JP2024042658A - Method for producing oxo-acid metal salt - Google Patents

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裕 永田
Yutaka Nagata
順二 秋本
Junji Akimoto
智彦 中島
Tomohiko Nakajima
邦光 片岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an oxo-acid metal salt having high degree of freedom in material design and excellent mass productivity.
SOLUTION: A method for producing an oxo-acid metal salt includes a step of making an oxo-acid salt react with an alkali-free metal salt in a solvent containing water and/or alcohol to obtain a precipitate, and recovering the obtained precipitate by solid-liquid separation, and a step of heat-treating the recovered precipitate at a temperature of 50°C or higher and 1600°C or lower to obtain a heat-treated product. The oxo-acid salt is either one or both of an oxo-acid alkali metal salt and an oxo-acid ammonium salt. The metal element contained in the alkali-free metal salt is at least one kind selected from the group consisting of a typical element, a transition element, and a rare earth element. The final pKa of the conjugate acid of the anion of the alkali-free metal salt is 7.0 or less. The reaction is carried out at a temperature of 0°C or higher and less than 100°C under a pressure of 0.8 atm or more and 1.2 atm or less.
SELECTED DRAWING: Figure 1
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Description

本発明は、オキソ酸金属塩の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an oxoacid metal salt.

オキソ酸金属塩は、オキソ酸から生じるイオンを構成イオンとして含む金属塩であり、典型的にはリン酸金属塩が挙げられる。オキソ酸金属塩は、電池、圧電素子、及び蛍光素子を含む幅広い分野で使用されている。また、水熱合成法、高温固相合成法、又はゾルゲル法などの手法でオキソ酸金属塩を合成することが従来から提案されている。 The oxoacid metal salt is a metal salt containing as a constituent ion an ion generated from an oxoacid, and typically includes a phosphate metal salt. Oxoacid metal salts are used in a wide variety of fields including batteries, piezoelectric devices, and fluorescent devices. Furthermore, it has been proposed in the past to synthesize oxoacid metal salts by methods such as hydrothermal synthesis, high-temperature solid-phase synthesis, or sol-gel method.

例えば、非特許文献1には、リチウムイオン電池のLiMnPO系正極材料の製造方法がまとめられており、ゾルゲル法、固相法、水熱合成法、スプレー熱分解法、及びポリオール合成法が紹介されている(非特許文献1の第21~38頁)。非特許文献2には、高性能固体電解質LiZrSiPO12の合成に関して、NASICON型超イオン導電体NaZrSiPO12のNaをイオン交換することが開示されている(非特許文献2の要約)。 For example, Non-Patent Document 1 summarizes the manufacturing methods of LiMnPO4- based positive electrode materials for lithium ion batteries, and introduces the sol-gel method, solid phase method, hydrothermal synthesis method, spray pyrolysis method, and polyol synthesis method. (Non-patent Document 1, pages 21-38). Non-Patent Document 2 discloses ion exchange of Na in NASICON type superionic conductor Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 with respect to the synthesis of high performance solid electrolyte Li 3 Zr 2 Si 2 PO 12 ( (Summary of Non-Patent Document 2).

非特許文献3には、オルトリン酸ガリウム(GaPO)単結晶を水熱合成すること、GaPO単結晶は圧電特性を示す有望な材料であることが開示されている(非特許文献3の要約、第275頁左欄)。非特許文献4には、Ce3+やTb3+をドープしたLaPOをゾルゲル法とエレクトロスピニング法を組み合わせた手法で合成すること、LaPO:Ce3+,Tb3+蛍光材料は高い光強度を示すことが開示されている(非特許文献4の要約)。 Non-Patent Document 3 discloses that gallium orthophosphate (GaPO 4 ) single crystal is hydrothermally synthesized and that GaPO 4 single crystal is a promising material exhibiting piezoelectric properties (Summary of Non-Patent Document 3 , p. 275, left column). Non-Patent Document 4 describes that LaPO 4 doped with Ce 3+ or Tb 3+ is synthesized by a method combining a sol-gel method and an electrospinning method, and that LaPO 4 :Ce 3+ , Tb 3+ fluorescent material exhibits high light intensity. is disclosed (Summary of Non-Patent Document 4).

また特許文献1には、LiMPO(M=Mn、Fe、Co、Ni)の製造方法として、水溶性金属塩に対して水溶性Li塩とリン酸を多量に加える溶液合成方法が開示されている。 Furthermore, Patent Document 1 discloses a solution synthesis method in which a large amount of water-soluble Li salt and phosphoric acid are added to a water-soluble metal salt as a method for producing LiMPO 4 (M=Mn, Fe, Co, Ni). There is.

特許第5245084号公報Patent No. 5245084

T.A. Wani, et al., Journal of Energy Storage, 44 (2021) 103307T.A. Wani, et al., Journal of Energy Storage, 44 (2021) 103307 L. Zhu, et al., Science Advances, 8, eabj7698 (2022) 18 March 2022L. Zhu, et al., Science Advances, 8, eabj7698 (2022) 18 March 2022 S. Hirano et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 62, 275-278 (1989)S. Hirano et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 62, 275-278 (1989) Z. Hou, et al., Journal of Solid State Chemistry, 182 (2009), 698-708Z. Hou, et al., Journal of Solid State Chemistry, 182 (2009), 698-708

このように、オキソ酸金属塩の開発が各分野で進められているものの、いずれの材料も水熱合成や高温合成といったコストが高く且つ複雑な手法で製造されている。そのため合成や均一反応が困難な場合があり、材料設計性に劣るという問題がある。 As described above, although the development of oxoacid metal salts is progressing in various fields, all materials are manufactured using expensive and complicated methods such as hydrothermal synthesis and high-temperature synthesis. Therefore, synthesis and homogeneous reaction may be difficult, resulting in poor material design.

例えば、非特許文献1で開示されるゾルゲル法は、アルコキシド原料などの高価な原料を用いる必要があり、量産性に劣る。非特許文献2で提案されるNaからLiへのアルカリ金属イオン交換法では、予めNa型の固体電解質を作製するとともに過剰のLi塩を用いる必要がある。その上、工程時間が長く、量産性に乏しいという問題がある。固相法では原料を高温焼成する必要があるため、得られた材料が粗粒化しやすい。また反応が不均一化しやすく、複数の金属元素置換反応では副生成物が生じやすいという問題がある。水熱法は、オートクレーブ等の高価で複雑な装置を用いる必要があり、量産性に劣る。さらに特許文献1に開示される製造方法では、過剰の原料を使用するため、コスト面で課題がある。このように、従来の手法では、材料の物質設計性と量産性を両立させることは困難であった。 For example, the sol-gel method disclosed in Non-Patent Document 1 requires the use of expensive raw materials such as alkoxide raw materials, and is inferior in mass productivity. In the alkali metal ion exchange method from Na to Li proposed in Non-Patent Document 2, it is necessary to prepare an Na-type solid electrolyte in advance and use an excess of Li salt. Furthermore, there are problems in that the process time is long and mass productivity is poor. In the solid-phase method, the raw material must be fired at a high temperature, so the resulting material tends to become coarse grained. In addition, there is a problem that the reaction tends to be non-uniform, and by-products are likely to be produced in the reaction of replacing multiple metal elements. The hydrothermal method requires the use of expensive and complicated equipment such as an autoclave, and is inferior in mass productivity. Furthermore, the manufacturing method disclosed in Patent Document 1 uses excessive raw materials, which poses a problem in terms of cost. As described above, with conventional methods, it has been difficult to achieve both material designability and mass production.

本発明者らは、このような従来の問題点に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、アルカリ非含有金属塩のアニオンの共役酸の酸解離定数とオキソ酸の酸解離定数の差による酸塩基反応を利用することで、物質設計の自由度が高いとともに量産性に優れた方法でオキソ酸金属塩を得ることができるとの知見を得た。 The present inventors conducted extensive studies in view of such conventional problems. As a result, by utilizing the acid-base reaction caused by the difference between the acid dissociation constant of the conjugate acid and the acid dissociation constant of the oxoacid of the anion of the alkali-free metal salt, a method with a high degree of freedom in material design and excellent mass production. We found that oxoacid metal salts can be obtained by

本発明は、このような知見に基づき完成されたものであり、物質設計の自由度が高いとともに量産性に優れた、オキソ酸金属塩の製造方法の提供を課題とする。 The present invention was completed based on such knowledge, and an object of the present invention is to provide a method for producing an oxoacid metal salt, which has a high degree of freedom in material design and is excellent in mass productivity.

本発明は、下記(1)~(6)の態様を包含する。なお本明細書において、「~」なる表現は、その両端の値を含む。すなわち「X~Y」は「X以上Y以下」と同義である。 The present invention encompasses the following aspects (1) to (6). In this specification, the expression "to" includes both ends of the expression. In other words, "X to Y" is synonymous with "X or more and Y or less."

(1)オキソ酸金属塩の製造方法であって、
オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩を水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で反応させて沈殿物を得、得られた沈殿物を固液分離にて回収する工程、及び
回収した前記沈殿物を50℃以上1600℃以下の温度で熱処理して熱処理物を得る工程、を含み、
前記オキソ酸塩は、オキソ酸アルカリ金属塩及びオキソ酸アンモニウム塩のいずれか一方又は両方であり、
前記アルカリ非含有金属塩に含まれる金属元素は、典型元素、遷移元素、及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記アルカリ非含有金属塩は、そのアニオンの共役酸の最終pKaが7.0以下であり、
前記反応を0.8気圧以上1.2気圧以下の圧力下で0℃以上100℃未満の温度で行う、方法。
(1) A method for producing an oxoacid metal salt, comprising:
A step of reacting an oxoacid salt and an alkali-free metal salt in a solvent containing water and/or alcohol to obtain a precipitate, and recovering the obtained precipitate by solid-liquid separation, and the recovered precipitate. A step of heat-treating at a temperature of 50°C or more and 1600°C or less to obtain a heat-treated product,
The oxo acid salt is either or both of an oxo acid alkali metal salt and an oxo acid ammonium salt,
The metal element contained in the alkali-free metal salt is at least one selected from the group consisting of typical elements, transition elements, and rare earth elements,
The alkali-free metal salt has a final pKa of the conjugate acid of its anion of 7.0 or less,
A method in which the reaction is carried out at a temperature of 0°C or more and less than 100°C under a pressure of 0.8 atm or more and 1.2 atm or less.

(2)前記オキソ酸塩は、その水素数xが0以上2以下であり、前記アルカリ非含有金属塩は、硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、及びカルボン酸塩からなる群から選択される少なくとも一種である、上記(1)の方法。 (2) The oxoacid salt has a hydrogen number x of 0 or more and 2 or less, and the alkali-free metal salt is at least one selected from the group consisting of nitrates, halides, sulfates, and carboxylates. The method of (1) above.

(3)前記熱処理をアルゴン(Ar)及び/又は水素(H)ガス雰囲気下で行い、それにより前記沈殿物を還元する、上記(2)の方法。 (3) The method of (2) above, wherein the heat treatment is performed in an argon (Ar) and/or hydrogen (H 2 ) gas atmosphere, thereby reducing the precipitate.

(4)前記オキソ酸塩は、その水素数xが0超であり、前記熱処理を行い、それにより前記沈殿物を脱水する、上記(2)の方法。 (4) The method of (2) above, wherein the oxoacid salt has a hydrogen number x greater than 0, and the heat treatment is performed to dehydrate the precipitate.

(5)前記オキソ酸塩は、その水素数xが0超であり、前記熱処理を酸化性ガス雰囲気下で行い、それにより前記沈殿物を酸化する、上記(2)の方法。 (5) The method of (2) above, wherein the oxoacid salt has a hydrogen number x greater than 0, and the heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere, thereby oxidizing the precipitate.

(6)前記オキソ酸金属塩は、誘電体材料、発光材料、固体電解質材料、光学材料、磁性材料、電気伝導性材料、半導体材料、電気絶縁性材料、熱電変換材料、構造材料、耐熱材料、生体材料、及び触媒からなる群から選択される少なくとも一種である、上記(1)~(5)のいずれかの方法。 (6) The oxoacid metal salt may be a dielectric material, a luminescent material, a solid electrolyte material, an optical material, a magnetic material, an electrically conductive material, a semiconductor material, an electrically insulating material, a thermoelectric conversion material, a structural material, a heat-resistant material, The method according to any one of (1) to (5) above, wherein the material is at least one selected from the group consisting of biomaterials and catalysts.

本発明によれば、物質設計の自由度が高いとともに量産性に優れた、オキソ酸金属塩の製造方法が提供される。 According to the present invention, a method for producing an oxoacid metal salt is provided, which has a high degree of freedom in material design and is excellent in mass productivity.

オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例1及び2)。1 shows XRD profiles of oxoacid metal salts (Examples 1 and 2). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例3及び4)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 3 and 4). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例5及び6)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 5 and 6). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例7及び8)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 7 and 8). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例9及び10)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 9 and 10). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例11及び12)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 11 and 12). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例13及び14)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 13 and 14). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例15~17)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 15 to 17). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例18及び19)。1 shows XRD profiles of oxoacid metal salts (Examples 18 and 19). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例20)。The XRD profile of oxoacid metal salt is shown (Example 20). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例21及び22)。The XRD profiles of oxoacid metal salts are shown (Examples 21 and 22). オキソ酸金属塩のXRDプロファイルを示す(実施例23)。The XRD profile of oxoacid metal salt is shown (Example 23). オキソ酸金属塩のPLスペクトルを示す(実施例4)。The PL spectrum of oxoacid metal salt is shown (Example 4). オキソ酸金属塩のPLスペクトルを示す(実施例5及び6)。1 shows PL spectra of oxoacid metal salts (Examples 5 and 6).

本発明の具体的実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 A specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

<<1.オキソ酸金属塩の製造方法>>
本実施形態は、オキソ酸金属塩の製造方法を対象とする。オキソ酸金属塩は、オキソ酸から生じるイオン(アニオン)と金属イオン(カチオン)から構成される塩である。またオキソ酸は、中心原子に酸素が結合するとともに、その酸素原子の全部または一部に水素原子が結合し、この水素原子がプロトン(H)として解離してオキソアニオンとなる化合物である。チタン酸、ジルコン酸、アルミン酸、ゲルマン酸、ニッケル酸など、金属元素と酸素から成るアニオンを形成するものもオキソ酸に分類される。
<<1. Manufacturing method of oxoacid metal salt >>
This embodiment is directed to a method for producing an oxoacid metal salt. Oxoacid metal salts are salts composed of ions (anions) and metal ions (cations) generated from oxoacids. Further, an oxoacid is a compound in which oxygen is bonded to a central atom and a hydrogen atom is bonded to all or part of the oxygen atom, and this hydrogen atom is dissociated as a proton (H + ) to form an oxoanion. Oxoacids that form an anion consisting of a metal element and oxygen, such as titanic acid, zirconic acid, aluminic acid, germanic acid, and nickelic acid, are also classified as oxoacids.

オキソ酸金属塩は、電池、圧電素子、及び蛍光素子を含む幅広い分野で使用されている。例えば、Li1+xAlZr2-x(PO(0≦x≦1)、Li1+xAlTi2-x(PO(0≦x≦1)、Li1+xAlGe2-x(PO(0≦x≦1)、及び2[Li1+xTiSi3-x12]・AlPO(0≦x≦1)は、イオン伝導度が高く、固体電解質材料として使用されている。また、Ga1-xPO(MはAl、Fe、及び/又はMn、0≦x≦0.5)は圧電材料として知られている。さらにLaPO、LaPO:Ce,Tb、LiSrPO:Eu、Li(Sr,Mg)PO:Eu、NaMgPO:Eu、(Nd1-xGd1/3Zr(PO(0≦x≦1)、(Sr,Ba,Ca)10(POCl12:Euは蛍光材料として知られている。 Oxoacid metal salts are used in a wide variety of fields including batteries, piezoelectric devices, and fluorescent devices. For example, Li 1+x Al x Zr 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦1), Li 1+x Al x Ti 2-x (PO 4 ) 3 (0≦x≦1), Li 1+x Al x Ge 2 -x (PO 4 ) 3 (0≦x≦1) and 2[Li 1+x Ti 2 Si x P 3-x O 12 ]・AlPO 4 (0≦x≦1) have high ionic conductivity and are solid Used as an electrolyte material. Further, Ga 1-x M x PO 4 (M is Al, Fe, and/or Mn, 0≦x≦0.5) is known as a piezoelectric material. Furthermore, LaPO 4 , LaPO 4 :Ce, Tb, LiSrPO 4 :Eu, Li(Sr,Mg)PO 4 :Eu, NaMgPO 4 :Eu, (Nd 1-x Gd x ) 1/3 Zr 2 (PO 4 ) 3 (0≦x≦1), (Sr, Ba, Ca) 10 (PO 4 ) 6 Cl 12 :Eu is known as a fluorescent material.

本実施形態が対象とするオキソ酸金属塩の用途は特に限定されない。オキソ酸金属塩として、例えば、誘電体材料、発光材料、固体電解質材料、光学材料、磁性材料、電気伝導性材料、半導体材料、電気絶縁性材料、熱電変換材料、構造材料、耐熱材料、生体材料、及び触媒からなる群から選択される少なくとも一種が例示される。またオキソ酸金属塩は、正極活物質以外の材料であってもよい。 The use of the oxoacid metal salt targeted by this embodiment is not particularly limited. Examples of oxoacid metal salts include dielectric materials, luminescent materials, solid electrolyte materials, optical materials, magnetic materials, electrically conductive materials, semiconductor materials, electrically insulating materials, thermoelectric conversion materials, structural materials, heat-resistant materials, and biomaterials. At least one selected from the group consisting of , and a catalyst is exemplified. Further, the oxoacid metal salt may be a material other than the positive electrode active material.

本実施形態の製造方法は、オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩を水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で反応させて沈殿物を得、得られた沈殿物を固液分離にて回収する工程(反応回収工程)、及び回収した前記沈殿物を50℃以上1600℃以下の温度で熱処理して熱処理物を得る工程(熱処理工程)、を含む。各工程について以下に詳細に説明する。 The production method of this embodiment involves reacting an oxoacid salt and an alkali-free metal salt in a solvent containing water and/or alcohol to obtain a precipitate, and recovering the obtained precipitate by solid-liquid separation. (reaction recovery step), and a step (heat treatment step) of heat-treating the collected precipitate at a temperature of 50° C. or higher and 1600° C. or lower to obtain a heat-treated product. Each step will be explained in detail below.

<反応回収工程>
反応回収工程では、オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩を溶媒中で反応させる。ここでオキソ酸塩は、オキソ酸アルカリ金属塩及びオキソ酸アンモニウム塩のいずれか一方又は両方である。すなわちアルカリ金属及び/又はアンモニウム(以下、「A」と総称する)のオキソ酸塩である。またアルカリ非含有金属塩は、アルカリ金属以外の金属、またはその化合物や錯体(以下、「B成分」と呼ぶ)を含む塩である。この反応は、アルカリ非含有金属塩のアニオンの共役酸の酸解離定数とオキソ酸の酸解離定数の差による酸塩基反応である。反応の際にオキソ酸塩に含まれるアルカリ金属イオン又はアンモニウムイオン(A)とアルカリ非含有金属塩に含まれるB成分のイオン(Bn+)との交換が起こる。そしてそれに伴い、B成分のオキソ酸金属塩、またはその水和物を含む沈殿物が生成する。
<Reaction recovery process>
In the reaction recovery step, the oxoacid salt and the alkali-free metal salt are reacted in a solvent. Here, the oxoacid salt is either one or both of an oxoacid alkali metal salt and an oxoacid ammonium salt. That is, it is an oxoacid salt of an alkali metal and/or ammonium (hereinafter collectively referred to as "A"). The alkali-free metal salt is a salt containing a metal other than an alkali metal, or a compound or complex thereof (hereinafter referred to as "B component"). This reaction is an acid-base reaction due to the difference between the acid dissociation constant of the conjugate acid of the anion of the alkali-free metal salt and the acid dissociation constant of the oxoacid. During the reaction, an exchange occurs between the alkali metal ion or ammonium ion (A + ) contained in the oxoacid salt and the ion (B n+ ) of the B component contained in the alkali-free metal salt. As a result, a precipitate containing the oxoacid metal salt of the B component or its hydrate is formed.

例えば、オキソ酸塩がアルカリ金属Aのリン酸塩(A3-xPO)である場合、リン酸塩(A3-xPO)とn価金属Bの塩(Bn+-塩)を、モル比で1:yの割合で、溶媒中で混合すると、下記(1)式に示すように、リン酸金属塩(A3-x-nyPO)が生成するとともに、副生成物としてアルカリ金属Aの塩(A-塩)が生成する。 For example, when the oxoacid salt is a phosphate of alkali metal A (A 3-x H x PO 4 ), phosphate (A 3-x H x PO 4 ) and a salt of n-valent metal B (B n+ - salt) in a solvent at a molar ratio of 1:y, the metal phosphate salt (A 3-x-ny B y H x PO 4 ) is mixed as shown in the following formula (1). At the same time, a salt of alkali metal A (A + -salt) is produced as a by-product.

Figure 2024042658000002
Figure 2024042658000002

上記(1)式の右辺において、リン酸金属塩(A3-x-nyPO)は難溶性であるため、溶媒中で沈殿物となる。一方で副生物(A-塩)は易溶性であるため、溶媒に溶解している。したがって、後続する回収工程で溶媒から沈殿物を固液分離により回収することで、沈殿物たるリン酸金属塩(A3-x-nyPO)またはその水和物を得ることができる。なお、実際に得られる生成物では、その成分元素の量が化学式から偏移することがある。例えば、酸素(O)量が化学式上の値から欠乏する場合がある。本実施形態では、成分元素量が化学式上の値から偏移した場合も包含する。 On the right side of the above formula (1), the metal phosphate (A 3-x-ny B y H x PO 4 ) is poorly soluble and therefore forms a precipitate in the solvent. On the other hand, the by-product (A + -salt) is easily soluble and is therefore dissolved in the solvent. Therefore, by recovering the precipitate from the solvent by solid-liquid separation in the subsequent recovery step, the precipitate metal phosphate (A 3-x-ny B y H x PO 4 ) or its hydrate can be obtained. Can be done. In addition, in the product actually obtained, the amounts of the component elements may deviate from the chemical formula. For example, the amount of oxygen (O) may be deficient from the value in the chemical formula. This embodiment also includes cases where the component element amounts deviate from the values in the chemical formula.

オキソ酸塩は、目的とするオキソ酸金属塩を構成するオキソ酸の原料である。オキソ酸塩に含まれるオキソ酸は、製造されるオキソ酸金属塩の種類に応じて選択すればよい。オキソ酸は無機酸であってよく、あるいは有機酸であってもよい。またチタン酸、ジルコン酸、アルミン酸、ゲルマン酸、及び/又はニッケル酸などの金属オキソ酸であってもよい。オキソ酸として、リン酸、ケイ酸、ホウ酸、硫酸、炭酸、カルボン酸、硝酸、及び金属酸等が挙げられ、このなかでも、リン酸、ケイ酸、ホウ酸、硫酸、アルミン酸、チタン酸、ジルコン酸、ゲルマン酸、バナジン酸、モリブデン酸、タングステン酸及びこれらの複合酸からなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。またオキソ酸塩は、オキソ酸アルカリ金属塩及びオキソ酸アンモニウム塩のいずれか一方又は両方である。オキソ酸塩がオキソ酸アルカリ金属塩である場合には、アルカリ金属として、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、及びカリウム(K)からなる群から選択される少なくとも一種が好ましく、リチウム(Li)及びナトリウム(Na)の一方又は両方が特に好ましい。特に、アルカリ金属を含むオキソ酸金属塩の合成を目的とする場合には、そのアルカリ金属を選択すればよい。 The oxo acid salt is a raw material for the oxo acid that constitutes the desired oxo acid metal salt. The oxo acid contained in the oxo acid salt may be selected depending on the type of oxo acid metal salt to be produced. The oxoacid may be an inorganic acid or an organic acid. It may also be a metal oxoacid such as titanic acid, zirconic acid, aluminic acid, germanic acid, and/or nickelic acid. Examples of oxoacids include phosphoric acid, silicic acid, boric acid, sulfuric acid, carbonic acid, carboxylic acid, nitric acid, and metal acids, among which phosphoric acid, silicic acid, boric acid, sulfuric acid, aluminic acid, and titanic acid At least one selected from the group consisting of , zirconic acid, germanic acid, vanadic acid, molybdic acid, tungstic acid, and complex acids thereof is preferred. Further, the oxo acid salt is either or both of an oxo acid alkali metal salt and an oxo acid ammonium salt. When the oxo acid salt is an oxo acid alkali metal salt, the alkali metal is preferably at least one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), and potassium (K); and sodium (Na), or both are particularly preferred. In particular, when the purpose is to synthesize an oxoacid metal salt containing an alkali metal, the alkali metal may be selected.

オキソ酸塩は水素を含まなくてもよい。あるいは水素を含む水素塩であってもよい。好ましくは、オキソ酸塩の水素数は0以上2以下である。水素数が過剰に大きい場合にはアルカリ金属及びアンモニア(A)の量が少なくなるため、反応の際にB成分との交換反応が起こり難くなる。水素数は0以上1以下であってよく、ゼロ(0)であってもよい。 The oxoacid salt may be hydrogen-free. Alternatively, it may be a hydrogen salt containing hydrogen. Preferably, the number of hydrogen atoms in the oxoacid salt is 0 or more and 2 or less. If the number of hydrogen atoms is excessively large, the amounts of alkali metal and ammonia (A) will decrease, making it difficult for the exchange reaction with component B to occur during the reaction. The number of hydrogens may be 0 or more and 1 or less, and may be zero (0).

所望の最終生成物(オキソ酸金属塩)が得られる限り、オキソ酸塩の配合量は特に限定されない。しかしながら、配合量が過度に少ないと、所望の最終生成物を得ることが困難になる恐れがある。また配合量が過度に多いと、余剰原料が多くなるため、コスト増につながる恐れがある。オキソ酸塩の配合量は、オキソ酸金属塩を得る上で必要となる量(当量)に対して、0.7倍以上1.3倍以下が好ましく、0.8倍以上1.2倍以下がより好ましく、0.9倍以上1.1倍以下がさらに好ましい。 The amount of the oxoacid salt to be blended is not particularly limited as long as the desired final product (oxoacid metal salt) can be obtained. However, if the amount is too small, it may be difficult to obtain the desired final product. Moreover, if the blending amount is excessively large, there will be a large amount of surplus raw materials, which may lead to an increase in costs. The blending amount of the oxo acid salt is preferably 0.7 times or more and 1.3 times or less, and 0.8 times or more and 1.2 times or less, relative to the amount (equivalent) required to obtain the oxo acid metal salt. is more preferable, and even more preferably 0.9 times or more and 1.1 times or less.

アルカリ非含有金属塩は、目的とするオキソ酸金属塩を構成する金属の原料である。アルカリ非含有金属塩に含まれる金属元素は、アルカリ金属以外の典型元素、遷移元素、及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも一種である。ここで典型元素は、周期表の第1族、第2族、及び第12~18族の元素である。遷移元素は、周期表の第3族元素から12族元素の間に存在する元素である。希土類元素は、原子番号21のスカンジウム(Sc)、原子番号39のイットリウム(Y)、及び原子番号57のランタン(La)~原子番号71のルテチウム(Lu)からなる群を構成する元素の総称である。金属元素は、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)、錫(Sn)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)、タリウム(Tl)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、ポロニウム(Po)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジウム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)からなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。またアルカリ非含有金属塩は、金属以外の成分、例えば半金属元素を含んでもよい。具体的には、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、及び/又はテルル(Te)を含んでもよい。 The alkali-free metal salt is a raw material for the metal constituting the desired oxoacid metal salt. The metal element contained in the alkali-free metal salt is at least one selected from the group consisting of typical elements other than alkali metals, transition elements, and rare earth elements. Here, typical elements are elements of Groups 1, 2, and 12 to 18 of the periodic table. A transition element is an element that exists between Group 3 elements and Group 12 elements in the periodic table. Rare earth elements are a general term for elements that make up the group consisting of scandium (Sc) with atomic number 21, yttrium (Y) with atomic number 39, and lanthanum (La) with atomic number 57 to lutetium (Lu) with atomic number 71. be. Examples of metal elements include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), and niobium (Nb). , tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn) , aluminum (Al), gallium (Ga), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In), tin (Sn), rhenium (Re) , osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), thallium (Tl), lead (Pb), bismuth (Bi), polonium (Po), lanthanum (La), cerium (Ce) , praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er) , thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). The alkali-free metal salt may also contain components other than metals, such as metalloid elements. Specifically, it may contain boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), and/or tellurium (Te).

本実施形態において、アルカリ非含有金属塩は、そのアニオンの共役酸の最終pKaが7.0以下に限定される。ここでpKaは、室温(25℃)下での水溶液中の酸解離定数(Ka)の負の常用対数(-log10Ka)である。また最終pKaは、アニオンの共役酸の最終段階での電離(最大解離段)における酸解離定数である。すなわち、電離が1段階のみ起こる場合には、その電離段階における酸解離定数である。また電離が多段階で起こる場合には、最終電離段階(最大解離段)における酸解離定数である。例えば、アニオンの共役酸がpK1のみをもつときには、これが最終pKaに相当する。一方でアニオンの共役酸がpK1、pK2、及びpK3をもつときには、pK3が最終pKaに相当する。 In this embodiment, the alkali-free metal salt is limited to a final pKa of the conjugate acid of its anion of 7.0 or less. Here, pKa is the negative common logarithm (-log 10 Ka) of the acid dissociation constant (Ka) in an aqueous solution at room temperature (25° C.). Further, the final pKa is the acid dissociation constant at the final stage of ionization (maximum dissociation stage) of the conjugate acid of the anion. That is, when ionization occurs in only one step, it is the acid dissociation constant in that ionization step. In addition, when ionization occurs in multiple stages, it is the acid dissociation constant at the final ionization stage (maximum dissociation stage). For example, when the conjugate acid of the anion has only pK1, this corresponds to the final pKa. On the other hand, when the conjugate acid of the anion has pK1, pK2, and pK3, pK3 corresponds to the final pKa.

最終pKaが7.0以下の条件で反応させることで、オキソ酸塩に含まれるA成分イオン(アルカリ金属イオン及び/又はアンモニウムイオン;A)とアルカリ非含有金属塩に含まれるB成分イオン(Bn+)の交換が起こり、これにより所望組成のオキソ酸金属塩を得ることができる。例えば、オキソ酸がリン酸である場合、リン酸の第二pKaは7.2である。したがって、アルカリ非含有金属塩のアニオンの共役酸の最終pKaが7.0以下であれば、このアニオンがAPOの2つのアルカリ金属Aと塩を形成しやすくなる。そのためアルカリ金属AとB成分の交換反応が起こり易くなる。これに対して最終pKaが7.0超であると、アニオンとアルカリ金属Aの塩が形成し難くなる。最終pKaは7.0以下であれば、特に限定されない。 By reacting under conditions where the final pKa is 7.0 or less, component A ions (alkali metal ions and/or ammonium ions; A + ) contained in the oxoacid salt and component B ions (alkali metal ions and/or ammonium ions; A + ) contained in the alkali-free metal salt B n+ ) exchange takes place, thereby making it possible to obtain an oxoacid metal salt with a desired composition. For example, when the oxoacid is phosphoric acid, the second pKa of phosphoric acid is 7.2. Therefore, if the final pKa of the conjugate acid of the anion of the alkali-free metal salt is 7.0 or less, this anion will easily form a salt with the two alkali metals A of A 3 PO 4 . Therefore, the exchange reaction between the alkali metal A and B components is likely to occur. On the other hand, if the final pKa is more than 7.0, it becomes difficult to form a salt of the anion and the alkali metal A. The final pKa is not particularly limited as long as it is 7.0 or less.

最終pKaが7.0以下である限り、アルカリ非含有金属塩は、無機塩であってもよく、あるいは有機塩であってもよい。具体的な金属塩は、硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、及びカルボン酸塩からなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。ハロゲン化物として、塩化物、フッ化物、臭化物、ヨウ化物、及び/又はアスタチン化物などが挙げられる。最終pKaは、オキソ酸金属塩中にアルカリ金属またはアンモニウムが残存する場合は2以上7以下が好ましく、2以上5以下がより好ましい。オキソ酸金属塩中にアルカリ金属またはアンモニウム塩が残存しない場合は5以下が好ましく、2以下がより好ましく、0以下がさらに好ましい。最終pKaが過度に小さいと、反応が早すぎるため副生物が生じる場合がある。なお各種化合物のpKaを下記表1にまとめて示す。また、pKaが過度に小さい場合も、滴下などにより、反応速度をコントロールすることで副生物の生成を抑制することができる。 The alkali-free metal salt may be an inorganic salt or an organic salt as long as the final pKa is 7.0 or less. The specific metal salt is preferably at least one selected from the group consisting of nitrates, halides, sulfates, and carboxylates. Examples of halides include chloride, fluoride, bromide, iodide, and/or astatinide. When an alkali metal or ammonium remains in the oxoacid metal salt, the final pKa is preferably 2 or more and 7 or less, more preferably 2 or more and 5 or less. When no alkali metal or ammonium salt remains in the oxoacid metal salt, the ratio is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, and even more preferably 0 or less. If the final pKa is too small, the reaction may occur too quickly and by-products may be generated. Note that the pKa of various compounds are summarized in Table 1 below. Furthermore, even if the pKa is excessively small, the production of by-products can be suppressed by controlling the reaction rate by dropping or the like.

Figure 2024042658000003
Figure 2024042658000003

所望の最終生成物(オキソ酸金属塩)が得られる限り、アルカリ非含有金属塩の配合量は特に限定されない。しかしながら、配合量が過度に少ないと、所望の最終生成物を得ることが困難になる恐れがある。また配合量が過度に多いと、余剰原料が多くなるため、コスト増につながる恐れがある。アルカリ非含有金属塩の配合量は、オキソ酸金属塩を得る上で必要となる量(当量)に対して、0.7倍以上1.3倍以下が好ましく、0.8倍以上1.2倍以下がより好ましく、0.9倍以上1.1倍以下がさらに好ましい。 The amount of the alkali-free metal salt blended is not particularly limited as long as the desired final product (oxo acid metal salt) can be obtained. However, if the amount is too small, it may be difficult to obtain the desired final product. Moreover, if the blending amount is excessively large, there will be a large amount of surplus raw materials, which may lead to an increase in costs. The blending amount of the alkali-free metal salt is preferably 0.7 times or more and 1.3 times or less, and 0.8 times or more and 1.2 times the amount (equivalent) required to obtain the oxoacid metal salt. It is more preferably 0.9 times or more and 1.1 times or less.

反応は、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で行う。溶媒は水であってよく、アルコールであってよく、あるいは水及びアルコールの混合溶媒であってもよい。溶媒がアルコールである場合には、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、及び/又はエチレングリコール等が好ましい。 The reaction is carried out in a solvent containing water and/or alcohol. The solvent may be water, alcohol, or a mixed solvent of water and alcohol. When the solvent is alcohol, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, and/or ethylene glycol are preferred.

所望のオキソ酸金属塩が得られる限り、オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩の反応手法は限定されない。しかしながら、好適にはオキソ酸塩を含む溶媒とアルカリ非含有金属塩を含む溶媒を別個に作製し、後者(アルカリ非含有金属塩を含む溶媒)を前者(オキソ酸塩を含む溶媒)に滴下する。反応の過度に早い進行が抑制されるため、均一な反応生成物を得ることができる。また均一反応を促すため溶媒を撹拌したり、あるいは金属の酸化を防ぐためアルゴン(Ar)などの不活性ガスを用いたバブリングを行ったりしてもよい。 As long as the desired oxoacid metal salt can be obtained, the reaction method of the oxoacid salt and the alkali-free metal salt is not limited. However, preferably the solvent containing the oxoacid salt and the solvent containing the alkali-free metal salt are prepared separately, and the latter (the solvent containing the alkali-free metal salt) is added dropwise to the former (the solvent containing the oxoacid salt). . Since excessively rapid progress of the reaction is suppressed, a uniform reaction product can be obtained. Further, the solvent may be stirred to promote a uniform reaction, or bubbling may be performed using an inert gas such as argon (Ar) to prevent oxidation of the metal.

反応は、0.8気圧以上1.2気圧以下の圧力下0℃以上100℃未満の範囲内の温度で行う。本実施形態の製造方法によれば、水熱合成で必要とされるオートクレーブ等の高価で複雑な装置を用いる必要なく、常温及び常圧近傍の条件で反応を行うことが可能である。そのため、所望のオキソ酸金属塩を量産性よく得ることができる。圧力は0.9気圧以上1.1気圧以下が好ましく、0.95気圧以上1.05気圧以下がより好ましい。また反応温度が過度に低いと、必要とされる反応時間が長くなり、サイクルタイムが長時間化する恐れがある。一方で反応温度が過度に高いと、反応が急速に進行して、所望組成のオキソ酸金属塩を得る上で制御が困難になる恐れがある。反応温度は5℃以上80℃以下が好ましく、10℃以上60℃以下がより好ましい。 The reaction is carried out at a temperature in the range of 0° C. or more and less than 100° C. under a pressure of 0.8 atm or more and 1.2 atm or less. According to the production method of this embodiment, it is possible to carry out the reaction at room temperature and near normal pressure without using expensive and complicated equipment such as an autoclave that is required in hydrothermal synthesis. Therefore, the desired oxoacid metal salt can be obtained with good mass productivity. The pressure is preferably 0.9 atm or more and 1.1 atm or less, more preferably 0.95 atm or more and 1.05 atm or less. Furthermore, if the reaction temperature is too low, the required reaction time becomes longer, and there is a possibility that the cycle time becomes longer. On the other hand, if the reaction temperature is too high, the reaction may proceed rapidly, making it difficult to control the production of the oxoacid metal salt having the desired composition. The reaction temperature is preferably 5°C or higher and 80°C or lower, more preferably 10°C or higher and 60°C or lower.

次に、オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩との反応により得られた沈殿物を溶媒から固液分離により回収する。これによりオキソ酸金属塩、またはその水和物からなる沈殿物を溶媒及び副生物から分離回収できる。沈殿物の回収は、ろ過、及び遠心分離等の固液分離手法で行えばよい。また副生物をより確実に除去するために、回収後の沈殿物を洗浄してもよい。洗浄は、回収した沈殿物の上に、水及び/又はアルコールを注ぐ手法や、回収した沈殿物を水及び/又はアルコールに分散させた後に再度回収する手法が挙げられる。 Next, the precipitate obtained by the reaction of the oxoacid salt with the non-alkali-containing metal salt is recovered from the solvent by solid-liquid separation. This allows the precipitate consisting of the oxoacid metal salt or its hydrate to be separated and recovered from the solvent and by-products. The precipitate can be recovered by solid-liquid separation techniques such as filtration and centrifugation. In order to more reliably remove the by-products, the recovered precipitate may be washed. Examples of washing techniques include pouring water and/or alcohol onto the recovered precipitate, or dispersing the recovered precipitate in water and/or alcohol and then recovering it again.

<熱処理工程>
熱処理工程では、得られた沈殿物を熱処理して熱処理物(オキソ酸金属塩)を得る。熱処理により沈殿物の結晶性が向上する。また沈殿物が水和している場合には、沈殿物の脱水化を促すことができる。
<Heat treatment process>
In the heat treatment step, the obtained precipitate is heat-treated to obtain a heat-treated product (oxoacid metal salt). Heat treatment improves the crystallinity of the precipitate. Further, when the precipitate is hydrated, dehydration of the precipitate can be promoted.

熱処理温度は、50℃以上1600℃以下に限定される。温度が過度に低いと、結晶化、及び脱水化が不十分になる恐れがある。一方で温度が過度に高いと、最終的に得られる熱処理物(オキソ酸金属塩)の粒成長が進行して特性が劣化する恐れがある。熱処理温度は100℃以上1000℃以下が好ましく、200℃以上800℃以下がより好ましく、300℃以上700℃以下がさらに好ましい。熱処理時間は1時間以上100時間以下が好ましく、2時間以上50時間以下がより好ましく、3時間以上20時間以下がさらに好ましい。 The heat treatment temperature is limited to 50°C or higher and 1600°C or lower. If the temperature is too low, crystallization and dehydration may become insufficient. On the other hand, if the temperature is excessively high, grain growth of the finally obtained heat-treated product (oxoacid metal salt) may progress and the properties may deteriorate. The heat treatment temperature is preferably 100°C or more and 1000°C or less, more preferably 200°C or more and 800°C or less, and even more preferably 300°C or more and 700°C or less. The heat treatment time is preferably 1 hour or more and 100 hours or less, more preferably 2 hours or more and 50 hours or less, and even more preferably 3 hours or more and 20 hours or less.

制御された雰囲気下で熱処理することで、沈殿物の還元が可能である。具体的には、熱処理をアルゴン(Ar)及び/又は水素(H)ガス雰囲気下で行い、それにより沈殿物を還元することができる。沈殿物を還元することで、これから酸素の一部が除去される。例えば、沈殿物がアルカリ金属AとB成分のリン酸塩化合物(A3-nyPO)からなる場合、この沈殿物をアルゴン(Ar)ガス雰囲気下900℃で熱処理すると、下記(2)式に示すように、B成分が還元されて酸素(O)が脱離する。 Reduction of the precipitate is possible by heat treatment in a controlled atmosphere. Specifically, the heat treatment can be performed in an argon (Ar) and/or hydrogen (H 2 ) gas atmosphere, thereby reducing the precipitate. By reducing the precipitate, some of the oxygen is removed from it. For example, when a precipitate is composed of a phosphate compound (A 3-ny B y PO 4 ) of alkali metals A and B, if this precipitate is heat-treated at 900°C in an argon (Ar) gas atmosphere, the following (2) ), the B component is reduced and oxygen (O 2 ) is eliminated.

Figure 2024042658000004
Figure 2024042658000004

また沈殿物が水素塩である場合には、沈殿物の脱水が可能である。具体的には、オキソ酸塩の水素数xが0超である場合、熱処理を行い、それにより沈殿物を脱水することができる。例えば、沈殿物がアルカリ金属Aと成分Bのリン酸水素塩化合物(A3-x-nyPO)である場合、この沈殿物を900℃で熱処理すると、下記(3)式に示すように、化合物に含まれる水素と酸素の一部とが反応して水(HO)となって脱離し、それによりリン酸金属塩(A3-x-nyPO4-x/2)を得ることができる。 Further, when the precipitate is a hydrogen salt, the precipitate can be dehydrated. Specifically, when the hydrogen number x of the oxoacid salt is more than 0, heat treatment can be performed to dehydrate the precipitate. For example, when the precipitate is a hydrogen phosphate compound of alkali metal A and component B (A 3-x-ny B y H x PO 4 ), if this precipitate is heat-treated at 900°C, the following formula (3) is obtained. As shown in , hydrogen contained in the compound reacts with a portion of oxygen to become water (H 2 O) and is eliminated, thereby forming a metal phosphate salt (A 3-x-ny B y PO 4- x/2 ) can be obtained.

Figure 2024042658000005
Figure 2024042658000005

より具体的には、アルカリ金属Aがリチウム(Li)であり、B成分がジルコニル(ZrO)である場合、沈殿物たるリチウムジルコニルリン酸水素塩(Li(ZrO)(PO)を熱処理すると、下記(4)式に示すように、リン酸水素塩に含まれる水素とジルコニルの酸素とが反応して水(HO)となって脱離し、その結果、リン酸リチウムジルコニウム(LiZr(PO)が生成する。このリン酸リチウムジルコニウムは、NASICON型リン酸金属塩であり、固体電解質として有用である。 More specifically, when the alkali metal A is lithium (Li) and the B component is zirconyl (ZrO), the precipitate lithium zirconyl hydrogen phosphate (Li(ZrO) 2 H 4 (PO 4 ) 3 ), as shown in equation (4) below, the hydrogen contained in hydrogen phosphate reacts with the oxygen in zirconyl to become water (H 2 O) and desorb, and as a result, lithium phosphate Zirconium (LiZr 2 (PO 4 ) 3 ) is produced. This lithium zirconium phosphate is a NASICON type metal phosphate and is useful as a solid electrolyte.

Figure 2024042658000006
Figure 2024042658000006

さらに熱処理を所定雰囲気下で行うことで、沈殿物の酸化が可能である。具体的には、オキソ酸アルカリ金属塩の水素数xが0超である場合、熱処理を酸化性ガス雰囲気下で行い、それにより沈殿物を酸化することができる。酸化性ガスとして、酸素(O)、高酸素(O)分圧ガス、及び/又は空気を用いればよい。例えば、沈殿物がアルカリ金属AとB成分のリン酸水素塩化合物(A3-x-nyPO)である場合、この沈殿物を酸素(O)雰囲気下900℃で熱処理すると、下記(5)式に示すように、水素と酸素とが反応して水(HO)となって脱離する。そしてその結果、B成分の一部または全部が酸化されたリン酸金属塩が得られる。 Furthermore, the precipitate can be oxidized by performing heat treatment under a predetermined atmosphere. Specifically, when the hydrogen number x of the oxoacid alkali metal salt is more than 0, the heat treatment can be performed in an oxidizing gas atmosphere, thereby oxidizing the precipitate. Oxygen (O 2 ), high oxygen (O 2 ) partial pressure gas, and/or air may be used as the oxidizing gas. For example, when the precipitate is a hydrogen phosphate compound (A 3-x-ny B y H x PO 4 ) of alkali metals A and B, the precipitate is heat-treated at 900°C in an oxygen (O 2 ) atmosphere. Then, as shown in the following equation (5), hydrogen and oxygen react to become water (H 2 O) and are eliminated. As a result, a metal phosphate salt in which part or all of component B is oxidized is obtained.

Figure 2024042658000007
Figure 2024042658000007

<後処理工程>
必要に応じて、熱処理物に、解砕や分級等の後処理を施してもよい。解砕は、アトライタやボールミル等の公知の解砕機を用いて行えばよい。また分級は、篩分級や気流分級等の公知の分級機を用いて行えばよい。
<Post-processing process>
If necessary, the heat-treated product may be subjected to post-treatments such as crushing and classification. The crushing may be performed using a known crusher such as an attritor or a ball mill. Further, the classification may be performed using a known classifier such as a sieve classifier or an air classifier.

このようにして、オキソ酸金属塩を得ることができる。本実施形態の製造方法によれば、常温及び常圧近傍の条件で溶液法によりオキソ酸金属塩を合成するため、量産性に優れた手法でオキソ酸金属塩を得ることができる。また複数の金属塩を用いることで、元素置換を容易に行うことができる。さらに熱処理時の還元、脱水及び酸化も組成設計や雰囲気制御により可能となるため、物質設計性に優れるという特長がある。 In this way, an oxoacid metal salt can be obtained. According to the manufacturing method of the present embodiment, the oxo-acid metal salt is synthesized by a solution method under conditions near normal temperature and normal pressure, so the oxo-acid metal salt can be obtained by a method with excellent mass productivity. Furthermore, by using a plurality of metal salts, element substitution can be easily performed. Furthermore, since reduction, dehydration, and oxidation during heat treatment can be performed by compositional design and atmosphere control, it has the advantage of excellent material designability.

本発明を、以下の実施例を用いて更に詳細に説明する。しかしながら本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail using the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)オキソ酸金属塩の作製
[実施例1]
NaPO水溶液を撹拌しながらNaPOに対して1当量のGa(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。これによりGaPOまたはその水和物からなる沈殿物が生成した。得られた沈殿物をろ過により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末にアルゴン(Ar)雰囲気下900℃で6時間の熱処理を施して熱処理物たるGaPOを得た。
(1) Preparation of oxoacid metal salt [Example 1]
While stirring the Na 3 PO 4 aqueous solution, a Ga(NO 3 ) 3 aqueous solution in an amount of 1 equivalent to Na 3 PO 4 was added dropwise, and the mixture was stirred overnight at room temperature. This produced a precipitate consisting of GaPO 4 or its hydrate. The obtained precipitate was collected by filtration, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 6 hours in an argon (Ar) atmosphere to obtain GaPO 4 as a heat-treated product.

[実施例2]
Ga(NO水溶液の代わりに、NaPOに対して0.5当量のGa(NOと0.5当量のAl(NOの混合水溶液を用いた。それ以外は実施例1と同様の操作を行ってAl0.5Ga0.5POを得た。
[Example 2]
Instead of the Ga(NO 3 ) 3 aqueous solution, a mixed aqueous solution of 0.5 equivalent of Ga(NO 3 ) 3 and 0.5 equivalent of Al(NO 3 ) 3 with respect to Na 3 PO 4 was used. Other than that, the same operation as in Example 1 was performed to obtain Al 0.5 Ga 0.5 PO 4 .

[実施例3]
Ga(NO水溶液の代わりに、NaPOに対して1当量のLa(NO水溶液を用いた。それ以外は実施例1と同様の操作を行ってLaPOを得た。
[Example 3]
Instead of the Ga(NO 3 ) 3 aqueous solution, an La(NO 3 ) 3 aqueous solution having an amount of 1 equivalent to Na 3 PO 4 was used. Other than that, LaPO 4 was obtained by performing the same operation as in Example 1.

[実施例4]
Ga(NO水溶液の代わりに、NaPOに対して0.65当量のLa(NO、0.20当量のCe(NO、0.15当量のTb(NOの混合水溶液を用いた。それ以外は実施例1と同様の操作を行ってLa0.65Ce0.2Tb0.15POを得た(緑色蛍光)。
[Example 4]
Instead of the Ga(NO 3 ) 3 aqueous solution, 0.65 equivalents of La( NO 3 ) 3 , 0.20 equivalents of Ce(NO 3 ) 3 , 0.15 equivalents of Tb(NO 3 ) A mixed aqueous solution of 3 was used. Other than that, the same operation as in Example 1 was performed to obtain La 0.65 Ce 0.2 Tb 0.15 PO 4 (green fluorescence).

[実施例5]
LiOH水溶液を撹拌しながらLiOHに対して1/3当量のHPO水溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。これによりLiPOの沈殿物が生成した。さらに、初段の生成物LiPOに対して0.98当量のSr(OAc)、0.01当量のEu(OAc)、及び0.01当量のMg(OAc)の混合水溶液を撹拌しながら滴下し、さらに室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物をろ過により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末にアルゴン(Ar)雰囲気下900℃で6時間の熱処理を施してLiSr0.98Eu0.01Mg0.01PO(Eu2+)を得た(青色蛍光)。なお「Ac」はアセチル基の略号である。
[Example 5]
While stirring the LiOH aqueous solution, a 1/3 equivalent amount of H 3 PO 4 aqueous solution with respect to LiOH was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. This produced a precipitate of Li 3 PO 4 . Furthermore, a mixed aqueous solution of 0.98 equivalents of Sr(OAc) 2 , 0.01 equivalents of Eu(OAc) 3 , and 0.01 equivalents of Mg(OAc) 2 was added to the first stage product Li 3 PO 4 . The mixture was added dropwise with stirring, and the mixture was further stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by filtration, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900°C for 6 hours in an argon (Ar) atmosphere to obtain LiSr 0.98 Eu 0.01 Mg 0.01 PO 4 (Eu 2+ ) was obtained (blue fluorescence). Note that "Ac" is an abbreviation for acetyl group.

[実施例6]
空気雰囲気下900℃で6時間の条件で熱処理を行った。それ以外は実施例5と同様の操作を行ってLiSr0.98Eu0.01Mg0.01PO(Eu3+)を得た(赤色蛍光)。
[Example 6]
Heat treatment was carried out under the conditions of 900° C. for 6 hours in an air atmosphere, and otherwise the same operation as in Example 5 was carried out to obtain LiSr 0.98 Eu 0.01 Mg 0.01 PO 4 (Eu 3+ ) (red fluorescence).

[実施例7]
PO水溶液を撹拌しながらHPOに対して1.67当量のLiOH水溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。これによりLi1.671.33POの沈殿物が生成した。さらに、初段の生成物Li1.671.33POに対して0.67当量のZrO(NO水溶液を滴下し、さらに室温で一晩撹拌した。これにより沈殿物が生成した。得られた沈殿物はLi(ZrO)(PO組成のリン酸塩化合物又はその水和物と推測された。沈殿物をろ過により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末にアルゴン(Ar)雰囲気下900℃で6時間の熱処理を施してLiZr(POを得た。
[Example 7]
While stirring the H 3 PO 4 aqueous solution, a LiOH aqueous solution in an amount of 1.67 equivalents relative to H 3 PO 4 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. This produced a precipitate of Li 1.67 H 1.33 PO 4 . Furthermore, an aqueous solution of ZrO(NO 3 ) 2 in an amount of 0.67 equivalent to the first-stage product Li 1.67 H 1.33 PO 4 was added dropwise, and the mixture was further stirred at room temperature overnight. This produced a precipitate. The obtained precipitate was estimated to be a phosphate compound having a composition of Li(ZrO) 2 H 4 (PO 4 ) 3 or a hydrate thereof. After collecting the precipitate by filtration, it was washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 6 hours in an argon (Ar) atmosphere to obtain LiZr 2 (PO 4 ) 3 .

[実施例8]
PO水溶液を撹拌しながらHPOに対して2当量のLiOH水溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。これによりLiHPOの沈殿物が生成した。初段の生成物LiHPOに対して0.5当量のZrO(NO水溶液を滴下し、室温で4時間撹拌した後、さらに0.17当量のAl(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物をろ過により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末にアルゴン(Ar)雰囲気下900℃で6時間の熱処理を施してLi1.5Al0.5Zr1.5(POを得た。
[Example 8]
While stirring the H 3 PO 4 aqueous solution, a LiOH aqueous solution in an amount of 2 equivalents to H 3 PO 4 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. This produced a precipitate of Li 2 HPO 4 . 0.5 equivalents of ZrO(NO 3 ) 2 aqueous solution was added dropwise to the first-stage product Li 2 HPO 4 , and after stirring at room temperature for 4 hours, 0.17 equivalents of Al(NO 3 ) 3 aqueous solution was added dropwise. and stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by filtration, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900°C for 6 hours in an argon (Ar) atmosphere to obtain Li 1.5 Al 0.5 Zr 1.5 ( PO4 ) 3 was obtained.

[実施例9]
LiOCHメタノール溶液を撹拌しながらLiOCH対して0.5当量のTi(OEt)を投入し、室温で1時間撹拌した後、大過剰の水を加えて50℃で4時間撹拌した。室温に戻したのち、Ti(OEt)に対して0.55当量のLa(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下1100℃で12時間の熱処理を施してLa0.55Li0.35TiOを得た。なお「Et」はエチル基の略号である。
[Example 9]
While stirring the LiOCH 3 methanol solution, 0.5 equivalent of Ti(OEt) 4 relative to LiOCH 3 was added, and after stirring at room temperature for 1 hour, a large excess of water was added and the mixture was stirred at 50° C. for 4 hours. After returning the temperature to room temperature, an aqueous solution of La(NO 3 ) 3 in an amount of 0.55 equivalent to Ti(OEt) 4 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 1100° C. for 12 hours in an air atmosphere to obtain La 0.55 Li 0.35 TiO 3 . Note that "Et" is an abbreviation for ethyl group.

[実施例10]
TiO(C水溶液にKTiO(Cに対して4当量のLiOH水溶液を撹拌しながら滴下し、室温で3時間撹拌した。さらにKTiO(Cに対して0.55当量のLa(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下1100℃で12時間の熱処理を施してLa0.55Li0.35TiOを得た。
[Example 10]
A LiOH aqueous solution in an amount of 4 equivalents to K 2 TiO(C 2 O 4 ) 2 was added dropwise to the K 2 TiO(C 2 O 4 ) 2 aqueous solution with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Furthermore, an aqueous solution of La(NO 3 ) 3 in an amount of 0.55 equivalent to K 2 TiO(C 2 O 4 ) 2 was added dropwise, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 1100° C. for 12 hours in an air atmosphere to obtain La 0.55 Li 0.35 TiO 3 .

[実施例11]
Si(OCHのメタノール溶液にSi(OCHに対して2当量のLiOCHメタノール溶液を撹拌しながら投入し、室温で1時間撹拌した後、大過剰の水を加えて50℃で4時間撹拌した。室温に戻したのち、Si(OCHに対して0.98当量のZrO(NOと0.02当量のEu(NOの混合水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下1100℃で9時間の熱処理を施してZr0.98Eu0.02SiOを得た。(赤色蛍光)
[Example 11]
A methanol solution of Si( OCH3 ) 4 was stirred with 2 equivalents of LiOCH3 methanol solution relative to Si( OCH3 ) 4 , and stirred at room temperature for 1 hour, and then a large excess of water was added and stirred at 50°C for 4 hours . After returning to room temperature, a mixed aqueous solution of 0.98 equivalents of ZrO( NO3 ) 2 and 0.02 equivalents of Eu( NO3 ) 3 relative to Si(OCH3) 4 was dropped and stirred at room temperature overnight. The resulting precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was subjected to heat treatment at 1100°C for 9 hours in an air atmosphere to obtain Zr0.98Eu0.02SiO4 . ( Red fluorescence )

[実施例12]
SiOの懸濁水にHSiOに対して2当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、50℃で3時間撹拌した。室温に戻したのち、HSiOに対して0.98当量のSrClと0.02当量のEu(NOの混合水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してSr0.98Eu0.02SiOを得た。(赤色蛍光)
[Example 12]
An aqueous LiOH solution in an amount of 2 equivalents to H 2 SiO 3 was added to a suspension of H 2 SiO 3 with stirring, and the mixture was stirred at 50° C. for 3 hours. After the temperature was returned to room temperature, a mixed aqueous solution of 0.98 equivalents of SrCl 2 and 0.02 equivalents of Eu(NO 3 ) 3 relative to H 2 SiO 3 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain Sr 0.98 Eu 0.02 SiO 3 . (red fluorescence)

[実施例13]
SiOの懸濁水にHSiOに対して2当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、50℃で3時間撹拌した。室温に戻したのち、HSiOに対して0.5当量のAl(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してLiAlSiを得た。
[Example 13]
An aqueous LiOH solution in an amount of 2 equivalents to H 2 SiO 3 was added to a suspension of H 2 SiO 3 with stirring, and the mixture was stirred at 50° C. for 3 hours. After the temperature was returned to room temperature, an aqueous solution of Al(NO 3 ) 3 in an amount of 0.5 equivalent to H 2 SiO 3 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain LiAlSi 2 O 6 .

[実施例14]
SiOの懸濁水にHSiOに対して4当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、50℃で3時間撹拌した。室温に戻したのち、HSiOに対して1当量のAl(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、メタノール洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してLiAlSiOを得た。
[Example 14]
An aqueous LiOH solution in an amount of 4 equivalents to H 2 SiO 3 was added to a suspension of H 2 SiO 3 with stirring, and the mixture was stirred at 50° C. for 3 hours. After the temperature was returned to room temperature, an aqueous solution of Al(NO 3 ) 3 in an amount of 1 equivalent to H 2 SiO 3 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with methanol and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain LiAlSiO 4 .

[実施例15]
GeO懸濁水にGeOに対して2当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、室温で4時間撹拌した。さらにGeOに対して1当量のSrCl水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してSrGeOを得た。
[Example 15]
An aqueous LiOH solution in an amount of 2 equivalents to GeO 2 was added to the GeO 2 suspension water with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. Furthermore, 1 equivalent of SrCl 2 aqueous solution with respect to GeO 2 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain SrGeO 3 .

[実施例16]
LiOH水溶液の代わりにNaOH水溶液を用い、実施例15と同様の操作によりSrGeOを得た。
[Example 16]
SrGeO 3 was obtained in the same manner as in Example 15 using a NaOH aqueous solution instead of the LiOH aqueous solution.

[実施例17]
GeO懸濁水にGeOに対して4当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、室温で4時間撹拌した。さらにGeOに対して1当量のAl(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、メタノール洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してLiAlGeOを得た。
[Example 17]
An aqueous LiOH solution of 4 equivalents to GeO 2 was added to the GeO 2 suspension water with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. Furthermore, an aqueous solution of Al(NO 3 ) 3 in an amount of 1 equivalent to GeO 2 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature overnight. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with methanol and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain LiAlGeO 4 .

[実施例18]
WO懸濁水にWOに対して2当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、室温で1時間撹拌した。さらにWOに対して0.67当量のAl(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、メタノール洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下900℃で9時間の熱処理を施してAl(WOを得た。
[Example 18]
An aqueous LiOH solution in an amount of 2 equivalents to WO 3 was added to the WO 3 suspension with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Furthermore, an aqueous solution of Al(NO 3 ) 3 in an amount of 0.67 equivalent to WO 3 was added dropwise, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with methanol and dried, and the dried powder was heat-treated at 900° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain Al 2 (WO 4 ) 3 .

[実施例19]
懸濁水にVに対して2当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、室温で1時間撹拌した。さらにVに対して0.5当量のZrO(NO水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下600℃で9時間の熱処理を施してZrVを得た。
[Example 19]
An aqueous LiOH solution in an amount of 2 equivalents to V 2 O 5 was added to the V 2 O 5 suspension water with stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Further, an aqueous solution of ZrO(NO 3 ) 2 in an amount of 0.5 equivalent to V 2 O 5 was added dropwise, and the mixture was stirred overnight at room temperature. The obtained precipitate was collected by centrifugation, washed with water and dried, and the dried powder was heat-treated at 600° C. for 9 hours in an air atmosphere to obtain ZrV 2 O 7 .

[実施例20]
GeO懸濁水にGeOに対して4当量のLiOH水溶液を撹拌しながら投入し、室温で1時間撹拌した。さらにGeOに対して2当量のZn(OAc)水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌した。得られた沈殿物を遠心分離により回収した後、水洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末に空気雰囲気下1100℃で9時間の熱処理を施してZnGeOを得た。
[Example 20]
A 4-equivalent LiOH solution relative to GeO2 was added to the GeO2 suspension while stirring, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. A 2-equivalent Zn(OAc) 2 solution relative to GeO2 was then added dropwise , and the mixture was stirred at room temperature overnight. The resulting precipitate was collected by centrifugation, washed with water, and dried. The dried powder was then heat-treated at 1100°C for 9 hours in an air atmosphere to obtain Zn2GeO4 .

[実施例21]
(NHPO水溶液を撹拌しながら(NHPOに対して2/3当量のZr(SO水溶液を滴下し、室温で3時間撹拌した。沈殿を遠心分離により回収し、さらにイオン交換水で3回洗浄した。これを水に分散し、(NHPOに対して1/3当量のLiOH水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌することで、LiZr(POまたはその水和物からなる沈殿物が生成した。得られた沈殿物を遠心分離により回収し、さらにイオン交換水で3回洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末を空気下900℃、6時間の熱処理を施してLiZr(POを得た。
[Example 21]
While stirring the (NH 4 ) 3 PO 4 aqueous solution, a Zr(SO 4 ) 2 aqueous solution in an amount of 2/3 equivalent to (NH 4 ) 3 PO 4 was added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. The precipitate was collected by centrifugation and further washed three times with ion-exchanged water. By dispersing this in water, adding dropwise an aqueous LiOH solution of 1/3 equivalent to (NH 4 ) 3 PO 4 and stirring overnight at room temperature, LiZr 2 (PO 4 ) 3 or its hydrate was dissolved. A precipitate was formed. The obtained precipitate was collected by centrifugation, further washed with ion-exchanged water three times and dried, and the dried powder was heat-treated in air at 900° C. for 6 hours to obtain LiZr 2 (PO 4 ) 3 . Ta.

[実施例22]
熱処理温度を900℃から600℃に変えたこと以外、実施例21と同様の操作でLiZr(POを得た。
[Example 22]
LiZr 2 (PO 4 ) 3 was obtained in the same manner as in Example 21 except that the heat treatment temperature was changed from 900° C. to 600° C.

[実施例23]
Zr(SO水溶液にZr(SOに対して1当量のNaSiOと1/2当量のNaPOの混合水溶液を滴下し、室温で3時間撹拌した。さらに、Zr(SOに対して1当量のNaOH水溶液を滴下し、室温で一晩撹拌た。得られた沈殿物を遠心分離により回収し、さらにイオン交換水で3回洗浄及び乾燥し、乾燥後の粉末とZr(SOに対して3/2当量のNaCOを乳鉢で混合した後、空気下1200℃、6時間の熱処理を施してNaZrSiPO12を得た。
[Example 23]
A mixed aqueous solution of 1 equivalent of Na 2 SiO 3 and 1/2 equivalent of Na 3 PO 4 with respect to Zr(SO 4 ) 2 was added dropwise to the Zr(SO 4 ) 2 aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Furthermore, 1 equivalent of a NaOH aqueous solution was added dropwise to Zr(SO 4 ) 2 and stirred overnight at room temperature. The obtained precipitate was collected by centrifugation, further washed three times with ion-exchanged water and dried, and 3/2 equivalent of Na 2 CO 3 was added to the dried powder and Zr(SO 4 ) 2 in a mortar. After mixing, heat treatment was performed at 1200° C. for 6 hours in air to obtain Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 .

(2)評価
実施例1~23で得られたサンプル(熱処理物)について、各種評価を以下に示すとおり行った。
(2) Evaluations The samples (heat-treated products) obtained in Examples 1 to 23 were subjected to various evaluations as shown below.

<XRD>
得られたサンプル(熱処理物)をX線回折(XRD)法にて分析して生成相を調べた。XRD測定は以下の条件で行った。
<XRD>
The obtained sample (heat-treated product) was analyzed by X-ray diffraction (XRD) to examine the generated phase. XRD measurement was performed under the following conditions.

‐X線回折装置:Rigaku SmartLab II
‐線源:Cu kα1
‐管電圧:40kV
‐管電流:30mA
‐スキャン速度:2°/分
‐スキャン範囲:5°~90°
-X-ray diffraction device: Rigaku SmartLab II
- Source: Cu kα1
-Tube voltage: 40kV
-Tube current: 30mA
-Scan speed: 2°/min -Scan range: 5° to 90°

<PL測定>
得られたサンプル(熱処理物)の一部についてフォトルミネッセンス(PL)法による絶対PL量子収率測定を行い、発光特性を調べた。PL分析は以下の条件で行った。
<PL measurement>
Absolute PL quantum yield measurement was performed on a part of the obtained sample (heat-treated product) by photoluminescence (PL) method, and the emission characteristics were investigated. PL analysis was conducted under the following conditions.

‐分析装置:浜松ホトニクス株式会社 絶対PL量子収率装置 C9920-02
‐励起波長:250nm~800nm
-Analyzer: Hamamatsu Photonics Co., Ltd. Absolute PL quantum yield device C9920-02
-Excitation wavelength: 250nm to 800nm

(3)評価結果
実施例1~23のサンプルについて得られたXRDプロファイルを図1~12に示す。また、目的とする化合物又はその近傍の化合物の結晶学的データに基づき求めた基準プロファイルを図中に併せて示す。結晶学的データは、無機結晶構造データベース(ICSD)及びオープンアクセス結晶構造データベース(COD)に収録されるものを用いた。
(3) Evaluation results The XRD profiles obtained for the samples of Examples 1 to 23 are shown in FIGS. 1 to 12. Also shown in the figure is a reference profile determined based on crystallographic data of the target compound or its neighboring compounds. The crystallographic data included in the Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) and the Open Access Crystal Structure Database (COD) were used.

図1~12に示されるように、いずれのサンプルも、そのXRDプロファイルが基準プロファイルと同等であった。このことから、実施例1~23では目的とする化合物(オキソ酸金属塩)が合成されていることを確認された。 As shown in Figures 1-12, the XRD profiles of all samples were comparable to the reference profile. From this, it was confirmed that the target compounds (oxoacid metal salts) were synthesized in Examples 1 to 23.

実施例4~6のサンプルについて得られたPLスペクトルを図13及び14に示す。図中には、励起光の波長を併せて示す。 The PL spectra obtained for the samples of Examples 4 to 6 are shown in FIGS. 13 and 14. In the figure, the wavelength of the excitation light is also shown.

実施例4のサンプルは波長275nmの紫外光照射により発光し、その放射光は波長540nmを中心とする緑色光であった。実施例5のサンプルは波長360nmの紫外光照射により発光し、その放射光は波長440nmを中心とする青色光であった。実施例6のサンプルは波長395nmの紫外光放射により発光し、その放射光は波長620nmを中心とする赤色光であった。これらより実施例4~6で得られたオキソ酸金属塩は蛍光特性を示すことが確認された。 The sample of Example 4 emitted light when irradiated with ultraviolet light with a wavelength of 275 nm, and the emitted light was green light with a wavelength of 540 nm as the center. The sample of Example 5 emitted light when irradiated with ultraviolet light with a wavelength of 360 nm, and the emitted light was blue light with a wavelength of 440 nm as its center. The sample of Example 6 was emitted by ultraviolet radiation at a wavelength of 395 nm, and the emitted light was red light centered at a wavelength of 620 nm. From these results, it was confirmed that the oxoacid metal salts obtained in Examples 4 to 6 exhibited fluorescent properties.

なお、実施例5と実施例6は目的化合物が同一であるにも関わらず、その蛍光特性(放射光の波長)が異なっている。これは熱処理雰囲気の違いが反映されていると考えられる。すなわち実施例5ではアルゴン(Ar)雰囲気下で熱処理を行っているため、サンプル中のユーロピウム(Eu)が+2価の状態となるように還元されていると考えられる。これに対して、実施例6では空気雰囲気下で熱処理を行っているため、Euが+3価の状態を維持していると推察している。 Note that although the target compounds of Examples 5 and 6 are the same, their fluorescence characteristics (wavelengths of emitted light) are different. This is considered to reflect the difference in the heat treatment atmosphere. That is, in Example 5, since the heat treatment was performed in an argon (Ar) atmosphere, it is considered that europium (Eu) in the sample was reduced to a +2-valent state. On the other hand, in Example 6, since the heat treatment was performed in an air atmosphere, it is presumed that Eu maintains the +3 valence state.

以上の結果より、本実施形態によれば、物質設計の自由度が高いとともに量産性に優れた、オキソ酸金属塩の製造方法が提供されることが理解される。
From the above results, it can be seen that the present embodiment provides a method for producing an oxoacid metal salt, which has a high degree of freedom in material design and is excellent in mass productivity.

Claims (6)

オキソ酸金属塩の製造方法であって、
オキソ酸塩とアルカリ非含有金属塩とを水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で反応させて沈殿物を得、得られた沈殿物を固液分離にて回収する工程、及び
回収した前記沈殿物を50℃以上1600℃以下の温度で熱処理して熱処理物を得る工程、を含み、
前記オキソ酸塩は、オキソ酸アルカリ金属塩及びオキソ酸アンモニウム塩のいずれか一方又は両方であり、
前記アルカリ非含有金属塩に含まれる金属元素は、典型元素、遷移元素、及び希土類元素からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記アルカリ非含有金属塩は、そのアニオンの共役酸の最終pKaが7.0以下であり、
前記反応を0.8気圧以上1.2気圧以下の圧力下で0℃以上100℃未満の温度で行う、方法。
A method for producing an oxoacid metal salt, the method comprising:
A step of reacting an oxoacid salt and an alkali-free metal salt in a solvent containing water and/or alcohol to obtain a precipitate, and recovering the obtained precipitate by solid-liquid separation, and the recovered precipitate. A step of heat-treating the object at a temperature of 50° C. or higher and 1600° C. or lower to obtain a heat-treated object,
The oxo acid salt is either or both of an oxo acid alkali metal salt and an oxo acid ammonium salt,
The metal element contained in the alkali-free metal salt is at least one selected from the group consisting of typical elements, transition elements, and rare earth elements,
The alkali-free metal salt has a final pKa of the conjugate acid of its anion of 7.0 or less,
A method in which the reaction is carried out at a temperature of 0°C or more and less than 100°C under a pressure of 0.8 atm or more and 1.2 atm or less.
前記オキソ酸塩は、その水素数xが0以上2以下であり、前記アルカリ非含有金属塩は、硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、及びカルボン酸塩からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の方法。 The oxoacid salt has a hydrogen number x of 0 or more and 2 or less, and the alkali-free metal salt is at least one selected from the group consisting of nitrates, halides, sulfates, and carboxylates. The method according to claim 1. 前記熱処理をアルゴン(Ar)及び/又は水素(H)ガス雰囲気下で行い、それにより前記沈殿物を還元する、請求項2に記載の方法。 3. The method according to claim 2, wherein the heat treatment is performed under an argon (Ar) and/or hydrogen ( H2 ) gas atmosphere, thereby reducing the precipitate. 前記オキソ酸塩は、その水素数xが0超であり、前記熱処理を行い、それにより前記沈殿物を脱水する、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the oxoacid salt has a hydrogen number x greater than 0, and the heat treatment is performed to dehydrate the precipitate. 前記オキソ酸塩は、その水素数xが0超であり、前記熱処理を酸化性ガス雰囲気下で行い、それにより前記沈殿物を酸化する、請求項2に記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the oxoacid salt has a hydrogen number x greater than 0, and the heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere, thereby oxidizing the precipitate. 前記オキソ酸金属塩は、誘電体材料、発光材料、固体電解質材料、光学材料、磁性材料、電気伝導性材料、半導体材料、電気絶縁性材料、熱電変換材料、構造材料、耐熱材料、生体材料、及び触媒からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1又は2に記載の方法。
The oxoacid metal salt can be used as a dielectric material, a luminescent material, a solid electrolyte material, an optical material, a magnetic material, an electrically conductive material, a semiconductor material, an electrically insulating material, a thermoelectric conversion material, a structural material, a heat-resistant material, a biological material, The method according to claim 1 or 2, wherein the method is at least one selected from the group consisting of
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