JP4413095B2 - 金属多孔体の製造方法 - Google Patents
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(I)(イ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと水系溶媒とを混合し、該混合液を加熱した後冷却するか、又は(ロ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと有機溶媒を混合し、該混合液に水を加えることにより前記親水性ポリマーのヒドロゲルを得る工程、
(II)前記ヒドロゲルと金属イオンの水系溶媒溶液とを混合して、金属イオンを自発的に還元させるか又は還元剤により還元させて、前記親水性ポリマーと金属との複合体を得る工程、
(III)前記複合体を水溶性有機溶剤で洗浄し、焼結する工程。
(i)(イ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと水系溶媒とを混合し、該混合液を加熱した後冷却するか、又は(ロ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと有機溶媒を混合し、該混合液に水を加えることにより前記親水性ポリマーのヒドロゲルを得る工程、
(ii)前記ヒドロゲルと金属ナノ粒子とを混合して、前記親水性ポリマーと金属との複合体を得る工程
(iii)前記複合体を水溶性有機溶剤で洗浄し、焼結する工程。
本発明の製造方法においては、工程(I)又は(i)として、金属多孔体の犠牲テンプレートとなる直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーのヒドロゲルを得る工程を有する。
本発明でいう直鎖状ポリエチレンイミン骨格とは、二級アミンのエチレンイミン単位を主たる構造単位とするポリマー骨格をいう。該直鎖状ポリエチレンイミン骨格は水中可溶であるが、室温では繊維状のポリマー結晶を形成し、それらの繊維が三次元空間で配置されることにより、少量のポリマー量で物理的なヒドロゲルを与える。該骨格中においては、エチレンイミン単位以外の構造単位が存在していてもよいが、ポリマー結晶を形成させるためには、ポリマー鎖の一定鎖長が連続的なエチレンイミン単位であることが好ましい。該直鎖状ポリエチレンイミン骨格の長さは、該骨格を有するポリマーが結晶を形成できる範囲であれば特に制限されないが、好適にポリマー結晶を形成するためには、該骨格部分のエチレンイミン単位の繰り返し単位数が10以上であることが好ましく、20〜10000の範囲であることが特に好ましい。
酸性条件下での加水分解は、例えば、塩酸水溶液中でポリオキサゾリンを加熱下で攪拌することにより、ポリエチレンイミンの塩酸塩を得ることができる。得られた塩酸塩を過剰のアンモニウム水で処理することで、塩基性のポリエチレンイミンの結晶粉末を得ることができる。用いる塩酸水溶液は、濃塩酸でも、1mol/L程度の水溶液でもよいが、加水分解を効率的に行うには、5mol/Lの塩酸水溶液を用いることが望ましい。また、反応温度は80℃前後が望ましい。
本発明の製造方法における工程(I)又は(I)は、上記直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーを使用して、(イ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと水系溶媒とを混合し、該混合液を加熱した後冷却するか、又は(ロ)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと有機溶媒を混合し、該混合液に水を加える方法により前記親水性ポリマーのヒドロゲルを得る工程である。
本発明の製造方法においては、工程(II)又は(ii)として、直鎖状ポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと金属との複合体を得る工程を有する。
単離乾燥した金属多孔体をガラススライドに乗せ、それをキーエンス製表面観察装置VE−7800にて観察した。
<線状のポリエチレンイミン(L−PEI)の合成>
市販のポリエチルオキサゾリン(数平均分子量50000,平均重合度5000,Aldrich社製)3gを、5Mの塩酸水溶液12mLに溶解させた。その溶液をオイルバスにて90℃に加熱し、その温度で10時間攪拌した。反応液にアセトン50mLを加え、ポリマーを完全に沈殿させ、それを濾過し、メタノールで3回洗浄し、白色のポリエチレンイミンの粉末を得た。得られた粉末を1H−NMR(重水)にて同定したところ、ポリエチルオキサゾリンの側鎖エチル基に由来したピーク1.2ppm(CH3)と2.3ppm(CH2)が完全に消失していることが確認された。即ち、ポリエチルオキサゾリンが完全に加水分解され、ポリエチレンイミンに変換されたことが示された。
<L−PEIヒドロゲルからの複合体の製造>
合成例1で得られたL−PEI粉末を一定量秤量し、それを一定量の蒸留水中に分散させ、その分散液をオイルバスにて、90℃に加熱し、L−PEI濃度が1%の完全透明な水溶液を得た。その水溶液を室温に放置し、自然に室温までに冷やし、不透明なL−PEIヒドロゲル(G1)(L−PEI濃度1%)を得た。得られたヒドロゲルは、剪断力を加えると変形を生じるが、概ねの形状を保持できるヒドロゲルであった。得られたヒドロゲル(G1)1gを、5mLの0.1M硝酸銀水溶液と混合し、その混合物を室温で72時間静置した。その混合物をアセトンで洗浄してL−PEI/銀の複合体(A1)を得た。
製造例1において使用したL−PEIヒドロゲル(G1)1gを、1mLの2M硝酸銀水溶液と混合した以外は製造例1と同様にして、L−PEI/銀の複合体(A2)を得た。
製造例1における水溶液のL−PEI濃度を5%にした以外は製造例1と同様にして、L−PEIヒドロゲル(G2)(L−PEI濃度5%)を得た。得られたヒドロゲル(G2)1gを、1mLの0.1M硝酸銀水溶液と混合し、その混合物を室温で72時間静置した。その混合物をアセトンで洗浄してL−PEI/銀の複合体(A3)を得た。
製造例1で得られた複合体(A1)を焼却炉にセットして、室温から温度上昇(15℃/min)させて500℃にて30分加熱し、銀の多孔体(S1)を得た。得られた銀の多孔体(S1)の走査型電子顕微鏡写真を図1に示す。
製造例2で得られた複合体(A2)を焼却炉にセットして、室温から温度上昇(15℃/min)させて500℃にて30分加熱し、銀の多孔体(S2)を得た。得られた銀の多孔体(S2)の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す。
製造例3で得られた複合体(A3)を焼却炉にセットして、室温から温度上昇(15℃/min)させて500℃にて30分加熱し、銀の多孔体(S3)を得た。得られた銀の多孔体(S3)の走査型電子顕微鏡写真を図3に示す。
<架橋化L−PEIヒドロゲルからの複合体の製造>
合成例1で得られたL−PEI粉末を一定量秤量し、それを一定量の蒸留水中に分散させ、その分散液を90℃に加熱し、L−PEI濃度が5%の完全透明な水溶液を得た。得られた水溶液を円筒状のアルミホイル容器にて室温まで冷やし、カラム状のヒドロゲルを得た。このカラム状ヒドロゲルを10mLのグルターアルデヒド水溶液(1%)中に含浸させ、3日間静置した。カラム状のヒドロゲルは固体状態となり、これを水で洗浄した。このカラム状固体をスライスして1cm×0.5cm×0.2cmの大きさの切片とし、これを5mL、1Mの硝酸銀水溶液中に3日間含浸した。切片を取り出し、アセトンで洗浄して、L−PEI/銀の複合体(A4)を得た。
製造例4における1M硝酸銀水溶液の代わりに2M硝酸銀水溶液を使用した以外は製造例4と同様にしてL−PEI/銀の複合体(A5)を得た。
製造例4で得られた複合体(A4)を焼却炉にセットして、室温から温度上昇(15℃/min)させて500℃にて30分加熱し、銀の多孔体(S4)を得た。得られた銀の多孔体(S4)の走査型電子顕微鏡写真を図4に示す。
製造例5で得られた複合体(A5)を焼却炉にセットして、室温から温度上昇(15℃/min)させて500℃にて30分加熱し、銀の多孔体(S5)を得た。得られた銀の多孔体(S5)の走査型電子顕微鏡写真を図5に示す。
Claims (9)
- 下記工程を有する金属多孔体の製造方法。
(I)直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと水系溶媒とを混合し、該混合液を加熱した後冷却することにより前記親水性ポリマーのヒドロゲルを得る工程、
(II)前記ヒドロゲルと金属イオンの水系溶媒溶液とを混合して、金属イオンを自発的に還元させるか又は還元剤により還元させて、前記親水性ポリマーと金属との複合体を得る工程、
(III)前記複合体を水溶性有機溶剤で洗浄し、焼結する工程。
- 前記金属イオンの金属種が遷移金属である請求項1に記載の金属多孔体の製造方法。
- 前記金属イオンの金属種が、金、銀、白金のいずれかである請求項1に記載の金属多孔体の製造方法。
- 前記(I)の工程の後に、(I’)前記ヒドロゲルに架橋剤を加える工程を有する請求項1〜3のいずれかに記載の金属多孔体の製造方法。
- 前記(III)の工程において焼結する温度が300〜1000℃の範囲である請求項1〜4のいずれかに記載の金属多孔体の製造方法。
- 前記直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーの該骨格部分のエチレンイミン単位の繰り返し単位数が20〜10000の範囲であり、その形状が線状、星状又は櫛状である請求項1〜5の何れか1項記載の金属多孔体の製造方法。
- 直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマーと水系溶媒との混合液中、親水性ポリマー含有量が0.01〜20質量%の範囲である請求項1〜6の何れか1項記載の金属多孔体の製造方法。
- 金属イオンの水系溶媒溶液の濃度がモル濃度で0.05〜20Mである請求項1〜7の何れか1項記載の金属多孔体の製造方法。
- 架橋剤の量が、直鎖状のポリエチレンイミン骨格を有する親水性ポリマー中のエチレンイミンユニットのモル数に対し、0.05〜20%である請求項4記載の金属多孔体の製造方法。
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