JP4106432B2 - Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same - Google Patents

Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP4106432B2
JP4106432B2 JP2003076266A JP2003076266A JP4106432B2 JP 4106432 B2 JP4106432 B2 JP 4106432B2 JP 2003076266 A JP2003076266 A JP 2003076266A JP 2003076266 A JP2003076266 A JP 2003076266A JP 4106432 B2 JP4106432 B2 JP 4106432B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic
zinc
inorganic nanocomposite
dodecyl sulfate
surfactant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003076266A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004283924A (en
Inventor
毅 佐々木
ツァンハオ リャン
禎樹 清水
直人 越崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2003076266A priority Critical patent/JP4106432B2/en
Publication of JP2004283924A publication Critical patent/JP2004283924A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4106432B2 publication Critical patent/JP4106432B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光機能性材料、センサ材料、触媒担体、吸着剤あるいは包接化合物のホスト材料などに応用が可能な、亜鉛水酸化物層と有機層、特に界面活性剤層とがナノメートルオーダーで交互に重なった構造を有する層状有機−無機ナノ複合体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、有機−無機複合材料は、熱に比較的弱い有機材料の性質を改善させ、あるいは有機分子の持つ機能を無機化合物に付与することができることから注目されている。中でも、複合体構造のサイズレンジがナノメートルオーダーである有機−無機ナノ複合材料は、分子やナノメートルサイズのクラスターや微粒子が複合化されており、ナノ複合体中に存在する分子や量子サイズ効果に起因する新規な物性が発現すると期待され、光機能性材料やセンサ材料などとして非常に有望な物質である。
更にこれらのナノ複合体に層状構造を導入することができれば、ナノメートルオーダーの層間に新たな分子を層間挿入する事ができることから、触媒担体、吸着剤あるいは包接化合物のホスト材料としても非常に有望な物質である。
【0003】
これまでに水酸化亜鉛を基本骨格とする層状物質の製造方法としてアモルファス状の水酸化亜鉛と有機オキシ塩化物や有機カルボン酸との反応を利用する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
また、亜鉛を含む複水酸化物と界面活性剤を基本骨格とする層状物質の製造方法として、層状複水酸化物を基本骨格層とする層間にミセル状有機アニオン性界面活性剤および非電荷有機物質を層間挿入する方法も報告されている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、これらの製造方法の場合、層状物質の基本骨格となる水酸化亜鉛や層状複水酸化物などの水酸化物とカルボン酸やアニオン性界面活性剤などの有機分子とを混合反応させる工程の前に、これらの水酸化物を合成する工程も必要であり操作が極めて複雑となる欠点がある。また、これまで水酸化亜鉛と界面活性剤だけから構成される層状有機無機ナノ複合体を製造することはできなかった。
【0004】
一方、界面活性剤水溶液を用いてレーザーアブレーションを行う技術の報告もある。しかし、この場合は、いずれも貴金属のナノ微粒子サイズの調整又はマンガンのナノワイヤーを得る方法で、金属単体の粒子調製法に過ぎない(非特許文献2及び3並びに特許文献2参照)。
【0005】
【非特許文献1】
機能材料,「水酸化亜鉛と有機カルボン酸の反応による層状構造体の層空間および形態の制御」12巻10号,45−52頁,2001年
【非特許文献2】
”Full physical preparation of size-selected gold nanoparticles in solution: Laser ablation and laser-induced size control”, Mafune F, Kohno JY, Takeda Y, Kondow T, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 106 (31): 7575-7577 AUG 8 2002.
【非特許文献3】
”Growth of gold clusters into nanoparticles in a solution following laser-induced fragmentation”, Mafune F, Kohno JY, Takeda Y, Kondow T, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 106 (34): 8555-8561 AUG 29 2002.
【特許文献1】
特開平6−48742号公報
【特許文献2】
特開2003−2651号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し非常に単純な工程で、これまで製造が困難とされていた水酸化亜鉛と界面活性剤だけから構成される水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体ならびにその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために鋭意研究を進めたところ、アニオン性界面活性剤水溶液中で金属亜鉛表面に強いエネルギーを印加して、亜鉛を水溶液中に原子、イオン又はクラスターとして放出させることにより、水酸化亜鉛−有機層のナノ複合体結晶を非常に簡単な工程で得ることができるとの知見を得た。
本発明は、
(1)水酸化亜鉛層と
2n+1SNa
n=12)で表される
ドデシル硫酸ナトリウムの層とがナノメートルオーダーで交互に積層した構造を備えていることを特徴とする有機−無機ナノ複合体である。
また、本件発明は、水酸化亜鉛の層間に
2n+1SNa
n=12)で表される
ドデシル硫酸ナトリウムがラメラ配列した構造を備えていることを特徴とする有機−無機ナノ複合体である。
更に、本件発明は、
2n+1SNa
n=12)で表されるドデシル硫酸ナトリウム界面活性剤水溶液中で、金属亜鉛表面にパルスレーザー光の集光照射エネルギーを印加して亜鉛を水溶液中に原子、イオン、クラスターとして放出させることにより水酸化亜鉛層と前記ドデシル硫酸ナトリウムの層とがナノメートルオーダーで交互に積層した構造を形成することを特徴とする有機−無機ナノ複合体の製造方法である。
【0008】
また、さらに本発明の製造方法においては、パルスレーザー光の集光照射エネルギーが、50mJ/pulse以上とすることができる。
さらに本発明の製造方法においては、金属亜鉛ターゲット表面に1J/cm以上のパルスレーザー光エネルギー密度を付与することができる。
また、本発明の製造方法においては、水溶液中の前記ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を0.0001mol/L以上とすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記の通り、アニオン性界面活性剤水溶液中で金属亜鉛表面に強いエネルギーを印加して、亜鉛を水溶液中に原子、イオン又はクラスターとして放出させ、アニオン性界面活性剤と水の存在下で反応させ、水酸化亜鉛−層状有機無機ナノ複合体結晶を非常に簡単な工程で製造するものであるが、特に金属亜鉛ターゲットにアニオン性界面活性剤水溶液中でパルスレーザー光の集光照射によりエネルギーを印加してパルスレーザーアブレーションを行うと、水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体結晶が高効率で得られる。
本発明の実施において、パルスレーザーアブレーションが特に有効であるが、亜鉛を原子、イオン又はクラスターとして放出させることができる強いエネルギーを印加できるものであれば、例えばパルス放電等の方法を適用することもできる。
【0010】
図1に水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の製造装置(縦型セル方式製造装置1−1及び横型セル方式製造装置1−2)を示す。レーザー装置2からレーザー光反射ミラー3、集光レンズ4を介して、石英ガラスセル5に装入した亜鉛金属板ターゲット7にレーザーを照射する。
亜鉛金属板ターゲット7には98%以上の純度の亜鉛金属板を使用する。亜鉛金属板ターゲット7を石英ガラスセル5の底部または台9上の軸10に固定する。石英ガラスセル5中に界面活性剤水溶液、例えばアニオン性界面活性剤水溶液を適量加える。符号11はギアボックス、符号12はターゲット回転駆動用モーターである。
使用可能な界面活性剤は、使用するレーザー光の波長に対して強い光吸収が無ければ、どのようなものでも使用出来る。例えば、アルキル硫酸エステル類:C2n+1SNa(n=10〜18)などが使用出来る。
【0011】
界面活性剤の濃度、例えばアニオン性界面活性剤の濃度は0.0001mol/L以上あればよく、望ましくは0.001mol/L以上、界面活性剤の飽和濃度以下である。
使用可能なレーザー装置2のレーザー光波長は、使用するアニオン性界面活性剤に対して強い吸収が無ければ良く、例えばパルスNd:YAGレーザーの基本波(波長:1064nm)、第二高調波(波長:532nm)、第三高調波(波長:355nm)などが利用できる。
レーザー光のエネルギーとしてはターゲットの亜鉛金属が水溶液中で原子、イオン又はクラスターとして放出されるエネルギーがあれば良く、エネルギー源としてパルスレーザーを用いる場合には、亜鉛金属のレーザーアブレーション現象が発現するに十分に足りるエネルギーがあればよい。
パルスあたりのエネルギーとしては50mJ/pulse以上あれば十分である。ターゲット表面上でのレーザー光のエネルギー密度は1J/cm以上あればよく、望ましくは2J/cmである。
【0012】
次に実際の実験結果について説明する。図2には調製および分析手順を示す。界面活性剤として、カチオン性界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムを用いてこの水溶液を調製した。水溶液中ではドデシル硫酸ナトリウムはナトリウムイオン(Na)とドデシル硫酸カチオン(C1225OSO )とに電離している。ドデシル硫酸ナトリウムの濃度は0.0001mol/Lから0.1mol/Lの範囲で変化させた。
純度99.9%の亜鉛板(サイズ20mm×20mm、厚さ5mm)を図1の装置に装着し、パルスNd:YAGレーザーの第三高調波(波長:355nm)で10Hzの繰り返し周波数を使用した。
【0013】
100mJ/pulseのパルスエネルギーでターゲット上のレーザー光のスポットサイズが直径1.5mmとなるようにレンズの位置を調製した後、ドデシル硫酸ナトリウム水溶液中でターゲット回転駆動用モーターを介してターゲットを回転させながらパルスレーザー光を1時間照射した。
これにより亜鉛が水溶液中に原子、イオン、クラスターとして放出され、ドデシル硫酸カチオンと水の存在下で直ちに反応し水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体が形成された。
【0014】
得られた固形物を遠心分離の後、洗浄した。洗浄と遠心分離を数回繰返して白色の固形生成物を回収した。得られた固形生成物は乾燥空気中常温で乾燥させた後にX線回折分析、透過電子顕微鏡観察および透過電子線回折による構造解析ならびにエネルギー分散型X線分析、フーリエ変換赤外吸収スペクトル測定や熱分析等によって、水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体のキャラクタリゼーションを行った。
【0015】
図3に水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体のX線回折パターンを示す。(00l)面に相当する回折ピークが観測され生成物が層状構造を有していることが分かる。
回折ピークのピーク位置から層間隔は26.52Åである事が分かった。またこの層間隔は使用するアニオン性界面活性剤の種類によって制御する事ができる。
【0016】
一般的にアニオン性界面活性剤はイオン化しているヘッドグループと、これに結合する疎水性炭化水素鎖から成っており、炭化水素鎖の鎖長が長いものほど得られる水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の層間隔が大きくなる傾向になる。
図4に水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の透過電子顕微鏡写真ならびに透過電子線回折パターンを示す。生成物は8角形の板状結晶で透過電子線回折パターンから無機層骨格である水酸化亜鉛層は六方晶をもつβ - Zn(OH) 構造である事が分かる。
【0017】
図5に示すフーリエ変換赤外吸収スペクトル測定から生成物には明らかに水酸基および水和水をふくみ、層間にはドデシル硫酸基が挿入されていることも分かった。
またエネルギー分散型X線分析から生成物にはアニオン性界面活性剤中に含まれていたナトリウムは全く含まれておらず、Zn対S比は1:0.35またZn対C比は1:4.23である事も分かった。
図5に示した熱重量測定の結果から水酸基(OH)対HO比は1:0.13である事も分かった。これらの結果からもとめたドデシル硫酸ナトリウム水溶液中の亜鉛のレーザーアブレーションで形成される水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の化学式を次式に示す。
Zn(OH)1.66(C1225SO0.34・0.22
【0018】
さらにドデシル硫酸アニオン分子の長さを分子モデルシミュレーションにより計算し層状有機無機ナノ複合体の内でのドデシル硫酸アニオンの配列構造を解析すると、水酸化亜鉛層間中でのドデシル硫酸アニオンの配列構造は、図6に示すように水酸化亜鉛層間中でラメラ構造を形成していると考えられる。
また、オクタデシル硫酸カチオン(C1837OSO )の長さを分子モデルシミュレーションにより計算し、得られる層状有機無機ナノ複合体の層間隔を見積もると、カチオン分子の傾きによっては最大で6nmに達する水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体も存在することが観察された。
以上のように、アニオン性界面活性剤水溶液中で金属亜鉛表面にパルスレーザー光を集光照射して亜鉛を水溶液中に原子、イオン、クラスターとして放出させると、水酸化亜鉛の層間に有機アニオンがラメラ配列を伴い挿入された構造を有する水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体結晶を非常に簡単な工程で得ることができる。
【0019】
【発明の効果】
本発明は、界面活性剤水溶液中で金属亜鉛表面に強いエネルギーを印加して亜鉛を水溶液中に原子、イオン又はクラスターとして放出させることにより水酸化亜鉛と有機層とがナノメートルオーダーで交互に積層した構造を形成するものであり、非常に単純な工程で、これまで製造が困難とされていた水酸化亜鉛と界面活性剤だけから構成される水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体ならびにその製造方法を提供することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体製造装置の概略説明図である。
【図2】水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の調製および分析工程を示す図である。
【図3】水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体のX線回折パターンを示す図である。
【図4】水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体の透過電子顕微鏡写真ならびに透過電子線回折パターンを示す図である。
【図5】水酸化亜鉛−界面活性剤層状有機無機ナノ複合体のフーリエ変換赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図6】水酸化亜鉛層間中でドデシル硫酸アニオンがラメラ構造を形成した模式図である。
【符号の説明】
1−1 縦型セル方式製造装置
1−2 横型セル方式製造装置
2 レーザー装置
3 レーザー光反射ミラー
4 集光レンズ
5 石英ガラスセル
6 レーザー光
7 亜鉛金属板ターゲット
8 界面活性剤水溶液
9 台
10 軸
11 ギアボックス
12 ターゲット回転駆動用モーター
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention can be applied to optical functional materials, sensor materials, catalyst carriers, adsorbents or inclusion compound host materials, etc., and a zinc hydroxide layer and an organic layer, particularly a surfactant layer, are on the order of nanometers. The present invention relates to a layered organic-inorganic nanocomposite having a structure in which the layers are alternately stacked and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, organic-inorganic composite materials have attracted attention because they can improve the properties of organic materials that are relatively weak to heat, or can impart the functions of organic molecules to inorganic compounds. In particular, organic-inorganic nanocomposites with a composite structure size range on the order of nanometers are composed of molecules, nanometer-sized clusters and fine particles, and molecules and quantum size effects that exist in the nanocomposite. It is expected to exhibit new physical properties due to the above, and is a very promising substance as an optical functional material or a sensor material.
Furthermore, if a layered structure can be introduced into these nanocomposites, new molecules can be intercalated between nanometer-order layers, making it extremely suitable as a catalyst support, an adsorbent, or an inclusion compound host material. It is a promising substance.
[0003]
So far, a method using a reaction between amorphous zinc hydroxide and organic oxychloride or organic carboxylic acid has been known as a method for producing a layered substance having zinc hydroxide as a basic skeleton (for example, non-patent literature). 1).
In addition, as a method for producing a layered material having a zinc-containing double hydroxide and a surfactant as a basic skeleton, a micellar organic anionic surfactant and an uncharged organic layer are provided between layers having a layered double hydroxide as a basic skeleton layer. A method of inserting a substance between layers has also been reported (for example, see Patent Document 1).
However, in the case of these production methods, a step of mixing and reacting hydroxides such as zinc hydroxide and layered double hydroxide, which are the basic skeleton of the layered substance, and organic molecules such as carboxylic acid and anionic surfactant. Before the process for synthesizing these hydroxides is necessary, there is a drawback that the operation becomes extremely complicated. In addition, it has not been possible to produce a layered organic-inorganic nanocomposite composed only of zinc hydroxide and a surfactant.
[0004]
On the other hand, there is also a report of a technique for performing laser ablation using a surfactant aqueous solution. However, in this case, both are methods for adjusting the size of noble metal nanoparticles or obtaining manganese nanowires, and are merely methods for preparing particles of a single metal (see Non-Patent Documents 2 and 3 and Patent Document 2).
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Functional material, “Control of layer space and form of layered structure by reaction of zinc hydroxide and organic carboxylic acid” Vol. 12, No. 10, pp. 45-52, 2001 [Non-patent Document 2]
“Full physical preparation of size-selected gold nanoparticles in solution: Laser ablation and laser-induced size control”, Mafune F, Kohno JY, Takeda Y, Kondow T, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 106 (31): 7575-7577 AUG 8 2002.
[Non-Patent Document 3]
“Growth of gold clusters into nanoparticles in a solution following laser-induced fragmentation”, Mafune F, Kohno JY, Takeda Y, Kondow T, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, 106 (34): 8555-8561 AUG 29 2002.
[Patent Document 1]
JP-A-6-48742 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-2651
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is a zinc hydroxide-surfactant composed of only zinc hydroxide and a surfactant, which has been considered to be difficult to produce by a very simple process, eliminating the above-mentioned problems of the prior art. It is to provide a layered organic-inorganic nanocomposite and a method for producing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research to achieve the object of the present invention, a strong energy is applied to the surface of zinc metal in an anionic surfactant aqueous solution to release zinc as an atom, ion or cluster in the aqueous solution. The inventors have found that a nanocomposite crystal of zinc hydroxide-organic layer can be obtained by a very simple process.
The present invention
(1) zinc hydroxide layer and wherein C n H 2n + 1 O 4 SNa
( N = 12 )
An organic-inorganic nanocomposite characterized in that it has a structure in which layers of sodium dodecyl sulfate are alternately laminated in nanometer order.
Further, the present invention provides a compound of formula C n H 2n + 1 O 4 SNa between zinc hydroxide layers.
( N = 12 )
An organic-inorganic nanocomposite characterized in that sodium dodecyl sulfate has a lamellar structure.
Furthermore, the present invention relates to the formula C n H 2n + 1 O 4 SNa
In a sodium dodecyl sulfate surfactant aqueous solution represented by ( n = 12 ), by applying focused laser beam irradiation energy to the surface of metallic zinc, zinc is released into the aqueous solution as atoms, ions, and clusters. A method for producing an organic-inorganic nanocomposite, characterized in that a zinc hydroxide layer and a layer of sodium dodecyl sulfate are alternately laminated in nanometer order.
[0008]
Furthermore, in the production method of the present invention, the focused laser beam irradiation energy can be 50 mJ / pulse or more .
Furthermore, in the manufacturing method of this invention, the pulse laser beam energy density of 1 J / cm < 2 > or more can be provided to the metal zinc target surface .
Moreover, in the manufacturing method of this invention, the density | concentration of the said sodium dodecyl sulfate in aqueous solution can be 0.0001 mol / L or more.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the present invention applies a strong energy to the surface of metallic zinc in an aqueous anionic surfactant solution to release zinc as atoms, ions or clusters in the aqueous solution, and the presence of the anionic surfactant and water. The zinc hydroxide-layered organic-inorganic nanocomposite crystal is produced by a very simple process, but the metal zinc target is focused and irradiated with pulsed laser light in an anionic surfactant solution. When pulse laser ablation is performed by applying energy by the above, a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite crystal can be obtained with high efficiency.
In the practice of the present invention, pulse laser ablation is particularly effective. However, for example, a method such as pulse discharge may be applied as long as strong energy capable of releasing zinc as atoms, ions, or clusters can be applied. it can.
[0010]
FIG. 1 shows an apparatus for manufacturing a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite (vertical cell system manufacturing apparatus 1-1 and horizontal cell system manufacturing apparatus 1-2). A laser is irradiated from a laser device 2 to a zinc metal plate target 7 placed in a quartz glass cell 5 through a laser light reflecting mirror 3 and a condenser lens 4.
A zinc metal plate having a purity of 98% or more is used for the zinc metal plate target 7. The zinc metal plate target 7 is fixed to the bottom of the quartz glass cell 5 or the shaft 10 on the table 9. An appropriate amount of a surfactant aqueous solution, for example, an anionic surfactant aqueous solution, is added to the quartz glass cell 5. Reference numeral 11 denotes a gear box, and reference numeral 12 denotes a target rotation driving motor.
As the usable surfactant, any surfactant can be used as long as it does not absorb light strongly with respect to the wavelength of the laser beam to be used. For example, alkyl sulfates: C n H 2n + 1 O 4 SNa (n = 10 to 18) can be used.
[0011]
The concentration of the surfactant, for example, the concentration of the anionic surfactant may be 0.0001 mol / L or more, preferably 0.001 mol / L or more and less than the saturation concentration of the surfactant.
The usable laser beam wavelength of the laser device 2 is not required to have strong absorption with respect to the anionic surfactant to be used. For example, the fundamental wave (wavelength: 1064 nm) and second harmonic wave (wavelength) of a pulsed Nd: YAG laser. : 532 nm), third harmonic (wavelength: 355 nm), etc. can be used.
As the energy of the laser light, it is sufficient that the target zinc metal is released as atoms, ions or clusters in the aqueous solution. When a pulse laser is used as an energy source, the laser ablation phenomenon of zinc metal appears. It is enough if there is enough energy.
As energy per pulse, 50 mJ / pulse or more is sufficient. The energy density of the laser beam on the target surface may be 1 J / cm 2 or more, preferably 2 J / cm 2 .
[0012]
Next, actual experimental results will be described. FIG. 2 shows the preparation and analysis procedure. This aqueous solution was prepared by using sodium dodecyl sulfate, which is a cationic surfactant, as a surfactant. In the aqueous solution, sodium dodecyl sulfate is ionized into sodium ion (Na + ) and dodecyl sulfate cation (C 12 H 25 OSO 3 ). The concentration of sodium dodecyl sulfate was varied in the range of 0.0001 mol / L to 0.1 mol / L.
A zinc plate of 99.9% purity (size 20 mm × 20 mm, thickness 5 mm) was mounted on the apparatus of FIG. 1, and a repetition frequency of 10 Hz was used with the third harmonic (wavelength: 355 nm) of a pulsed Nd: YAG laser. .
[0013]
After adjusting the position of the lens so that the laser beam spot size on the target has a diameter of 1.5 mm with a pulse energy of 100 mJ / pulse, the target is rotated in the sodium dodecyl sulfate aqueous solution via the target rotation drive motor. The pulse laser beam was irradiated for 1 hour.
As a result, zinc was released into the aqueous solution as atoms, ions, and clusters, and reacted immediately in the presence of dodecyl sulfate cation and water to form a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
[0014]
The obtained solid was washed after centrifugation. Washing and centrifugation were repeated several times to recover a white solid product. The obtained solid product was dried at room temperature in dry air, and then X-ray diffraction analysis, structural analysis by transmission electron microscopy and transmission electron diffraction, energy dispersive X-ray analysis, Fourier transform infrared absorption spectrum measurement and heat The zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite was characterized by analysis and the like.
[0015]
FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern of the zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite. A diffraction peak corresponding to the (00l) plane is observed, and it can be seen that the product has a layered structure.
From the peak position of the diffraction peak, it was found that the layer interval was 26.52 mm. The layer spacing can be controlled by the type of anionic surfactant used.
[0016]
In general, an anionic surfactant is composed of an ionized head group and a hydrophobic hydrocarbon chain bonded to the head group, and the longer the chain length of the hydrocarbon chain, the more obtainable is the zinc hydroxide-surfactant. The layer spacing of the layered organic-inorganic nanocomposite tends to increase.
FIG. 4 shows a transmission electron micrograph and a transmission electron diffraction pattern of the zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite. The product is an octagonal plate-like crystal, and the transmission electron diffraction pattern shows that the zinc hydroxide layer, which is an inorganic layer skeleton, has a β - Zn (OH) 2 structure having hexagonal crystals.
[0017]
From the Fourier transform infrared absorption spectrum measurement shown in FIG. 5, it was also found that the product clearly contained hydroxyl groups and hydrated water, and dodecyl sulfate groups were inserted between the layers.
Further, from the energy dispersive X-ray analysis, the product does not contain any sodium contained in the anionic surfactant, the Zn to S ratio is 1: 0.35, and the Zn to C ratio is 1: I also found that it was 4.23.
From the results of thermogravimetry shown in FIG. 5, it was also found that the hydroxyl (OH) to H 2 O ratio was 1: 0.13. The chemical formula of the zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite formed by laser ablation of zinc in an aqueous sodium dodecyl sulfate solution determined from these results is shown in the following formula.
Zn (OH) 1.66 (C 12 H 25 SO 4 ) 0.34 · 0.22 H 2 O
[0018]
Furthermore, by calculating the length of the dodecyl sulfate anion molecule by molecular model simulation and analyzing the arrangement structure of the dodecyl sulfate anion in the layered organic-inorganic nanocomposite, the arrangement structure of the dodecyl sulfate anion in the zinc hydroxide layer is It is considered that a lamellar structure is formed between the zinc hydroxide layers as shown in FIG.
Moreover, when the length of the octadecyl sulfate cation (C 18 H 37 OSO 3 ) is calculated by molecular model simulation and the layer interval of the obtained layered organic-inorganic nanocomposite is estimated, the maximum is 6 nm depending on the inclination of the cation molecule. It was observed that the reaching zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite was also present.
As described above, when a pulsed laser beam is focused on the surface of metallic zinc in an anionic surfactant aqueous solution and zinc is released into the aqueous solution as atoms, ions, and clusters, organic anions are formed between the layers of zinc hydroxide. A zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite crystal having a structure inserted with a lamella array can be obtained by a very simple process.
[0019]
【The invention's effect】
In the present invention, zinc hydroxide and organic layers are alternately laminated in nanometer order by applying strong energy to the surface of zinc metal in an aqueous surfactant solution to release zinc into the aqueous solution as atoms, ions or clusters. Zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite composed of only zinc hydroxide and surfactant, which have been difficult to manufacture in a very simple process. Moreover, it has the outstanding effect that the manufacturing method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an apparatus for producing a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
FIG. 2 is a diagram showing preparation and analysis steps of a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
FIG. 4 is a transmission electron micrograph and a transmission electron beam diffraction pattern of a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
FIG. 5 is a diagram showing a Fourier transform infrared absorption spectrum of a zinc hydroxide-surfactant layered organic-inorganic nanocomposite.
FIG. 6 is a schematic diagram in which a dodecyl sulfate anion forms a lamellar structure in a zinc hydroxide layer.
[Explanation of symbols]
1-1 Vertical Cell System Manufacturing Device 1-2 Horizontal Cell System Manufacturing Device 2 Laser Device 3 Laser Light Reflecting Mirror 4 Condensing Lens 5 Quartz Glass Cell 6 Laser Light 7 Zinc Metal Plate Target 8 Surfactant Aqueous Solution 9 Unit 10 Axis 11 Gearbox 12 Target rotation drive motor

Claims (6)

水酸化亜鉛層と
2n+1SNa
n=12)で表される
ドデシル硫酸ナトリウムの層とがナノメートルオーダーで交互に積層した構造を備えていることを特徴とする有機−無機ナノ複合体。
Zinc hydroxide layer and wherein C n H 2n + 1 O 4 SNa
( N = 12 )
An organic-inorganic nanocomposite having a structure in which sodium dodecyl sulfate layers are alternately laminated in nanometer order.
水酸化亜鉛の層間に
2n+1SNa
n=12)で表される
ドデシル硫酸ナトリウムがラメラ配列した構造を備えていることを特徴とする請求項1に記載の有機−無機ナノ複合体。
Between the layers of zinc hydroxide the formula C n H 2n + 1 O 4 SNa
( N = 12 )
2. The organic-inorganic nanocomposite according to claim 1, wherein sodium dodecyl sulfate has a lamellar arrangement.

2n+1SNa
n=12)で表されるドデシル硫酸ナトリウム界面活性剤水溶液中で、金属亜鉛表面にパルスレーザー光の集光照射エネルギーを印加して亜鉛を水溶液中に原子、イオン、クラスターとして放出させることにより水酸化亜鉛層と前記ドデシル硫酸ナトリウムの層とがナノメートルオーダーで交互に積層した構造を形成することを特徴とする有機−無機ナノ複合体の製造方法。
Formula C n H 2n + 1 O 4 SNa
In a sodium dodecyl sulfate surfactant aqueous solution represented by ( n = 12 ), by applying focused laser beam irradiation energy to the surface of metallic zinc, zinc is released into the aqueous solution as atoms, ions, and clusters. A method for producing an organic-inorganic nanocomposite, comprising forming a structure in which zinc hydroxide layers and sodium dodecyl sulfate layers are alternately laminated in nanometer order.
パルスレーザー光の集光照射エネルギーが、50mJ/pulse以上であることを特徴とする請求項3に記載の有機−無機ナノ複合体の製造方法。  The method for producing an organic-inorganic nanocomposite according to claim 3, wherein the focused irradiation energy of the pulse laser beam is 50 mJ / pulse or more. 金属亜鉛ターゲット表面に1J/cm以上のパルスレーザー光エネルギー密度を付与することを特徴とする請求項4に記載の有機−無機ナノ複合体の製造方法。The method for producing an organic-inorganic nanocomposite according to claim 4, wherein a pulse laser light energy density of 1 J / cm 2 or more is imparted to the surface of the metal zinc target. 水溶液中の前記ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を0.0001mol/L以上とすることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の有機−無機ナノ複合体の製造方法。The method for producing an organic-inorganic nanocomposite according to any one of claims 3 to 5, wherein the concentration of the sodium dodecyl sulfate in the aqueous solution is 0.0001 mol / L or more.
JP2003076266A 2003-03-19 2003-03-19 Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same Expired - Lifetime JP4106432B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003076266A JP4106432B2 (en) 2003-03-19 2003-03-19 Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003076266A JP4106432B2 (en) 2003-03-19 2003-03-19 Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004283924A JP2004283924A (en) 2004-10-14
JP4106432B2 true JP4106432B2 (en) 2008-06-25

Family

ID=33291365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003076266A Expired - Lifetime JP4106432B2 (en) 2003-03-19 2003-03-19 Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4106432B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5703517B2 (en) * 2011-03-14 2015-04-22 学校法人千葉工業大学 Zinc oxide crystal production method, zinc oxide crystal
JP2013245139A (en) * 2012-05-28 2013-12-09 Chiba Inst Of Technology Method for producing zinc oxide crystal
JP6670214B2 (en) * 2016-09-30 2020-03-18 花王株式会社 Production method of metal oxide
JP6362281B2 (en) * 2017-03-29 2018-07-25 学校法人千葉工業大学 Method for producing zinc oxide crystals
KR101982933B1 (en) * 2017-09-25 2019-08-28 한국에너지기술연구원 Manufacturing system of metal nanoparticles using multi laser ablation
KR101982934B1 (en) * 2017-09-25 2019-05-27 한국에너지기술연구원 Manufacturing system of metal nanoparticles using laser ablation

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004283924A (en) 2004-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alavi et al. Syntheses of BaCO3 nanostructures by ultrasonic method
Wang et al. CTAB-assisted synthesis and photocatalytic property of CuO hollow microspheres
He et al. Hydrothermal preparation of boehmite nanorods by selective adsorption of sulfate
Liu et al. Micro-and nanocubes of carbon with C8-like and blue luminescence
Jiang et al. Potassium niobate nanostructures: controllable morphology, growth mechanism, and photocatalytic activity
Wang et al. Apple pectin-mediated green synthesis of hollow double-caged peanut-like ZnO hierarchical superstructures and photocatalytic applications
US11643331B2 (en) SiO2-layered double hydroxide microspheres and methods of making them
Hu et al. Microwave-assisted synthesis of silver indium tungsten oxide mesocrystals and their selective photocatalytic properties
Gordina et al. Effect of ultrasound on the synthesis of low-modulus zeolites from a metakaolin
Shang et al. Controlled synthesis of various morphologies of nanostructured zinc oxide: flower, nanoplate, and urchin
Tripathi et al. Synthesis of hollow nanotubes of Zn2SiO4 or SiO2: mechanistic understanding and uranium adsorption behavior
JP4843779B2 (en) Method for producing zinc oxide nanoparticles for ultraviolet light emitters
Sabbaghan et al. Preparation of uniform 2D ZnO nanostructures by the ionic liquid-assisted sonochemical method and their optical properties
JP4106432B2 (en) Organic-inorganic nanocomposite and method for producing the same
Bayat et al. Optical and magnetic properties of zinc vanadates: synthetic design of colloidal Zn 3 V 2 O 7 (OH) 2 (H 2 O) 2, ZnV 2 O 4 and Zn 3 V 2 O 8 nanostructures
Wang et al. Yolk–shell ZnWO 4 microspheres: one-pot synthesis, characterization and photocatalytic properties
JP2002067000A (en) Metal nanowire and metal nanoparticle
JP2013245139A (en) Method for producing zinc oxide crystal
JP5030108B2 (en) Method for producing zinc oxide nanoparticles for ultraviolet light emitters
JP6362281B2 (en) Method for producing zinc oxide crystals
JP5703517B2 (en) Zinc oxide crystal production method, zinc oxide crystal
JP5019411B2 (en) Method for producing zeolite nanoparticles and zeolite nanoparticles
Karpukhin et al. Formation of hollow micro-and nanostructures of zirconia by laser ablation of metal in liquid
de Azevedo et al. Laser ablation in liquid: an unconventional, fast, clean and straightforward technique for material preparation
Karpukhin et al. Synthesis of a layered organo-inorganic copper nanocomposite by laser ablation in liquid media

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070424

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071001

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071219

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080304

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4106432

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term