈澱に分離した。上澄中の余分な有機物を取り除くために貧溶媒としてエタノールを加え、さらに遠心分離により精製処理を行い、PdInナノ粒子を沈殿物として得た。このPdInナノ粒子は、クロロホルムに再分散させることが可能であった。   The reaction solution was cooled to room temperature, chloroform was added thereto, and the mixture was separated into a supernatant and a precipitate by centrifugation. In order to remove excess organic substances in the supernatant, ethanol was added as a poor solvent, and further purified by centrifugation to obtain PdIn nanoparticles as a precipitate. The PdIn nanoparticles could be redispersed in chloroform.

実施例5で得られたPdInナノ粒子は、TEM像から球形であった。平均粒径、標準偏差及び相対標準偏差は、実施例1と同様にして求めた。それらの結果を表2に示す。   The PdIn nanoparticles obtained in Example 5 were spherical from the TEM image. The average particle size, standard deviation, and relative standard deviation were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

試験例1(粉末X線回折の測定;B2型結晶構造の確認)
実施例1〜4で得られたPdInナノ粒子の粉末X線回折(PXRD)を測定したところ、その回折ピークのパターンが立方晶のB2(塩化セシウム)型合金相に帰属された。これより、実施例1〜4で得られたナノ粒子はいずれも、B2型−PdIn合金ナノ粒子であることが確認できた(図3のa〜d)。結晶構造については、図11を参照。
Test Example 1 (Measurement of powder X-ray diffraction; confirmation of B2 type crystal structure)
When the powder X-ray diffraction (PXRD) of the PdIn nanoparticles obtained in Examples 1 to 4 was measured, the pattern of the diffraction peak was attributed to the cubic B2 (cesium chloride) type alloy phase. From this, it was confirmed that all the nanoparticles obtained in Examples 1 to 4 were B2 type-PdIn alloy nanoparticles (a to d in FIG. 3). See FIG. 11 for the crystal structure.

試験例2(可視及び近赤外吸収スペクトル;LSPR吸収ピークの測定)
実施例1〜4で得られたB2型−PdInナノ粒子のクロロホルム溶液を調製し、紫外−可視−近赤外(UV−Vis−NIR)吸収スペクトルを測定した。その結果(光の波長と吸収強度の相関)を、図4のa〜dに示す。いずれにおいても500〜800nmの可視領域に吸収ピークを確認した。B2型−PdIn合金ナノ粒子の粒径の増大に伴い、吸収ピーク強度の増加とピークトップの長波長シフトが観測され、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)に特徴的な傾向を確認した。
Test Example 2 (Visible and near infrared absorption spectrum; measurement of LSPR absorption peak)
A chloroform solution of the B2-type PdIn nanoparticles obtained in Examples 1 to 4 was prepared, and an ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) absorption spectrum was measured. The results (correlation between the wavelength of light and the absorption intensity) are shown in FIGS. In any case, an absorption peak was confirmed in the visible region of 500 to 800 nm. As the particle size of the B2-type-PdIn alloy nanoparticles increased, an increase in absorption peak intensity and a long wavelength shift of the peak top were observed, confirming a tendency characteristic of localized surface plasmon resonance (LSPR).

試験例3(屈折率感度測定;LSPR吸収ピークの検証)
試験例2にて可視領域に観測された吸収ピークがLSPRに起因することを実験的に検証するために、屈折率感度の測定を行った。実施例3で得られたB2型−PdIn合金ナノ粒子を分散させる媒体(溶媒)を、(i)n−ヘキサン(屈折率n=1.37)、(ii)シクロヘキサン(n=1.42)、(iii)クロロホルム(n=1.44)、(iv)トルエン(n=1.48)及び(v)o−ジクロロベンゼン(屈折率n=1.55)に変更し、それぞれのUV−Vis−NIR吸収スペクトルを測定した。その結果を、図5(1)に示す。
Test Example 3 (Refractive Index Sensitivity Measurement; Verification of LSPR Absorption Peak)
In order to experimentally verify that the absorption peak observed in the visible region in Test Example 2 is caused by LSPR, the refractive index sensitivity was measured. The medium (solvent) in which the B2-type PdIn alloy nanoparticles obtained in Example 3 are dispersed is (i) n-hexane (refractive index n = 1.37), (ii) cyclohexane (n = 1.42). , (Iii) chloroform (n = 1.44), (iv) toluene (n = 1.48) and (v) o-dichlorobenzene (refractive index n = 1.55). -NIR absorption spectrum was measured. The result is shown in FIG.

このスペクトルから、溶媒の屈折率の増加に伴い、吸収ピークのピークトップが長波長シフトすることが観測された。図5(2)は、図5(1)で用いた溶媒の屈折率とピークトップ波長の関係を表した図であり、両者の間には明瞭な一次の関係が確認された。この一次式における傾きは屈折率感度と呼ばれ、実施例3のB2型−PdIn合金ナノ粒子の屈折率感度は、52.3nm/RIUであった。この屈折率感度の値は既存の可視光プラズモニック材料であるAu及びAgと同等の値であった。   From this spectrum, it was observed that the peak top of the absorption peak shifted with a longer wavelength as the refractive index of the solvent increased. FIG. 5 (2) is a diagram showing the relationship between the refractive index of the solvent used in FIG. 5 (1) and the peak top wavelength, and a clear primary relationship was confirmed between the two. The gradient in this linear expression is called refractive index sensitivity, and the refractive index sensitivity of the B2-type PdIn alloy nanoparticles of Example 3 was 52.3 nm / RIU. The value of the refractive index sensitivity was equivalent to that of Au and Ag, which are existing visible light plasmonic materials.

以上の結果から、試験例2の図4において可視領域に確認された吸収ピークがLSPRに起因することが確認された。   From the above results, it was confirmed that the absorption peak confirmed in the visible region in FIG. 4 of Test Example 2 was caused by LSPR.

実施例1、2、4及び5で得られたB2型−PdIn合金ナノ粒子についても同様の結果が得られる。   Similar results are obtained for the B2-type PdIn alloy nanoparticles obtained in Examples 1, 2, 4 and 5.

これより、実施例1〜5で得られたB2型−PdIn合金ナノ粒子が、可視光プラズモニック材料であることが実験的に確認された。   From this, it was experimentally confirmed that the B2 type-PdIn alloy nanoparticles obtained in Examples 1 to 5 were visible light plasmonic materials.

試験例4(密度汎関数理論(DFT)計算;電子構造の導出)
B2型−PdIn合金のフェルミ準位近傍の電子構造(状態密度分布(DOS))を理論計算によって導出した。計算は文献(J. Comput. Phys. 2014, Vol.265, p.145-155)に記載の密度汎関数理論に基づく実空間グリッド法を用いた独自開発の計算プログラムGCEEDで行った。GCEEDでは、コーン・シャム方程式を実空間グリッド上で差分法に基づいて直接的に数値計算する手法を採用した。このグリッド幅は0.25Åとし、汎関数にはLDAを用いた。Au5d106s、Pd4d10、In4d105S5p以外の内殻電子は文献(Comput. Phys. Commun. 1999, Vol.119, p.67-98)に記載のfhi98PPプログラムを用いてTroullier-Martinsの手法により擬ポテンシャルに置き換えた。Troullier-Martinsの手法については文献(Comput. Phys. Commun. 1999, Vol.119, p.67-98)を参照した。加えて、比較対象となるPd及びAuのフェルミ準位近傍のDOSを、B2型−PdIn合金と同様の手法を用いて計算した。
Test Example 4 (Density Functional Theory (DFT) Calculation; Derivation of Electronic Structure)
The electronic structure (state density distribution (DOS)) in the vicinity of the Fermi level of the B2-type PdIn alloy was derived by theoretical calculation. The calculation was carried out by an original calculation program GCEED using the real space grid method based on the density functional theory described in the literature (J. Comput. Phys. 2014, Vol.265, p.145-155). GCEED employs a method of directly calculating numerical values of the Khon-Sham equation based on the difference method on a real space grid. The grid width was 0.25 mm, and LDA was used for the functional. Inner-shell electrons other than Au 5d 10 6s 1 , Pd 4d 10 , In 4d 10 5S 2 5p 1 are obtained using the fhi98PP program described in the literature (Comput. Phys. Commun. 1999, Vol. 119, p. 67-98). Replaced by pseudopotential by Martins method. For the Troullier-Martins method, reference was made to the literature (Comput. Phys. Commun. 1999, Vol.119, p.67-98). In addition, DOS near the Fermi level of Pd and Au to be compared was calculated using the same method as for the B2-type PdIn alloy.

計算に使用したPdInナノ粒子の構造は、構成原子数がPd329In312及びPd312In275の切稜立方体とし、文献(Russ. Metall., 1980, Vol.4, p.192-194)に記載の格子定数を用いて作成した。Pdナノ粒子の構造は、構成原子数がPd561の立方八面体とし、文献(Crystal Structures, 1963, Vol.1, p.7-83)に記載の格子定数を用いて作成した。また、Auナノ粒子は文献(J. Phys. Chem. A, 2014, Vol.118, p.11317-11322)を参照し、正二十面体から頂点の原子を1つ取り除いた構成原子数Au560の構造を採用した。 The structure of the PdIn nanoparticles used in the calculation is a ridged cube with the number of constituent atoms Pd 329 In 312 and Pd 312 In 275 , and is described in the literature (Russ. Metall., 1980, Vol.4, p.192-194). It was created using the lattice constant described. The structure of the Pd nanoparticles was a cubic octahedron having Pd 561 as the constituent atoms, and was created using the lattice constant described in the literature (Crystal Structures, 1963, Vol. 1, p.7-83). For Au nanoparticles, refer to the literature (J. Phys. Chem. A, 2014, Vol. 118, p. 11317-11322), and the number of constituent atoms Au 560 obtained by removing one vertex atom from an icosahedron. The structure of was adopted.

以上の計算手法で得られた結果を、図7〜図10に示す。   The results obtained by the above calculation method are shown in FIGS.

Pdナノ粒子のDOS(図7)では幅広い単一の分布(丸囲い1)がフェルミ準位 (0eV)近傍から−5eV程度まで続き、sバンドとdバンドが殆ど分離していない。   In the DOS of Pd nanoparticles (FIG. 7), a wide single distribution (circle 1) continues from around the Fermi level (0 eV) to about −5 eV, and the s band and d band are hardly separated.

PdInナノ粒子(図8、図9)では、構造の違いによる電子構造の差異は殆ど認められず、ピークの位置(丸囲い2)がエネルギー的に深い位置(−4.5〜−1.5eV)にシフトしている。そこからフェルミ準位近傍へ裾が延びている構造を取る(丸囲い3)。つまり、PdInナノ粒子の場合は、Pdのd電子とInのsp電子に由来する分布(丸囲い2)と、Pdのs電子とInのsp電子に由来する分布(丸囲い3)が、−1.5eV辺りを境目にして分離している構造を取る。   In the PdIn nanoparticles (FIGS. 8 and 9), the difference in the electronic structure due to the difference in structure is hardly recognized, and the peak position (circled circle 2) is a position where the energy is deep (−4.5 to −1.5 eV). ). From there, take a structure with a tail extending to the vicinity of the Fermi level (circle 3). That is, in the case of PdIn nanoparticles, the distribution derived from Pd d electrons and In sp electrons (circled 2) and the distribution derived from Pd s electrons and In sp electrons (circled 3) are − The structure is separated at a boundary of about 1.5 eV.

Auナノ粒子(図10)については占有軌道のDOSのみ示すが、PdInナノ粒子と同様に−1.5eV辺りを境にして、spバンドとdバンドが分離していることが見て取れる。   For the Au nanoparticles (FIG. 10), only the DOS of the occupied orbit is shown, but it can be seen that the sp band and the d band are separated around −1.5 eV as in the case of the PdIn nanoparticles.

従って、PdIn合金の電子状態はPd(10族)よりもAu(11族)に類似していることが判明した。   Therefore, it was found that the electronic state of the PdIn alloy is more similar to Au (Group 11) than Pd (Group 10).

<考察>
以上の結果より、PdIn合金ナノ粒子は、Pd原子とIn原子がほぼ1:1で構成された、B2型からなる結晶構造を有することが確認された。また、PdIn合金ナノ粒子は、可視光領域に局在表面プラズモン共鳴(LSPR)に起因する吸収が存在するため、可視光プラズモニック材料であることが確認された。
<Discussion>
From the above results, it was confirmed that the PdIn alloy nanoparticles have a B2 type crystal structure in which Pd atoms and In atoms are substantially 1: 1. In addition, it was confirmed that the PdIn alloy nanoparticles are visible light plasmonic materials because absorption due to localized surface plasmon resonance (LSPR) exists in the visible light region.

また、PdIn合金ナノ粒子の状態密度分布の計算データ(試験例4)から、合金ナノ粒子が可視光プラズモニック材料の特性を有するためには、フェルミエネルギーを0eVとした場合、−1.5eV以下の領域に、主にd軌道からなるバンド(dバンド)を有すること、−1.5eV〜2.0eVの領域に、d軌道を殆ど含まない主にsとp軌道からなるバンド(spバンド)を有することが、重要と考えられる。   Further, from the calculation data of the state density distribution of PdIn alloy nanoparticles (Test Example 4), in order for the alloy nanoparticles to have the characteristics of a visible light plasmonic material, −1.5 eV or less when Fermi energy is 0 eV. A band consisting mainly of d orbitals (d band) in the region of, and a band consisting of mainly s and p orbitals (sp band) containing almost no d orbitals in the region of −1.5 eV to 2.0 eV. It is considered important to have

本発明の可視光プラズモニック合金ナノ粒子は、本質的に物質自体が可視領域にプラズマ振動数を有する金属(合金)材料であり、これまでにない全く新しい可視光プラズモニック材料である。そのため、プラズモンセンシングデバイス、プラズモン増強デバイス等の幅広い分野に使用されているAu及びAgの有望な代替材料となり得る。   The visible light plasmonic alloy nanoparticles of the present invention are essentially a metal (alloy) material whose substance itself has a plasma frequency in the visible region, and is a completely new visible light plasmonic material that has never existed before. Therefore, it can be a promising alternative material for Au and Ag used in a wide range of fields such as plasmon sensing devices and plasmon enhancement devices.

Claims (10)

下記(1)〜(3)を満たす可視光プラズモニック合金ナノ粒子;
(1)当該合金ナノ粒子は、元素A及び元素Bで構成された合金であり、元素Aは周期表の第8〜11族からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bは周期表の第12〜14族からなる群より選ばれる1種以上の元素である、
(2)当該合金ナノ粒子中の元素Aと元素Bの組成比が60:40〜40:60である、及び
(3)当該合金ナノ粒子は、x、y及びz軸で規定される直交座標系の三次元空間において、互いに直交する3方向のいずれからみても元素A及び元素Bのそれぞれの原子層が交互に積層することが確認できる結晶構造を有する。
Visible light plasmonic alloy nanoparticles satisfying the following (1) to (3);
(1) The alloy nanoparticles are an alloy composed of an element A and an element B, the element A is one or more elements selected from the group consisting of groups 8 to 11 of the periodic table, and the element B is It is one or more elements selected from the group consisting of Groups 12-14 of the periodic table.
(2) The composition ratio of element A and element B in the alloy nanoparticles is 60:40 to 40:60, and (3) the alloy nanoparticles are orthogonal coordinates defined by the x, y, and z axes. In the three-dimensional space of the system, it has a crystal structure in which it can be confirmed that the atomic layers of the element A and the element B are alternately stacked when viewed from any of three directions orthogonal to each other.
さらに、下記(4)を満たす、請求項1に記載の可視光プラズモニック材料;
(4)当該合金ナノ粒子が、フェルミエネルギーを0eVとした場合、−1.5eV以下の領域に、主にd軌道からなるバンド(dバンド)を有し、−1.5eV〜2.0eVの領域に、d軌道を殆ど含まない主にsとp軌道からなるバンド(spバンド)を有する。
The visible light plasmonic material according to claim 1, further satisfying the following (4):
(4) When the alloy nanoparticles have a Fermi energy of 0 eV, the alloy nanoparticles have a band (d band) mainly composed of d orbitals in a region of −1.5 eV or less, and −1.5 eV to 2.0 eV. The region has a band (sp band) mainly including s and p orbitals that hardly include d orbitals.
当該合金ナノ粒子の結晶構造が、B2型の結晶構造である、請求項1又は2に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。 The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to claim 1 or 2, wherein the crystal structure of the alloy nanoparticles is a B2 type crystal structure. 元素Aが、周期表の第8〜11族且つ第4〜6周期からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bが、周期表の第12〜14族且つ第2〜6周期からなる群より選ばれる1種以上の元素である、請求項1〜3のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。 Element A is one or more elements selected from the group consisting of Groups 8 to 11 and Periods 4 to 6 of the Periodic Table, and Element B is Groups 12 to 14 and Periods 2 to 6 of the Periodic Table The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to any one of claims 1 to 3, which are one or more elements selected from the group consisting of: 元素Aが、周期表の第10〜11族且つ第4〜5周期からなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bが、周期表の第12〜13族且つ第3〜5周期からなる群より選ばれる1種以上の元素である、請求項4に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。 Element A is one or more elements selected from the group consisting of Groups 10 to 11 and Periods 4 to 5 of the Periodic Table, and Element B is Groups 12 to 13 and Periods 3 to 5 of the Periodic Table The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to claim 4, which are one or more elements selected from the group consisting of: 元素Aがパラジウム及びニッケルからなる群より選ばれる1種以上の元素であり、元素Bがインジウム及びカドミウムからなる群より選ばれる1種以上の元素である、請求項1〜5のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。 The element A is one or more elements selected from the group consisting of palladium and nickel, and the element B is one or more elements selected from the group consisting of indium and cadmium. Visible light plasmonic alloy nanoparticles. 元素Aがパラジウムであり、元素Bがインジウムである、請求項6に記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子。 The visible light plasmonic alloy nanoparticles according to claim 6, wherein the element A is palladium and the element B is indium. 前記請求項1〜7のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子を含む可視光プラズモニック材料。 A visible light plasmonic material comprising the visible light plasmonic alloy nanoparticles according to claim 1. 顔料、染料、プラズモンセンシングデバイス、プラズモン増強デバイス、プラズモン光電変換デバイス、イメージングデバイス、プラズモン光学デバイス、ドラックデリバリーシステム、温熱療法からなる群から選ばれる1種以上の用途に用いられる、前記請求項8に記載の可視光プラズモニック材料。 The method according to claim 8, which is used in one or more applications selected from the group consisting of a pigment, a dye, a plasmon sensing device, a plasmon enhancement device, a plasmon photoelectric conversion device, an imaging device, a plasmon optical device, a drug delivery system, and a thermotherapy. The visible light plasmonic material described. 前記請求項1〜7のいずれかに記載の可視光プラズモニック合金ナノ粒子の製造方法であって、前記元素A又はそのリン化合物と、元素B又はその化合物と、有機配位子とを反応させる工程を含む、製造方法。 It is a manufacturing method of the visible light plasmonic alloy nanoparticle in any one of the said Claims 1-7, Comprising: The said element A or its phosphorus compound, the element B or its compound, and an organic ligand are made to react. A manufacturing method including a process.
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