JP2020200224A - Metal-carbon hybrid material and method for producing the same - Google Patents

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三田 文雄
Fumio Mita
文雄 三田
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Abstract

To provide a novel method for producing metal-carbon hybrid materials that enables mass production and/or reduction in production cost of the materials.SOLUTION: A method for producing metal-carbon hybrid materials, comprises a step of heat-treating a conjugated polymer having a structure of metal-containing π-conjugated polymer complex in its main chain, and an optically active substituent and an amide group in its side chain.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、新規の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法に関する。本発明はまた、前記製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料に関する。 The present invention relates to a method for producing a novel metal-carbon hybrid material. The present invention also relates to a metal-carbon hybrid material obtained by the above-mentioned production method.

金属を内包する金属含有高分子は、熱や放射線により処理されると金属ナノ粒子を生じる。このようにして得られた金属ナノ粒子は、従来知られていなかった触媒機能や、電気的、磁気的、光学的性質等を生じることが明らかになってきており、それ故、その製法技術や使用される材料等が、産業技術として注目されている。 A metal-containing polymer containing a metal produces metal nanoparticles when treated with heat or radiation. It has been clarified that the metal nanoparticles thus obtained have a catalytic function, electrical, magnetic, optical properties, etc., which have not been known in the past. The materials used are attracting attention as industrial technology.

本願の発明者は、これまでに、ピリジン配位子型の主鎖に白金錯体構造を有し、かつ、光学活性を有するフェニレンエチニレン系共役高分子の合成に成功した。また、本願の発明者は、前記フェニレンエチニレン系共役高分子が、その固体中に規則正しい集積構造を形成することを明らかにしてきた(非特許文献1)。しかし、このようなフェニレンエチニレン系共役高分子を用いた詳細な検討は、これまでのところ行われていない。 The inventor of the present application has succeeded in synthesizing a phenylene ethynylene-based conjugated polymer having a platinum complex structure in a pyridine ligand type main chain and having optical activity. Further, the inventor of the present application has clarified that the phenylene ethynylene-based conjugated polymer forms a regular integrated structure in the solid (Non-Patent Document 1). However, detailed studies using such a phenylene ethynylene-based conjugated polymer have not been conducted so far.

ところで、金属−炭素ハイブリッド材料を製造する技術として、これまでに、種々の技術が報告されている。例えば、非特許文献2および3には、白金ナノ粒子と酸化グラフェン等の炭素材とを複合化することにより、高触媒活性を有する四面体構造の白金ナノ粒子を製造する方法が開示されている。 By the way, various techniques have been reported so far as techniques for producing a metal-carbon hybrid material. For example, Non-Patent Documents 2 and 3 disclose a method for producing tetrahedral platinum nanoparticles having high catalytic activity by combining platinum nanoparticles and a carbon material such as graphene oxide. ..

Otaki et al., Chem. Lett., 45, 937-939, 2016Otaki et al., Chem. Lett., 45, 937-939, 2016 C. Yang et al., The Electrochem. Soc., 165 (14), B665, 2018C. Yang et al., The Electrochem. Soc., 165 (14), B665, 2018 X. Jiang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 57, 14544, 2018X. Jiang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 57, 14544, 2018

しかしながら、非特許文献2および3に記載されたような技術では、金属−炭素ハイブリッド材料の大量生産が困難であるとともに、高い製造コストがかかるとの問題があった。 However, the techniques described in Non-Patent Documents 2 and 3 have a problem that mass production of a metal-carbon hybrid material is difficult and a high production cost is required.

そこで、本発明の一態様は、上記の課題が解決された、とりわけ、新規の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法を実現することを目的とする。 Therefore, one aspect of the present invention is aimed at realizing a method for producing a novel metal-carbon hybrid material, which solves the above-mentioned problems.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有する含金属共役高分子を用いて熱処理を行うことにより、立体積層構造が高度に制御された金属−炭素ハイブリッド材料が得られることを初めて見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の一実施形態は、以下の構成を包含する。
<1>主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する共役高分子を熱処理する工程を含むことを特徴とする、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。
<2>前記熱処理により、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位を平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列させることを特徴とする、<1>に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。
<3>前記光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、前記共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御することを特徴とする、<1>または<2>に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。
<4>前記共役高分子が、以下の式(1)で示される構造を有することを特徴とする、<1>〜<3>のいずれかに記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法:
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor has performed heat treatment using a metal-containing conjugated polymer having a specific structure, so that the three-dimensional laminated structure is highly controlled metal-carbon. For the first time, he discovered that a hybrid material could be obtained, and completed the present invention. That is, one embodiment of the present invention includes the following configurations.
<1> A metal-carbon comprising a step of heat-treating a conjugated polymer having a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and an optically active substituent and an amide group in the side chain. Method for manufacturing hybrid materials.
<2> The method according to <1>, wherein each part of the metal and carbon in the main chain or the side chain is arranged substantially periodically in a planar geometrical and / or three-dimensional structure by the heat treatment. How to make metal-carbon hybrid materials.
<3><1> or <2>, which controls the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer by changing the enantiomeric excess of the optically active substituent. The method for producing a metal-carbon hybrid material according to.
<4> The method for producing a metal-carbon hybrid material according to any one of <1> to <3>, wherein the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (1):

(式中、
Xは、少なくとも一つのピリジン環を有する、金属錯体部位であり、
Yは、以下の式(2)で示される構造を有する、含金属π共役高分子部位であり、
(During the ceremony,
X is a metal complex site having at least one pyridine ring.
Y is a metal-containing π-conjugated polymer moiety having a structure represented by the following formula (2).

(式中、Mは、金属元素であり、Aは、2価の芳香族炭化水素基であり、mは、1〜10であり、およびnは、1〜1000である。)、および
Zは、光学活性置換基およびアミド基を有する部位である。)。
<5>前記共役高分子が、以下の式(3)で示される構造を有することを特徴とする、<4>に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法:
(In the formula, M is a metal element, A is a divalent aromatic hydrocarbon group, m is 1-10, and n is 1-1000), and Z. , A site having an optically active substituent and an amide group. ).
<5> The method for producing a metal-carbon hybrid material according to <4>, wherein the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (3):

(式中、nは、1〜1000である。)。
<6>前記熱処理する工程が、前記共役高分子を、Ar雰囲気下で室温から900℃まで昇温させることを特徴とする、<1>〜<5>のいずれかに記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。
<7>前記金属−炭素ハイブリッド材料が、金属ナノ粒子である、<1>〜<6>のいずれかに記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。
<8><1>〜<7>のいずれかに記載の製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料。
(In the formula, n is 1 to 1000.).
<6> The metal-carbon hybrid according to any one of <1> to <5>, wherein the heat treatment step raises the temperature of the conjugated polymer from room temperature to 900 ° C. in an Ar atmosphere. How to make the material.
<7> The method for producing a metal-carbon hybrid material according to any one of <1> to <6>, wherein the metal-carbon hybrid material is metal nanoparticles.
<8> A metal-carbon hybrid material obtained by the production method according to any one of <1> to <7>.

本発明の一態様によれば、金属−炭素ハイブリッド材料の大量生産および/またはコストの低減を可能にする製造方法を提供することができる。また、本発明の一態様によれば、触媒活性の改善、新機能等が付加された、新規の金属−炭素ハイブリッド材料を提供し得る製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a manufacturing method that enables mass production and / or cost reduction of a metal-carbon hybrid material. Further, according to one aspect of the present invention, it is possible to provide a production method capable of providing a novel metal-carbon hybrid material to which improved catalytic activity, new functions and the like are added.

本発明の一実施形態に係る、焼結中の共役高分子のTGA測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of TGA measurement of the conjugated polymer during sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結前後の共役高分子のラマンスペクトル測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Raman spectrum measurement of the conjugated polymer before and after sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結前後の共役高分子のXPS測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of XPS measurement of the conjugated polymer before and after sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結前の共役高分子のXRDの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of XRD of the conjugated polymer before sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結後の共役高分子のXRDの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of XRD of the conjugated polymer after sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結前の共役高分子のFE−SEMの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of FE-SEM of the conjugated polymer before sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、焼結後の共役高分子のFE−SEMの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of FE-SEM of the conjugated polymer after sintering which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る共役高分子が、焼結の段階に応じて、三次元構造的に略周期的に配列するモデルを示す図である。It is a figure which shows the model which the conjugated polymer which concerns on one Embodiment of this invention is arranged substantially periodically in a three-dimensional structure according to the stage of sintering.

本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail below.

なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意味する。 Unless otherwise specified in the present specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more and B or less".

〔1.概要〕
本発明の一実施形態に係る金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法(以下、「本発明の製造方法」と称する。)は、主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する共役高分子を熱処理する工程を含む、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法である。
[1. Overview〕
The method for producing a metal-carbon hybrid material according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "the production method of the present invention") has a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and has a side chain. A method for producing a metal-carbon hybrid material, which comprises a step of heat-treating a conjugated polymer having an optically active substituent and an amide group in a chain.

本発明者は、以前に取得したフェニレンエチニレン系共役高分子について、さらに詳細な解析を行った。具体的には、フェニレンエチニレン系共役高分子を熱処理することによる、金属−炭素ハイブリッド材料の取得の可能性について検討を行った。 The present inventor has conducted a more detailed analysis of the previously obtained phenylene ethynylene-based conjugated polymer. Specifically, the possibility of obtaining a metal-carbon hybrid material by heat-treating a phenylene ethynylene-based conjugated polymer was investigated.

その結果、本発明者は、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列したフェニレンエチニレン系共役高分子の炭化物を得ることに初めて成功した。 As a result, the present inventor has provided carbides of phenylene ethynylene-based conjugated polymers in which the metal and carbon sites in the main chain or side chains are arranged substantially periodically in planar geometry and / or three-dimensional structure. I succeeded in getting it for the first time.

フェニレンエチニレン系共役高分子が、熱処理により、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列するメカニズムを、以下に説明する(実施例および図面参照)。すなわち、以下の(a)〜(c)で示すメカニズムが想定される。
(a)還元性雰囲気中の熱処理により、共役高分子からアミドおよびピリジンのみを分解揮発させて(図3)、数十程度のポリマー分子(共役高分子)の集結を可能にする(図1)。
(b)300℃〜400℃での還元的脱離により、白金部位の結合を切断し、白金同士の分離・凝集を図る(図5および図8)。
(c)さらに、900℃までの熱処理により、白金結晶粒子の凝集と、白金の離脱による炭素原子同士の安定化が図れるように互いに結合した炭素ネットワーク構造の形成と、が生じる(図7および図8)。
The mechanism by which the phenylene ethynylene-based conjugated polymer arranges the metal and carbon sites in the main chain or side chain substantially periodically in planar geometry and / or three-dimensional structure by heat treatment is described below. (See Examples and Drawings). That is, the mechanisms shown in the following (a) to (c) are assumed.
(A) By heat treatment in a reducing atmosphere, only amide and pyridine are decomposed and volatilized from the conjugated polymer (Fig. 3), and several tens of polymer molecules (conjugated polymer) can be aggregated (Fig. 1). ..
(B) Platinum sites are cleaved by reductive elimination at 300 ° C to 400 ° C to separate and aggregate platinum (FIGS. 5 and 8).
(C) Further, the heat treatment up to 900 ° C. causes agglutination of platinum crystal particles and formation of a carbon network structure bonded to each other so that carbon atoms can be stabilized by separation of platinum (FIGS. 7 and 7). 8).

なお、図8において、400℃〜900℃の熱処理後の共役高分子が、本発明の一実施形態における金属−炭素ハイブリッド材料に相当する。 In FIG. 8, the conjugated polymer after heat treatment at 400 ° C. to 900 ° C. corresponds to the metal-carbon hybrid material in one embodiment of the present invention.

本発明者は、フェニレンエチニレン系共役高分子を熱処理して、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列した炭化物を得ることができる理由として、本発明の製造方法に供されるフェニレンエチニレン系共役高分子が、以下の(1)〜(4)で示す特徴の組み合わせにより整合して配列しているためであると、結論付けた。
(1)共役高分子中の含金属π共役高分子錯体構造における金属錯体部位の平面性、
(2)共役高分子中の側鎖における光学活性置換基の存在、
(3)共役高分子間におけるアミド基間の水素結合、および
(4)共役高分子中の含金属π共役高分子部位における芳香族炭化水素基と三重結合間でのπ相互作用。
The present inventor heat-treats a phenylene ethynylene-based conjugated polymer to provide carbides in which the metal and carbon sites in the main chain or side chains are arranged substantially periodically in planar geometry and / or three-dimensional structure. The reason why the phenylene ethynylene-based conjugated polymer used in the production method of the present invention can be obtained is that the phenylene ethynylene-based conjugated polymers are consistently arranged according to the combination of the features shown in the following (1) to (4). I conclude that there is.
(1) Flatness of the metal complex site in the metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the conjugated polymer,
(2) Presence of optically active substituent in the side chain in the conjugated polymer,
(3) Hydrogen bonds between amide groups between conjugated polymers, and (4) π interactions between aromatic hydrocarbon groups and triple bonds at metal-containing π-conjugated polymer sites in conjugated polymers.

上記(1)は、共役高分子の金属錯体部位が、共役の効率の高さにより、前記金属錯体部位の平面性が保たれることを意味する。例えば、上記式(3)で示される構造を有する共役高分子では、高分子主鎖中の平面四角形分子構造を形成するビピリリジン−金属錯体部位が、フェニレンエチニレンをはじめとするアリレンエチニレン部位と効率よく共役し、高い平面性を保つ。 The above (1) means that the metal complex site of the conjugated polymer maintains the flatness of the metal complex site due to the high efficiency of the conjugate. For example, in the conjugated polymer having the structure represented by the above formula (3), the bipyrylidine-metal complex site forming the planar square molecular structure in the polymer main chain is an allylene ethinylene site such as phenylene ethynylene. Efficiently couples with and maintains high flatness.

上記(2)は、配列の規則性を示す。例えば、上記式(3)で示される構造を有する共役高分子では、アラニンから誘導されたアミド基をはじめとする光学活性置換基の不斉誘起能により、分子が規則正しく配列する。 The above (2) shows the regularity of the arrangement. For example, in a conjugated polymer having a structure represented by the above formula (3), the molecules are regularly arranged by the asymmetric inducing ability of an optically active substituent such as an amide group derived from alanine.

上記(3)は、複数の共役高分子において、各共役高分子に存在するアミド基間で生じる水素結合を意味する。 The above (3) means a hydrogen bond generated between amide groups existing in each conjugated polymer in a plurality of conjugated polymers.

上記(4)は、共役高分子の含金属π共役高分子部位が、芳香族炭化水素基および三重結合を有し、前記芳香族炭化水素基と前記三重結合の間で生じるπ相互作用により、前記含金属π共役高分子部位の平面性が保たれることを意味する。 In (4) above, the metal-containing π-conjugated polymer moiety of the conjugated polymer has an aromatic hydrocarbon group and a triple bond, and the π interaction occurs between the aromatic hydrocarbon group and the triple bond. This means that the flatness of the metal-containing π-conjugated polymer moiety is maintained.

したがって、本発明の一実施形態において、本発明の製造方法は、以下であり得る。 Therefore, in one embodiment of the present invention, the production method of the present invention may be as follows.

主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する共役高分子を熱処理する工程を含み、前記熱処理により、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位を平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列させることを特徴とする、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 A step of heat-treating a conjugated polymer having a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and an optically active substituent and an amide group in the side chain is included, and the heat treatment includes a step of heat-treating the conjugated polymer in the main chain or the side chain. A method for producing a metal-carbon hybrid material, which comprises arranging each part of metal and carbon substantially periodically in a planar geometrical and / or three-dimensional structure.

また、本発明の別の一実施形態において、本発明の製造方法は、以下であり得る。 Further, in another embodiment of the present invention, the production method of the present invention may be as follows.

主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する共役高分子を熱処理する工程を含む、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法であり、
前記含金属π共役高分子錯体構造が、芳香族炭化水素基および三重結合を有する含金属π共役高分子部位と金属錯体部位とを有し、
ここで、複数の前記共役高分子を、以下の(1)〜(4)で示す特徴の組み合わせにより整合して配列させることで、前記熱処理後に主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位を平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列させることを特徴とする、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法:
(1)前記含金属π共役高分子錯体構造における金属錯体部位の平面性、
(2)前記側鎖における光学活性置換基の存在、
(3)前記アミド基間の水素結合、および
(4)前記含金属π共役高分子部位における前記芳香族炭化水素基と前記三重結合間でのπ相互作用。
A method for producing a metal-carbon hybrid material, which comprises a step of heat-treating a conjugated polymer having a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and an optically active substituent and an amide group in the side chain.
The metal-containing π-conjugated polymer complex structure has a metal-containing π-conjugated polymer moiety having an aromatic hydrocarbon group and a triple bond and a metal complex moiety.
Here, by aligning the plurality of the conjugated polymers in accordance with the combination of the features shown in the following (1) to (4), each site of the metal and carbon in the main chain or the side chain after the heat treatment is performed. A method for producing a metal-carbon hybrid material, which comprises arranging the metal-carbon hybrid materials substantially periodically in plane geometry and / or three-dimensional structure:
(1) Flatness of the metal complex portion in the metal-containing π-conjugated polymer complex structure,
(2) Presence of optically active substituent in the side chain,
(3) Hydrogen bonds between the amide groups, and (4) π interaction between the aromatic hydrocarbon group and the triple bond at the metal-containing π-conjugated polymer moiety.

本発明の製造方法は、従来にはない簡便な方法であり、金属−炭素ハイブリッド材料の大量生産および/またはコストの低減を可能にするという効果を奏する。また、本発明の製造方法は、上述した通り、特定の構造を有する共役高分子を用いることにより、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列した炭化物を得ることができる。それ故、本発明の金属−炭素ハイブリッド材料は、触媒活性が改善されたり、新機能等が付加されたりする等の効果を奏することが期待される。 The manufacturing method of the present invention is a simple method that has never existed before, and has the effect of enabling mass production of a metal-carbon hybrid material and / or cost reduction. Further, in the production method of the present invention, as described above, by using a conjugated polymer having a specific structure, each part of the metal and carbon in the main chain or the side chain has a planar geometrical and / or three-dimensional structure. It is possible to obtain carbides arranged substantially periodically. Therefore, the metal-carbon hybrid material of the present invention is expected to exert effects such as improvement of catalytic activity and addition of new functions and the like.

〔2.共役高分子〕
本発明の一実施形態において、共役高分子は、主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する。
[2. Conjugated polymer]
In one embodiment of the present invention, the conjugated polymer has a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and an optically active substituent and an amide group in the side chain.

本発明の製造方法は、上記のような特徴的な構造を有する共役高分子を用いることにより、当該共役高分子を熱処理後に、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位を平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列させることを可能にする。 In the production method of the present invention, by using a conjugated polymer having the above-mentioned characteristic structure, after heat treatment of the conjugated polymer, each part of the metal and carbon in the main chain or the side chain is planar geometry. Allows for approximately periodic arrangement of targets and / or three-dimensional structures.

本明細書において、含金属π共役高分子錯体構造は、含金属π共役高分子部位と金属錯体部位とからなる構造を意味する。共役高分子が主鎖に特定の含金属π共役高分子錯体構造を有することにより、上記(1)(すなわち、共役高分子中の含金属π共役高分子錯体構造における金属錯体部位の平面性)が担保される。 In the present specification, the metal-containing π-conjugated polymer complex structure means a structure composed of a metal-containing π-conjugated polymer moiety and a metal complex moiety. Since the conjugated polymer has a specific metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain, the above (1) (that is, the flatness of the metal complex site in the metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the conjugated polymer). Is guaranteed.

本発明の一実施形態において、共役高分子は、以下で示す3つの部位からなる構造を有する。 In one embodiment of the present invention, the conjugated polymer has a structure consisting of the following three sites.

上記式(1)において、XおよびYが主鎖を、Zが側鎖を構成する。 In the above formula (1), X and Y form the main chain, and Z constitutes the side chain.

(含金属π共役高分子部位)
上記式(1)において、Yは、含金属π共役高分子部位である。
(Metal-containing π-conjugated polymer site)
In the above formula (1), Y is a metal-containing π-conjugated polymer moiety.

本明細書において、含金属π共役高分子部位は、金属を含むπ共役の高分子を意味する。共役高分子が特定の構造の含金属π共役高分子部位を有することにより、上記(4)(すなわち、共役高分子中の含金属π共役高分子部位における芳香族炭化水素基と三重結合間でのπ相互作用)が担保される。 In the present specification, the metal-containing π-conjugated polymer moiety means a π-conjugated polymer containing a metal. Since the conjugated polymer has a metal-containing π-conjugated polymer moiety having a specific structure, the above (4) (that is, between the aromatic hydrocarbon group and the triple bond in the metal-containing π-conjugated polymer moiety in the conjugated polymer Π interaction) is guaranteed.

本発明の一実施形態において、含金属π共役高分子部位は、金属元素および芳香族炭化水素基を含み、前記金属元素および前記芳香族炭化水素基が、一重結合および三重結合で連結されていることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the metal-containing π-conjugated polymer moiety contains a metal element and an aromatic hydrocarbon group, and the metal element and the aromatic hydrocarbon group are linked by a single bond and a triple bond. Is preferable.

本発明の一実施形態において、含金属π共役高分子部位は、例えば、以下の式(2)で示される構造である。 In one embodiment of the present invention, the metal-containing π-conjugated polymer moiety has, for example, a structure represented by the following formula (2).

上記式(2)において、Mは、金属元素である。 In the above formula (2), M is a metal element.

本発明の一実施形態において、金属元素は、第10属の遷移金属元素であればよく、例えば、白金、パラジウム、ニッケルであり、好ましくは、白金である。 In one embodiment of the present invention, the metal element may be a transition metal element of the tenth group, for example, platinum, palladium, nickel, and preferably platinum.

上記式(2)において、Aは、2価の芳香族炭化水素基である。 In the above formula (2), A is a divalent aromatic hydrocarbon group.

本発明の一実施形態において、上記2価の芳香族炭化水素基は、少なくとも一つの芳香族環を有する2価の炭化水素基であれば、特に限定されない。本発明の一実施形態において、芳香族炭化水素基は、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基、ピレニレン基、フェナントレニル基等であり、好ましくは、フェニレン基である。 In one embodiment of the present invention, the divalent aromatic hydrocarbon group is not particularly limited as long as it is a divalent hydrocarbon group having at least one aromatic ring. In one embodiment of the present invention, the aromatic hydrocarbon group is, for example, a phenylene group, a naphthylene group, an anthracenylene group, a pyrenylene group, a phenanthrenyl group or the like, and is preferably a phenylene group.

上記式(2)において、mは、例えば、1〜10であり、好ましくは、1〜3であり、より好ましくは、1である。 In the above formula (2), m is, for example, 1 to 10, preferably 1 to 3, and more preferably 1.

上記式(2)において、nは、例えば、1〜1000であり、好ましくは、10〜100である。 In the above formula (2), n is, for example, 1 to 1000, preferably 10 to 100.

(金属錯体部位)
上記式(1)において、Xは、金属錯体部位である。本明細書において、金属錯体部位は、含金属π共役高分子部位と錯体を形成する部位を意味する。
(Metal complex site)
In the above formula (1), X is a metal complex site. In the present specification, the metal complex site means a site forming a complex with a metal-containing π-conjugated polymer site.

本発明の一実施形態において、金属錯体部位は、含金属π共役高分子部位と錯体を形成し得る構造であり、少なくとも一つのピリジン環を有する構造であれば、特に限定されない。本発明の一実施形態において、金属錯体部位は、例えば、以下で示される構造である。 In one embodiment of the present invention, the metal complex moiety is a structure capable of forming a complex with the metal-containing π-conjugated polymer moiety, and is not particularly limited as long as it has a structure having at least one pyridine ring. In one embodiment of the invention, the metal complex site has, for example, the structure shown below.

(光学活性置換基およびアミド基)
上記式(1)において、Zは、光学活性置換基およびアミド基を有する部位である。
(Optically active substituent and amide group)
In the above formula (1), Z is a site having an optically active substituent and an amide group.

本明細書において、光学活性置換基とは、当分野で通常用いられる意味であり、光学活性な(旋光性を示す)置換基を表す。 As used herein, the term optically active substituent has the meaning commonly used in the art and represents an optically active (optically active) substituent.

本明細書において、アミド基とは、当分野で通常用いられる意味であり、カルボン酸とアミンとの脱水縮合により生成された化学結合を有する置換基を表す。共役高分子が側鎖にアミド基を有することにより、上記(3)(すなわち、共役高分子中のアミド基間の水素結合)が担保される。 As used herein, the amide group has a meaning commonly used in the art and represents a substituent having a chemical bond formed by dehydration condensation of a carboxylic acid and an amine. When the conjugated polymer has an amide group in the side chain, the above (3) (that is, a hydrogen bond between the amide groups in the conjugated polymer) is ensured.

本発明の一実施形態において、アミド基は、例えば、アミノ酸同士の結合(例えば、グリシンとアラニンとの結合、バリンとロイシンの結合)等に由来する置換基であり得る。 In one embodiment of the invention, the amide group can be, for example, a substituent derived from a bond between amino acids (eg, a bond between glycine and alanine, a bond between valine and leucine) and the like.

本発明の一実施形態において、Zは、光学活性置換基とアミド基とを有する構造であれば、特に限定されない。本発明の一実施形態において、Zは、例えば、以下で示される構造である。 In one embodiment of the present invention, Z is not particularly limited as long as it has a structure having an optically active substituent and an amide group. In one embodiment of the invention, Z is, for example, the structure shown below.

本発明の一実施形態において、Zは、さらに、主鎖とは反対側の末端に任意の置換基を有していてもよい。そのような置換基は、特に限定されないが、例えば、炭化水素基であり、例えば、脂肪族炭化水素基(例えば、炭素数1以上のアルキル基)、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基(例えば、単環式芳香族炭化水素基、多環式芳香族炭化水素基、縮合芳香族炭化水素基等を含む置換基)等である。炭化水素基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよい。また、炭化水素基の一部または全部の水素原子は、アルキル基、ハロゲン原子(塩素、フッ素、ヨウ素、または臭素)、酸素を含む置換基、窒素を含む置換基、リンを含む置換基、硫黄を含む置換基等で置換されていてもよい。 In one embodiment of the invention, Z may further have any substituent at the end opposite to the main chain. Such a substituent is not particularly limited, but is, for example, a hydrocarbon group, for example, an aliphatic hydrocarbon group (for example, an alkyl group having 1 or more carbon atoms), an alicyclic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon. A group (for example, a substituent containing a monocyclic aromatic hydrocarbon group, a polycyclic aromatic hydrocarbon group, a condensed aromatic hydrocarbon group, etc.) and the like. The hydrocarbon group may be linear or branched. In addition, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group are alkyl groups, halogen atoms (chlorine, fluorine, iodine, or bromine), oxygen-containing substituents, nitrogen-containing substituents, phosphorus-containing substituents, and sulfur. It may be substituted with a substituent containing.

本発明の一実施形態において、本発明の製造方法は、光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御する方法である。 In one embodiment of the present invention, the production method of the present invention is a method of controlling the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer by changing the enantiomeric excess of the optically active substituent. ..

本明細書において、光学活性置換基の鏡像体過剰率とは、当分野で通常用いられる意味であり、光学活性な化合物の光学純度を表す。 As used herein, the enantiomeric excess of an optically active substituent has the meaning commonly used in the art and represents the optical purity of an optically active compound.

光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御できるメカニズムとしては、共役高分子の側鎖に存在する光学活性置換基の鏡像体過剰率の相違により、上記共役高分子が二次構造を形成する際のねじれ方に変化が生じ、その結果、焼結後の立体構造にも変化が生じるためと考えられる。 As a mechanism that can control the matching arrangement of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer by changing the mirror image excess ratio of the optically active substituent, the optically active substituent existing in the side chain of the conjugated polymer is used. It is considered that the difference in the excess ratio of the mirror image causes a change in the twisting method when the conjugate polymer forms the secondary structure, and as a result, the three-dimensional structure after sintering also changes.

光学活性置換基の鏡像体過剰率を変える方法としては、特に限定されないが、例えば、共役高分子の合成時において、光学異性体の比率を変えて添加する方法が挙げられる。すなわち、本発明の一実施形態において、「光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御する」は、「共役高分子の合成時において、光学異性体の比率を変えて添加することにより、共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御する」と換言することができる。 The method for changing the enantiomeric excess of the optically active substituent is not particularly limited, and examples thereof include a method in which the ratio of optical isomers is changed and added at the time of synthesizing a conjugated polymer. That is, in one embodiment of the present invention, "controlling the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer by changing the enantiomer excess ratio of the optically active substituent" is "the conjugated polymer". By adding different ratios of optical isomers during the synthesis of the above, the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer is controlled. "

本発明の一実施形態において、共役高分子は、以下の式(1)で示される構造を有する。 In one embodiment of the present invention, the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (1).

(式中、
Xは、少なくとも一つのピリジン環を有する、金属錯体部位であり、
Yは、以下の式(2)で示される構造を有する、含金属π共役高分子部位であり、
(During the ceremony,
X is a metal complex site having at least one pyridine ring.
Y is a metal-containing π-conjugated polymer moiety having a structure represented by the following formula (2).

(式中、Mは、金属元素であり、Aは、2価の芳香族炭化水素基であり、mは、1〜10であり、およびnは、1〜1000である。)、および
Zは、光学活性置換基およびアミド基を有する部位である。)。
(In the formula, M is a metal element, A is a divalent aromatic hydrocarbon group, m is 1-10, and n is 1-1000), and Z. , A site having an optically active substituent and an amide group. ).

また、本発明の一実施形態において、共役高分子は、以下の式(3)で示される構造を有する。 Further, in one embodiment of the present invention, the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (3).

本発明の一実施形態において、上記の式(3)で示される構造を有する共役高分子は、ピリジン配位子型の主鎖に白金錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基であるアミド基を有する、フェニレンエチニレン系共役高分子と表現することもできる。 In one embodiment of the present invention, the conjugated polymer having the structure represented by the above formula (3) has a platinum complex structure in the main chain of the pyridine ligand type and an optically active substituent in the side chain. It can also be expressed as a phenylene ethynylene-based conjugated polymer having an amide group.

本発明の一実施形態において、共役高分子の製造方法は、特に限定されない。フェニレンエチニレン系共役高分子を例に挙げると、例えば、実施例に記載した以下のスキーム1により製造できる。 In one embodiment of the present invention, the method for producing a conjugated polymer is not particularly limited. Taking a phenylene ethynylene-based conjugated polymer as an example, it can be produced by, for example, the following scheme 1 described in Examples.

なお、上記のスキーム1において、化合物1および化合物2は、Y. Otaki et al., Chem. Lett. 45, 937, 2016に従って合成することができる。 In addition, in the above scheme 1, compound 1 and compound 2 can be synthesized according to Y. Otaki et al., Chem. Lett. 45, 937, 2016.

本発明の一実施形態において、共役高分子は、粉末の形態であってもよく、フィルムの形態であってもよい。目的に応じて、適宜使い分けることが可能である。 In one embodiment of the invention, the conjugated polymer may be in the form of a powder or a film. It can be used properly according to the purpose.

〔3.熱処理(焼結)〕
本発明の製造方法において、熱処理温度、昇温速度、雰囲気ガス、圧力等の熱処理の条件は、目的に応じて、適宜設定することができる。すなわち、熱処理の条件は、本発明の製造方法において、共役高分子を熱処理後に、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列した炭化物を得ることができるような条件であればよい。
[3. Heat treatment (sintering)]
In the production method of the present invention, heat treatment conditions such as heat treatment temperature, temperature rise rate, atmospheric gas, and pressure can be appropriately set according to the purpose. That is, the conditions of the heat treatment are that, in the production method of the present invention, after the conjugated polymer is heat-treated, each part of the metal and carbon in the main chain or the side chain is substantially periodic in planar geometry and / or three-dimensional structure. The conditions may be such that the carbides arranged in the above can be obtained.

本発明の一実施形態において、焼結条件における熱処理温度は、例えば、300℃〜1300℃であり、好ましくは、900℃である。 In one embodiment of the present invention, the heat treatment temperature under sintering conditions is, for example, 300 ° C. to 1300 ° C., preferably 900 ° C.

本発明の一実施形態において、焼結条件における昇温速度は、例えば、1℃/分〜100℃/分であり、好ましくは、10℃/分である。 In one embodiment of the present invention, the heating rate under sintering conditions is, for example, 1 ° C./min to 100 ° C./min, preferably 10 ° C./min.

本発明の一実施形態において、焼結条件における雰囲気ガスは、例えば、Ar、H、O、He等であり、好ましくは、Arである。 In one embodiment of the present invention, the atmospheric gas under the sintering conditions is, for example, Ar, H 2 , O 2 , He, etc., preferably Ar.

本発明の一実施形態において、焼結条件は、例えば、実施例に記載した焼結条件であり得る(熱処理温度:900℃、昇温速度:10℃/分、雰囲気ガス:Ar)。 In one embodiment of the present invention, the sintering conditions may be, for example, the sintering conditions described in the examples (heat treatment temperature: 900 ° C., heating rate: 10 ° C./min, atmospheric gas: Ar).

〔4.金属−炭素ハイブリッド材料〕
本発明の一実施形態において、本発明の製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料(以下、「本発明の金属−炭素ハイブリッド材料」と称する。)を提供する。
[4. Metal-carbon hybrid material]
In one embodiment of the present invention, the metal-carbon hybrid material obtained by the production method of the present invention (hereinafter, referred to as “the metal-carbon hybrid material of the present invention”) is provided.

本発明の製造方法は、上述した通り、特定の構造を有する共役高分子を用いることにより、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位が平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列した炭化物を得ることができる。それ故、本発明の金属−炭素ハイブリッド材料は、触媒活性が改善されたり、新機能等が付加されたりする等の効果を奏することが期待される。 As described above, in the production method of the present invention, by using a conjugated polymer having a specific structure, each part of the metal and carbon in the main chain or the side chain has a planar geometrical and / or three-dimensional structure. Carbides arranged substantially periodically can be obtained. Therefore, the metal-carbon hybrid material of the present invention is expected to exert effects such as improvement of catalytic activity and addition of new functions and the like.

本発明の一実施形態において、上記新機能としては、例えば、生成物の選択性の向上等が挙げられる。 In one embodiment of the present invention, the new function includes, for example, improvement of product selectivity.

また、上述の通り、本発明の製造方法は、光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御する方法でもある。したがって、そのような製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料もまた、触媒活性が改善されたり、新機能等が付加されたりする等の効果を奏することが期待される。 Further, as described above, the production method of the present invention is also a method of controlling the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer by changing the enantiomeric excess of the optically active substituent. Therefore, the metal-carbon hybrid material obtained by such a production method is also expected to have effects such as improvement of catalytic activity and addition of new functions and the like.

本発明の製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料は、本発明の製造方法を用いて得られる、金属および炭素を含む複合体であれば特に限定されない。金属−炭素ハイブリッド材料としては、例えば、金属ナノ粒子、炭素繊維強化金属、炭素繊維被覆材等が挙げられる。 The metal-carbon hybrid material obtained by the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a composite containing metal and carbon obtained by the production method of the present invention. Examples of the metal-carbon hybrid material include metal nanoparticles, carbon fiber reinforced metal, carbon fiber coating material, and the like.

本発明の製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料は、例えば、工業プラント、自動車産業、航空・宇宙基材、建築・土木資材、スポーツ・レジャー用品等の種々の分野で使用され得る。 The metal-carbon hybrid material obtained by the production method of the present invention can be used in various fields such as industrial plants, automobile industry, aerospace base materials, construction / civil engineering materials, sports / leisure goods, and the like.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

〔測定機器〕
1H(400 MHz)NMR、13C(100 MHz)NMRおよび31P(162 MHz)スペクトルは、JEOL LNM-ECS400 spectometer(JEOL社製)およびJEOL JNM-ECZ400 spectrometer(JEOL社製)を用いて測定した。数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)および分散比(D)は、SEC [(Shodex KF-805L×3, JASCO RI-4030, JASCO UV-4075, JASCO PU-4180, JASCO DG-980-50, CO-4060, LC-NetII/ADC, AS-2055 Plus, TSK gel <α-M, GMHXL, THF溶液, ポリスチレン換算>)および(Shodex KF-805L×3, JASCO RI-930, JASCO UV-2075 Plus, JASCO PU-980, JASCO DG-980-50, CO-965, TSK gel <α-M, GMHXL, DMF溶液, ポリスチレン換算>)を用いて測定した。TGA測定は、島津熱重量測定装置TGA-50を用いて、アルゴン気流下で測定した。また、熱処理による共役高分子の炭化物の合成の際に、当該装置を使用した。ラマンスペクトルは、3D顕微レーザーラマン分光装置Nanofiber30(東京インスツルメンツ製)およびNRS-5100型レーザーラマン分光光度計(日本分光社製)を用いて測定した。XPS測定は、PHI 5000 Versa Probe III(アルバック・ファイ社製)を用いて測定した。XRDは、D2 Phaser (BRUKER社製)を用いて測定した((線源は、CuKa線)。FE−SEMは、JSM-6330FII(JEOL社製)を用いて測定した。
〔measuring equipment〕
1 H (400 MHz) NMR, 13 C (100 MHz) NMR and 31 P (162 MHz) spectra were measured using the JEOL LNM-ECS400 spectometer (JEOL) and JEOL JNM-ECZ400 spectrometer (JEOL). did. The number average molecular weight (M n ), weight average molecular weight (M w ) and dispersion ratio (D) are SEC [(Shodex KF-805L × 3, JASCO RI-4030, JASCO UV-4075, JASCO PU-4180, JASCO DG). -980-50, CO-4060, LC-NetII / ADC, AS-2055 Plus, TSK gel <α-M, GMHXL, THF solution, polystyrene conversion>) and (Shodex KF-805L × 3, JASCO RI-930, Measurement was performed using JASCO UV-2075 Plus, JASCO PU-980, JASCO DG-980-50, CO-965, TSK gel <α-M, GMHXL, DMF solution, polystyrene conversion>). The TGA measurement was performed under an argon air flow using the Shimadzu thermogravimetric analyzer TGA-50. In addition, the device was used in the synthesis of carbides of conjugated polymers by heat treatment. The Raman spectrum was measured using a 3D microlaser Raman spectroscope Nanofiber30 (manufactured by Tokyo Instruments) and an NRS-5100 type laser Raman spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation). XPS measurement was performed using PHI 5000 Versa Probe III (manufactured by ULVAC-PHI). XRD was measured using a D2 Phaser (manufactured by BRUKER) ((source is CuKa line). FE-SEM was measured using JSM-6330FII (manufactured by JEOL).

〔試薬〕
市販品は、特に記載のない限り、精製せずに用いた。Ar下での反応で用いた溶媒は、モレキュラシーブス 4A 1/16(和光純薬工業社製)を加えて脱水し、Arガスバブリングにより脱気したものを用いた。
〔reagent〕
Commercially available products were used without purification unless otherwise specified. The solvent used in the reaction under Ar was dehydrated by adding Molecular Sieves 4A 1/16 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and degassed by Ar gas bubbling.

〔器具〕
白金パンφ6×2.5nmを使用した。共役高分子の焼結に使用した白金パンは、電気炉を用いて、室温から1000℃(昇温速度=10℃/分)まで昇温させ、1000℃で1時間加熱することで再度使用した。
[Instrument]
A platinum pan φ6 × 2.5 nm was used. The platinum pan used for sintering the conjugated polymer was used again by raising the temperature from room temperature to 1000 ° C. (heating rate = 10 ° C./min) and heating at 1000 ° C. for 1 hour using an electric furnace. ..

〔画像解析〕
画像解析には、画像解析ソフトImage J(米国国立衛生研究所NIHにて公開、バージョン1.51)を用いて、粒径の大きさを求めた。条件としては、粒子と判別できるものは全て測定し、15nm(倍率20000)より小さい粒子を切り捨てた。また、形がいびつなものは、回転楕円体とした時の長軸と短軸の比(アスペクト比)が2を超えるものは切り捨てた。
[Image analysis]
For image analysis, the size of the particle size was determined using image analysis software Image J (published by the National Institutes of Health NIH, version 1.51). As a condition, all particles that could be identified as particles were measured, and particles smaller than 15 nm (magnification 20000) were truncated. In addition, those with a distorted shape were truncated if the ratio (aspect ratio) of the major axis to the minor axis when the spheroid was formed was more than 2.

[フェニレンエチニレン系共役高分子の合成]
以下のスキーム1に従って、フェニレンエチニレン系共役高分子(以下、単に「共役高分子」と称する。)を合成した。なお、下記スキーム1中、化合物1および化合物2は、Y. Otaki et al., Chem. Lett. 45, 937, 2016に従って合成した。
[Synthesis of phenylene ethynylene-based conjugated polymer]
A phenylene ethynylene-based conjugated polymer (hereinafter, simply referred to as “conjugated polymer”) was synthesized according to Scheme 1 below. In Scheme 1 below, Compound 1 and Compound 2 were synthesized according to Y. Otaki et al., Chem. Lett. 45, 937, 2016.

反応容器内に、1(44.9mg、0.11mol)、2(58.8mg、0.11mol)およびCuI(2.1mg、0.011mol)を仕込み、脱気およびアルゴン置換後、シリンジで塩化メチレン(5.5ml)およびジイソプロピルアミン(5.5ml)を加えた。次いで、上記混合物を、室温で6時間反応させた。反応終了後、ロータリーエバポレーターで溶媒を留去した。重合混合物を少量のクロロホルムに溶解させ、大量のヘキサンに投入した。得られた沈殿を濾別し、橙色の固体として共役高分子を得た(91.2mg、95.5%)。
IR (KBr tablet method): 1618, 1652, 2107, 24.89, 2566, 2722, 2759, 2853, 2925, 2963, 3054, 3310, 3674, 3744. 1H-NMR (400 MHz,CDCl3): δ 0.86-1.49 (m, 44H, 2×-C(CH3)3, -CH(CH3)-, -NHCH2(CH2)10CH3, 3.08-3.42 (m, 2H, -NHCH2-), 4.66-4.69 (br, 1H, >CH-), 7.00-7.03 (br, 2H, 2×-NH-), 7.41-7.99 (br, 7H, Ar), 9.59-9.63 (br, 2H, Ar). Mn 6,500, D 1.7 (determined by SEC eluted with DMF calibrated by polystyrene standards), Mn 2,400, D 1.1 (determined by SEC eluted with THF calibrated by polystyrene standards).
[共役高分子の炭化物の合成]
共役高分子20mgをPtパン内に入れ、TGA-50/50Hを用いて、Ar雰囲気下で室温から900℃まで昇温(昇温速度=10℃/分)し、反応させた。反応終了後、やや光沢のある黒色固体を得た(焼結後の質量/焼結前の質量=5.8/15.6×100=収量37%)。得られた炭化物をデシケーターで脱気し、Ar封入を行い、保存した。
1 (44.9 mg, 0.11 mol), 2 (58.8 mg, 0.11 mol) and CuI (2.1 mg, 0.011 mol) were charged in the reaction vessel, degassed and replaced with argon, and then chloride with a syringe. Methylene (5.5 ml) and diisopropylamine (5.5 ml) were added. The mixture was then reacted at room temperature for 6 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off with a rotary evaporator. The polymerization mixture was dissolved in a small amount of chloroform and charged into a large amount of hexane. The resulting precipitate was filtered off to give a conjugated polymer as an orange solid (91.2 mg, 95.5%).
IR (KBr tablet method): 1618 , 1652, 2107, 24.89, 2566, 2722, 2759, 2853, 2925, 2963, 3054, 3310, 3674, 3744. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3): δ 0.86- 1.49 (m, 44H, 2 × -C (CH 3 ) 3 , -CH (CH 3 )-, -NHCH 2 (CH 2 ) 10 CH 3 , 3.08-3.42 (m, 2H, -NHCH 2- ), 4.66 -4.69 (br, 1H,> CH-), 7.00-7.03 (br, 2H, 2 × -NH-), 7.41-7.99 (br, 7H, Ar), 9.59-9.63 (br, 2H, Ar). Mn 6,500, D 1.7 (determined by SEC tablets with DMF calibrated by polystyrene standards), Mn 2,400, D 1.1 (determined by SEC tablets with THF calibrated by polystyrene standards).
[Synthesis of carbides of conjugated polymers]
20 mg of the conjugated polymer was placed in a Pt pan, and the temperature was raised from room temperature to 900 ° C. (heating rate = 10 ° C./min) in an Ar atmosphere using TGA-50 / 50H to react. After completion of the reaction, a slightly glossy black solid was obtained (mass after sintering / mass before sintering = 5.8 / 15.6 × 100 = yield 37%). The obtained carbide was degassed with a desiccator, sealed with Ar, and stored.

[TGA測定]
上記〔測定機器〕に記載の機器を用いて、焼結中の共役高分子のTGAを測定した。結果を図1に示す。
[TGA measurement]
The TGA of the conjugated polymer being sintered was measured using the equipment described in the above [Measuring equipment]. The results are shown in FIG.

図1より、300℃から400℃まで昇温した際に、質量が大きく減少していることが見出された。これは、上記共役高分子が、分子内にアミド基、ピリジン等の窒素や酸素のヘテロ原子を多く含み、焼結中に熱分解揮発成分が発生して、質量残渣が小さくなったと考えられる。 From FIG. 1, it was found that the mass was significantly reduced when the temperature was raised from 300 ° C. to 400 ° C. It is considered that the conjugated polymer contains a large amount of nitrogen and oxygen heteroatoms such as amide groups and pyridines in the molecule, and pyrolysis volatile components are generated during sintering, resulting in a small mass residue.

[ラマンスペクトル測定]
上記〔測定機器〕に記載の機器を用いて、焼結前後の共役高分子のラマンスペクトルを測定した。結果を図2に示す。
[Raman spectrum measurement]
The Raman spectrum of the conjugated polymer before and after sintering was measured using the equipment described in the above [Measuring equipment]. The results are shown in FIG.

図2より、焼結前後で、ラマンピークの変化が明確に観察された。具体的には、焼結後には、グラフェン型炭素材料に特有なDおよびGバンドがそれぞれ1300および1600cm−1付近に観測され、炭素のネットワークの形成が示唆された。また、C−C伸縮振動または非結晶性炭素に帰属されるDバンドの強度が、結晶性炭素のC=C伸縮振動に帰属されるGバンドに比べて大きかったことから、アルキル基の残存や格子欠陥の存在が示唆された。 From FIG. 2, changes in Raman peak were clearly observed before and after sintering. Specifically, after sintering, D and G bands peculiar to graphene-type carbon materials were observed near 1300 and 1600 cm -1, respectively, suggesting the formation of a carbon network. Further, since the strength of the D band attributed to CC stretching vibration or non-crystalline carbon was higher than that of the G band attributed to C = C stretching vibration of crystalline carbon, the residual alkyl group and The existence of lattice defects was suggested.

[XPS測定]
上記〔測定機器〕に記載の機器を用いて、焼結前後の共役高分子のXPSを測定した。結果を図3に示す。
[XPS measurement]
The XPS of the conjugated polymer before and after sintering was measured using the equipment described in the above [Measuring equipment]. The results are shown in FIG.

図3より、焼結前に存在していた窒素のピークが、焼結後には消滅していることから、上記共役高分子内のアミド基およびピリジンが熱分解によって分解されていることが示唆された。 From FIG. 3, the peak of nitrogen that existed before sintering disappeared after sintering, suggesting that the amide group and pyridine in the conjugated polymer are decomposed by thermal decomposition. It was.

[XRD]
上記〔測定機器〕に記載の機器を用いて、焼結前後の共役高分子のXRDを測定した。結果を図4および5に示す。
[XRD]
The XRD of the conjugated polymer before and after sintering was measured using the equipment described in the above [Measuring equipment]. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

図4および5より、焼結前に観察されなかった白金由来の5本の回折ピーク(2θ=40.2、46.7、68.1、81.9、86.4°、それぞれ2.2、1.9、1.4、1.2、1.1Åに対応)が焼結後には観察され、(111)、(200)、(220)、(311)、(222)と帰属される。これにより、焼結後の白金粒子は、面心立方構造を形成していることが示唆された。 From FIGS. 4 and 5, five diffraction peaks derived from platinum that were not observed before sintering (2θ = 40.2, 46.7, 68.1, 81.9, 86.4 °, 2.2 each). (Corresponding to 1.9, 1.4, 1.2, 1.1 Å) is observed after sintering and is attributed to (111), (200), (220), (311), (222). .. This suggests that the sintered platinum particles form a face-centered cubic structure.

[FE−SEM]
上記〔測定機器〕に記載の機器を用いて、焼結前後の共役高分子のFE−SEMを測定した。なお、表面観察の倍率は、20000倍で行った。結果を図6および7に示す。
[FE-SEM]
The FE-SEM of the conjugated polymer before and after sintering was measured using the equipment described in the above [Measuring equipment]. The magnification of surface observation was 20000 times. The results are shown in FIGS. 6 and 7.

図6および7より、焼結前に観察されなかった白金粒子が、焼結後には表面全体に確認できた。また、焼結後の共役高分子の炭化物の粒子の平均直径は、50nmであった。 From FIGS. 6 and 7, platinum particles that were not observed before sintering could be confirmed on the entire surface after sintering. The average diameter of the carbide particles of the conjugated polymer after sintering was 50 nm.

すなわち、焼結後には、白金原子同士が凝集し、白金粒子を形成していることが示唆された。 That is, it was suggested that after sintering, platinum atoms aggregated to form platinum particles.

本発明の製造方法は、金属−炭素ハイブリッド材料の大量生産および/またはコストの低減を可能にするため、金属−炭素ハイブリッド材料が使用される種々の分野(例えば、工業プラント、自動車産業、航空・宇宙基材、建築・土木資材、スポーツ・レジャー用品等)において、好適に利用することができる。また、本発明の製造方法により製造された金属−炭素ハイブリッド材料は、触媒活性の改善、新機能の付加等の効果が見込まれるため、新規の金属−炭素ハイブリッド材料として、種々の分野で好適に利用することができる。 The manufacturing methods of the present invention enable mass production and / or cost reduction of metal-carbon hybrid materials in various fields in which metal-carbon hybrid materials are used (eg, industrial plants, automobile industry, aviation and aviation. It can be suitably used in space base materials, construction / civil engineering materials, sports / leisure goods, etc.). Further, since the metal-carbon hybrid material produced by the production method of the present invention is expected to have effects such as improvement of catalytic activity and addition of new functions, it is suitable as a new metal-carbon hybrid material in various fields. It can be used.

Claims (8)

主鎖に含金属π共役高分子錯体構造を有し、かつ、側鎖に光学活性置換基およびアミド基を有する共役高分子を熱処理する工程を含むことを特徴とする、金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 A metal-carbon hybrid material comprising a step of heat-treating a conjugated polymer having a metal-containing π-conjugated polymer complex structure in the main chain and an optically active substituent and an amide group in the side chain. Production method. 前記熱処理により、主鎖または側鎖中の金属および炭素の各部位を平面幾何学的および/または三次元構造的に略周期的に配列させることを特徴とする、請求項1に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 The metal according to claim 1, wherein each portion of the metal and carbon in the main chain or the side chain is arranged substantially periodically in planar geometry and / or three-dimensional structure by the heat treatment. Method of manufacturing carbon hybrid material. 前記光学活性置換基の鏡像体過剰率を変えることにより、前記共役高分子における主鎖および側鎖の各部位の整合配列を制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 The metal according to claim 1 or 2, characterized in that the matching sequence of each site of the main chain and the side chain in the conjugated polymer is controlled by changing the enantiomeric excess of the optically active substituent. Manufacturing method of carbon hybrid material. 前記共役高分子が、以下の式(1)で示される構造を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法:
(式中、
Xは、少なくとも一つのピリジン環を有する、金属錯体部位であり、
Yは、以下の式(2)で示される構造を有する、含金属π共役高分子部位であり、
(式中、Mは、金属元素であり、Aは、2価の芳香族炭化水素基であり、mは、1〜10であり、およびnは、1〜1000である。)、および
Zは、光学活性置換基およびアミド基を有する部位である。)。
The method for producing a metal-carbon hybrid material according to any one of claims 1 to 3, wherein the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (1):
(During the ceremony,
X is a metal complex site having at least one pyridine ring.
Y is a metal-containing π-conjugated polymer moiety having a structure represented by the following formula (2).
(In the formula, M is a metal element, A is a divalent aromatic hydrocarbon group, m is 1-10, and n is 1-1000), and Z. , A site having an optically active substituent and an amide group. ).
前記共役高分子が、以下の式(3)で示される構造を有することを特徴とする、請求項4に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法:
(式中、nは、1〜1000である。)。
The method for producing a metal-carbon hybrid material according to claim 4, wherein the conjugated polymer has a structure represented by the following formula (3).
(In the formula, n is 1 to 1000.).
前記熱処理する工程が、前記共役高分子を、Ar雰囲気下で室温から900℃まで昇温させることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 The production of the metal-carbon hybrid material according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat treatment step raises the temperature of the conjugated polymer from room temperature to 900 ° C. in an Ar atmosphere. Method. 前記金属−炭素ハイブリッド材料が、金属ナノ粒子である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属−炭素ハイブリッド材料の製造方法。 The method for producing a metal-carbon hybrid material according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal-carbon hybrid material is metal nanoparticles. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法により得られた金属−炭素ハイブリッド材料。 A metal-carbon hybrid material obtained by the production method according to any one of claims 1 to 7.
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