JP4520088B2 - Method for synthesizing mesoporous oxides with high three-dimensional regularity - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元の高規則細孔構造、特に3次元ヘキサゴナル構造、または3次元キュービック構造を持つメソポーラス金属酸化物を合成する方法、特にメソポーラス金属酸化物を比較的簡易で、かつ高い再現性を持って合成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
これまで製造されてきたメソポーラス金属酸化物は、主として2次元規則性のもの、すなわち2次元ヘキサゴナル規則性のものであるために、該構造を持った薄膜を形成しようとすると膜表面に対して前記ヘキサゴナルが垂直に、高規則性を持って配列した構造とすることが難しいという問題があった。
【0003】
三次元構造のメソポーラス金属酸化物合成の例は幾つかあるが(文献1および文献2)、その合成法は再現性が良くなく、製造方法は条件が複雑であるという問題点があった。
【0004】
文献1には次のようなことが記載されている。両親媒性のブロックコポリマーが無機種および有機種との間の相互作用、および自己組織化を合理的に調整できる鋳型として有用であるために、鋳型材料としての界面活性剤として利用が増大していること。メソポーラス材料を合成する化合物として、非シリカ系のNb、Ti、Taなどの金属酸化物から選択される材料を用いることが検討がされてきていること。従来の低分子の界面活性剤を用いた場合にはメソポーラスの細孔として主として<4nmのものが得られるにすぎないこと。また、細孔を構成する壁はほとんどアモルファスであること。
【0005】
前記のような中で、前記酸化物からなる細孔径が大きな、すなわち、〜14nm迄の、高密度、すなわち結晶性の改良されたものを合成することを発想し、前記金属酸化物−ブロックコポリマー複合体は、ブロックコポリマーと無機金属化合物の相互作用により、前記所望のメソポーラス構造のものが形成されるであろうことを推測し、実験を試みたことに言及している。そして、実験項において、前記ブロックコポリマーとして、市販の、EO20PO70EO20(BASF社製のP−123)、EO106PO70EO106(BASF社製のPluronic F−127)、およびEO75BO45(Dow Chemical製)を用いて、これをエタノール(Hfの場合にはブタノール)に溶解し、これに前記金属酸化物を生成する金属の塩化物など金属化合物をプレカーサーとして、激しく攪拌しながら添加すること。得られた溶液を開放したペトリ皿中で、40−60℃でゲル化させること。ゲルの熟成時間は金属種により調整すること。メソポーラス金属酸化物薄膜層とする場合には、ディップコーティングにより塗布し30−60℃で乾燥し、得られたゲルを300−600℃で焼成し、前記ブロックコポリマー界面活性剤を取り除くことによりメソポーラス金属酸化物が得られたことが報告されている。そして、前記得られたメソポーラス金属酸化物の特性を、XRD、TEM、窒素ガス等の温吸着特性、及びBJH法による細孔径分布などを調べて、測定している。
【0006】
TiO2を構造規制界面活性剤としてEO20PO70EO20(BASF社製のP−123)と用いて前記方法により合成すると、格子定数α0=142および117Åを持つ2次元ヘキサゴナルメソ構造のものが得られたこと。また、構造規制界面活性剤としてEO75BO45(Dow Chemical製)〔OH(CH2CH2O)75(CH2CH(CH2CH2)O)45〕を用いた場合には、キュービックメソ相が形成されることが記載されている。更に、Nb2O5を構造規制界面活性剤としてEO20PO70EO20(BASF社製のP−123)と用いて前記方法により合成すると、格子定数α0=122および92Åを持つ2次元ヘキサゴナルメソ構造のものが得られたこと。しかしながら、記載されている金属酸化物のXRDのいずれにも、3次元のヘキサゴナル構造の高規則性を示すθ=1°付近の002面の回折ピークを見いだすことができない。
【0007】
文献2では、「メソポーラスNb酸化物モレキュラーシーブ形成における配位子アシスト液晶テンプレート」と題する論文において、界面活性剤と金属との比と新規なヘキサゴナルP63/mmc空間構造および層状(Nb−TMS2)相の形成との関連、界面活性剤の鎖長の増加など(テンプレート界面活性剤の化学構造)による新規なキュービック相(Nb−TMS3)の形成などを説明している。しかしながら、3次元の高規則性のメソ構造のものの合成についての言及はない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、3次元の高規則性を有するメソポーラス酸化物を合成する方法、特に再現性の良い、比較的容易な前記合成方法を提供することである。ゾル−ゲル法を用いたメソポーラス金属酸化物の合成において、自己組織化によりメソポーラスの基本的な構造を形成する系の確立は重要である。しかしながら、前記先行技術において、得られるメソポーラス金属酸化物の構造を規制する技術の確立が説明されているが、3次元の高規則性はどのようにすれば確立できるかの教示はない。本発明者等は、ゾルの形成におけるイオン種の存在が前記自己組織化の行程で何らかの影響があるのではないかと想定し、アルカリ、塩素イオンの存在、その濃度と得られるメソポーラス金属酸化物の構造とに相関があることを見出し前記本発明の課題を解決することができた。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(1)ポリエチレンオキシド鎖(CH2CH2O)mとポリプロピレンオキシド鎖〔CH2CH(CH3)O〕nとから構成されるブロックコポリマーからなるノニオン界面活性剤(ここで、mおよびnは10〜70であり、該ポリマーの末端はH、アルコールやフェノールでエーテル化されている)を鋳型剤として非シリカ系のNbまたはTi化合物の脂肪族アルコール溶液を金属酸化物前駆体としてゾルーゲル法により加水分解、熟成、および焼成によりメソポーラス金属酸化物を形成する方法において、前記ゾルーゲル反応系に非シリカ系のNb化合物を前駆体として用いた場合には加水分解を進行させる水として、アルカリ或いはアルカリ土類イオンから選択されるカチオン濃度が0.01モル〜0.1モルの水溶液を用い、前記アルカリ或いはアルカリ土類イオンがノニオン界面活性剤1モルに対して0.05モル〜0.5モルとなるように前記非シリカ系のNb化合物の溶液に加えて、またTi化合物を前駆体として用いる場合には、加水分解を進行させるのに水として塩素アニオン濃度が10M〜12Mの水溶液を、前記アニオンがノニオン界面活性剤1モルに対して40モル〜50モルとなるように加えて加水分解することを特徴とする3次元の高規則性を有する、前記非シリカ系のNbの場合には3次元ヘキサゴナル構造の、また、Ti化合物を前駆体として用いる場合には3次元キュービック構造のメソポーラス酸化物を合成する方法である。好ましくは、(2)脂肪族アルコールがメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールまたはこれらの2種以上の混合物から選択されることを特徴とする前記(1)に記載の3次元の高規則性を有する非シリカ系の金属のメソポーラス酸化物を合成する方法であり、より好ましくは、(3)前記(1)又は(2)に記載の強化した3次元の高規則性を有するNbのメソポーラス酸化物を合成する方法において、前駆体化合物としてNbCl5を用い、ノニオン界面活性剤1モルに対し、アルカリ或いはアルカリ土類イオンから選択されるカチオンを0.25モル加え強化した3次元ヘキサゴナル構造のメソポーラスニオブ酸化物合成する方法である。
【0010】
また、(4)前記(1)または(2)において、3次元の高規則性を有するチタンメソポーラス酸化物を合成する方法において、Ti化合物としてTi〔(CH 3 ) 2 CHO〕 4 を用い、塩素アニオンがノニオン界面活性剤1モルに対し45モルとなるように加えて加水分解し3次元の高規則性を有するキュービック構造のメソポーラスTiO2を合成する方法である。
【0011】
【本発明の実施の態様】
本発明をより詳細に説明する。
A.本発明においてナノサイズの細孔を形成するのに使用される界面活性剤は、前記文献1において用いられているノニオン界面活性剤を使用するのが好ましい。すなわち、エチレングリコールのオリゴマー(ポリマーを含む)、プロピレングリコールオリゴマー(ポリマーを含む)を構成成分とするポリアルキレンオキサイドブロックコポリマー、及び該ブロックコポリマーの末端をアルコールやフェノール等などでエーテル化した化合物などある。これらは毒性が少ない点においても好ましい界面活性剤である。具体的には、例えば、P123〔商品名、BASF社製:(HO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20)H〕、および商品名;P85〔(HO(CH2CH2O)26(CH2CH(CH3)O)39(CH2CH2O)26)H〕、P103〔(HO(CH2CH2O)56(CH2CH(CH3)O)17(CH2CH2O)56)H〕等(旭電化工業社製)を挙げることができる。
【0012】
本発明では前記ノニオン界面活性剤と前記金属酸化物を形成する金属塩、アルコキシドとを組み合わせ、これにアルカリまたはアルカリ土類から選択されるカチオン、または塩素アニオンを加えた水を、前記ノニオン界面活性剤1モルに対して適当なモル数を配合することによりゾルーゲル工程における細孔構造規則性を強化し、3次元の高規則細孔を持つ金属酸化物を合成することができることを発見した点に特徴を有する。
【0013】
B,前記アルカリまたはアルカリ土類から選択されるカチオン、または塩素アニオンを加えた水は、カチオンの場合0.02モル%〜0.1モル%の濃度の範囲が好ましく、前記カチオン濃度の水を、前記ノニオン界面活性剤1モルに対してカチオンが0.05モル〜0.5モルの比になるように添加するのが好ましく、また、塩素アニオンの場合20モル%〜30モル%の濃度の範囲が好ましく、前記塩素アニオン濃度の水を、前記ノニオン界面活性剤1モルに対して塩素アニオンが40モル〜50モルの比になるように添加するのが好ましいことが、多くの試行錯誤の結果判明した。
【0014】
C,前記界面活性剤1g当たり配合される金属塩、アルコキシドは0.003〜0.01molとすることが目的とする細孔の最大長が平均2nm〜50nmであり、細孔構造周期が3次元的に六方配列構造、またはキュービック構造をもつTi酸化物を製造するのに好ましいことが分かった。
D、前記Tiに代えてNbなどを用いた場合にも、3次元ヘキサゴナル構造のメソポーラス金属酸化物の結晶が得られることが分かった。
【0015】
F,得られたメソポーラス酸化物の特性は以下の方法により測定された。
1,XRD(Rigaku社製 RINT 2100、CuKa線)法:X線回折法:低角度(1〜6°)ピークパターンによりメソ細孔の周期構造が観察される。
2,窒素吸着等温線(Coulter 社製 SA3100):窒素吸着量(Y軸/容積(mL/g))の急激に増加する相対圧(P/P0)(X軸)領域と細孔径とが対応する。立ち上がりの程度は細孔容積と関連する。
3,TEM:透過型電子顕微鏡(JEOL 社製 JEM 2010F、加速電圧200 kV):メソポーラスNbTa酸化物の六方配列構造のTEM象が観察された。
4,電子線回折像(JEOL 社製 JEM 2010F、加速電圧200 kV):細孔に対して垂直に、一つのスポットの周りに等距離に六つのスポットが規則的に配列した像、または他の結晶面における規則的な細孔の配列を各電子線照射面に対して見られることから細孔の3次元的な六方配列構造、または3次元的なキュービック構造が観察された。
【0016】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、この例示により本発明が限定的に解釈されるものではない。
実施例1
3次元ヘキサゴナル構造のメソポーラスニオブ酸化物の合成ノニオン界面活性剤としてポリエチレンオキシド鎖(CH2CH2O)nとポリプロピレンオキシド鎖〔CH2CH(CH3)O〕mとから構成されるもの〔(HO(CH2CH2O)26(CH2CH(CH3)O)39(CH2CH2O)26)H〕〔商品名;Pluronic P−85、旭電化工業社製〕をプロパノールを溶媒とし、10重量%の界面活性剤溶液にする。そこに、塩化ニオブを1gの界面活性剤当たりに0.007モルを加え、20〜60分間攪拌溶解する。その際、0.05Mのアルカリまたはアルカリ土類イオン(Li+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+)(いずれのカチオンを用いても同様の結果が得られている。)を含む水0.5〜2ミリリットル(mL)(ノニオン1モルに対して0.25モルのカチオン)を加え、前記無機物の加水分解促進及び自己組織化の促進を行う。ここで、アルカリ水は、前記したように、無機系のカチオンであることと、前記ノニオンに対する比との関連において自己組織化における構造規制に重要な作用をする。得られたゾルは、空気中で35℃〜60℃の範囲において、2日〜10日の熟成を行いゲル化する。得られたゲルは、400℃〜500℃で焼成し、前記テンプレートであるノニオン界面活性剤を除去し、前記目的のメソポーラス金属酸化物を得た。
【0017】
前記製造方法で得られた3次元ヘキサゴナル構造のメソポーラスニオブ酸化物のXRDの特性を図1に示す。2θ=1゜付近の002の回折ピークは3次元ヘキサゴナル構造を反映するものである。図2は前記ニオブ酸化物の窒素ガス吸着等温線を示す。等温線のヒステレシスが現れ、均一な細孔分布を示す。細孔径の分布を図3に示す。これから平均細孔径は5nmであることが判明した。BET比表面積は200〜250m2/gであった。また、2段階の脱離曲線は高次に規則配列した3次元の細孔構造を示唆する。透過型電子顕微鏡(図示なし)と電子線回折において、各電子線照射面に対して規則細孔構造が見られることから、粒子全体に3次元的な細孔構造が形成されていることが確認された。
【0018】
実施例2
3次元キュービック構造のメソポーラスTiO2の合成
ノニオン界面活性剤としてポリエチレンオキシド鎖(CH2CH2O)nとポリプロピレンオキシド鎖〔CH2CH(CH3)O〕mとから構成される〔(HO(CH2CH2O)26(CH2CH(CH3)O)39(CH2CH2O)26)H〕(商品名Pluronic P−85)をプロパノールを溶媒とし、10重量%の界面活性剤溶液にする。そこに、チタニウムテトライソプロポキシドを1gの界面活性剤あたり0.01モルを加え、20〜60分間撹拌溶解する。その際、37%の塩酸を0.8〜1mlを加え、前期無機物の加水分解促進及び自己組織化の促進を行う。ここで、塩酸は、前記したように、アニオンであることと、前記ノニオンに対する比との関連において自己組織化における構造規制に重要な作用をする。得られたゾルは、空気中で35℃〜60℃の範囲において、2〜14日の熟成を行いゲル化する。得られたゲルは300℃〜400℃で焼成し、前記テンプレートであるノニオン界面活性剤を除去し、前記目的のメソポーラス金属酸化物を得た。
【0019】
前記製造方法で得られた3次元キュービック構造のメソポーラスTiO2のXRDの特性を図4に示す。2θ=1.1および1.6付近の回折ピークは3次元キュービック構造を反映するものである。図5は前記TiO2の窒素ガス吸着等温線を示す。等温線のヒステレシスが現れ、均一な細孔分布を示す。細孔径の分布を図6に示す。これから平均細孔径は5nmであることが判明した。BET比表面積は200〜350m2/gであった。
【0020】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、3次元の高規則性を有するメソポーラス酸化物を、ゾルーゲル反応系に非シリカ系のNb及びTa化合物を前駆体とした場合にはアルカリ或いはアルカリ土類イオンから選択されるカチオンをまたは非シリカ系のTi化合物を前駆体とした場合には塩素イオンを添加するという比較的簡易な手段により得ることができるという優れた効果がもたらされる。本発明の方法を用いて薄膜構造のメソポーラス酸化物を形成すると、メソポーラス金属酸化物の構造規則性が3次元的に規則性を持つために面全体に規則的な細孔の配列が形成可能である。
【0021】
文献1;P. Yang, D. Zhao, D.I. Margolese, B.F. Chemlka, G.D. Stucky, "Block copolymer templating syntheses of mesoporous metal oxides with largeordering lengths and semicrystalline framework." Chemistry of Materials, 1999, 11, 2813-2826.
文献2;D.M. Antonelli, A.Nakahira, J.Y. Ying, "Ligand-assisted liquid crystal templating in mesoporous niobium oxide molecular sieves." Inorganic Materials, 1996, 35, 3126-3136.
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の3次元ヘキサゴナル構造のメソポーラスニオブ酸化物のXRDの特性
【図2】 実施例1のニオブ酸化物の窒素ガス吸着等温線
【図3】 実施例1のニオブ酸化物の細孔径の分布
【図4】 実施例2の3次元キュービック構造のメソポーラスTiO2のXRDの特性
【図5】 実施例2のメソポーラスTiO2の窒素ガス吸着等温線
【図6】 実施例2のメソポーラスTiO2の細孔径の分布[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for synthesizing a mesoporous metal oxide having a three-dimensional highly ordered pore structure, particularly a three-dimensional hexagonal structure, or a three-dimensional cubic structure, in particular, a mesoporous metal oxide is relatively simple and has high reproducibility. It is related with the method of synthesizing with.
[0002]
[Prior art]
The mesoporous metal oxides produced so far are mainly two-dimensionally regular, that is, two-dimensional hexagonal regular. Therefore, when a thin film having the structure is formed, the above-described mesoporous metal oxide is formed on the film surface. There is a problem that it is difficult to form a structure in which hexagonals are arranged vertically and with high regularity.
[0003]
There are several examples of synthesizing mesoporous metal oxides having a three-dimensional structure (
[0004]
[0005]
The above metal oxide-block copolymer was conceived to synthesize a high-density, ie, improved crystallinity, fine particle having a large pore size, that is, up to ˜14 nm. complexes by the interaction of the block copolymer and the inorganic metal compound, said also to guess would be formed that desired mesoporous structure, it mentions that attempted an experiment. In the experimental section, commercially available EO 20 PO 70 EO 20 (P-123 manufactured by BASF), EO 106 PO 70 EO 106 (Pluronic F-127 manufactured by BASF), and EO 75 are used as the block copolymer. Using BO 45 (manufactured by Dow Chemical), this is dissolved in ethanol (butanol in the case of Hf), and a metal compound such as a metal chloride that forms the metal oxide is used as a precursor while stirring vigorously. To add. Gel the obtained solution in an open petri dish at 40-60 ° C. The aging time of the gel should be adjusted according to the metal species. In the case of forming a mesoporous metal oxide thin film layer, it is applied by dip coating and dried at 30 to 60 ° C., and the resulting gel is baked at 300 to 600 ° C. to remove the block copolymer surfactant, thereby removing the mesoporous metal. It has been reported that oxides were obtained. Then, the characteristics of the obtained mesoporous metal oxide are measured by examining the temperature adsorption characteristics such as XRD, TEM, and nitrogen gas, and the pore size distribution by the BJH method.
[0006]
When TiO 2 was synthesized by the above method using EO 20 PO 70 EO 20 (P-123 manufactured by BASF) as a structure-regulating surfactant, a two-dimensional hexagonal meso structure having lattice constants α 0 = 142 and 117 お よ びWas obtained. Further, when EO 75 BO 45 (manufactured by Dow Chemical) [OH (CH 2 CH 2 O) 75 (CH 2 CH (CH 2 CH 2 ) O) 45 ] is used as a structure-regulating surfactant, cubic meso is used. It is described that a phase is formed. Furthermore, when Nb 2 O 5 was synthesized by the above method using EO 20 PO 70 EO 20 (P-123 manufactured by BASF) as a structure-regulating surfactant, a two-dimensional hexagonal having lattice constants α 0 = 122 and 92Å A meso structure was obtained. However, none of the described metal oxide XRDs can find a 002-plane diffraction peak around θ = 1 °, which shows high regularity of a three-dimensional hexagonal structure.
[0007]
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for synthesizing a mesoporous oxide having a three-dimensional high regularity, and in particular, the synthesis method having a good reproducibility and relatively easy. In the synthesis of mesoporous metal oxides using the sol-gel method, it is important to establish a system that forms the basic structure of mesoporous by self-assembly. However, although the prior art describes establishment of a technique for regulating the structure of the obtained mesoporous metal oxide, there is no teaching how to establish three-dimensional high regularity. The present inventors assumed that the presence of ionic species in the formation of the sol may have some influence on the process of self-organization, and the presence of alkali and chloride ions, their concentrations and the resulting mesoporous metal oxides. It has been found that there is a correlation with the structure, and the problems of the present invention have been solved.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides (1) a nonionic surfactant comprising a block copolymer composed of a polyethylene oxide chain (CH 2 CH 2 O) m and a polypropylene oxide chain [CH 2 CH (CH 3 ) O] n (where, m and n are 10 to 70, and the terminal of the polymer is etherified with H, alcohol or phenol), and a non-silica Nb or Ti compound aliphatic alcohol solution is used as a metal oxide precursor. In the method of forming a mesoporous metal oxide by hydrolysis, aging, and calcination by a sol-gel method, when a non-silica Nb compound is used as a precursor in the sol-gel reaction system , Water having a cation concentration selected from alkali or alkaline earth ions of 0.01 mol to 0.1 mol In addition to the solution of the non-silica Nb compound so that the alkali or alkaline earth ion is 0.05 mol to 0.5 mol with respect to 1 mol of the nonionic surfactant, a Ti compound is also used. Is used as a precursor, an aqueous solution having a chlorine anion concentration of 10M to 12M is used as water to promote hydrolysis, so that the anion is 40 mol to 50 mol with respect to 1 mol of the nonionic surfactant. In addition , the non-silica Nb has a three-dimensional hexagonal structure, and has a three-dimensional high regularity characterized by hydrolysis, and a three-dimensional cubic when a Ti compound is used as a precursor. This is a method of synthesizing a mesoporous oxide having a structure. Preferably, (2) aliphatic alcohol is methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol or high three-dimensional according to (1), characterized in that mixtures of two or more thereof A method for synthesizing a non-silica metal mesoporous oxide having regularity, more preferably (3) Nb having enhanced three-dimensional high regularity as described in (1) or (2) above In the method for synthesizing mesoporous oxides, a three-dimensional hexagonal structure in which NbCl 5 is used as a precursor compound and 0.25 mol of a cation selected from alkali or alkaline earth ions is added to 1 mol of a nonionic surfactant. This method synthesizes mesoporous niobium oxide.
[0010]
(4) In the method of synthesizing a titanium mesoporous oxide having three-dimensional high regularity in the above (1) or (2), Ti [(CH 3 ) 2 CHO] 4 is used as a Ti compound , and chlorine This is a method of synthesizing cubic mesoporous TiO 2 having a three-dimensional high regularity by adding an anion to 45 mol with respect to 1 mol of a nonionic surfactant and hydrolyzing it.
[0011]
[Embodiments of the present invention]
The present invention will be described in more detail.
A. As the surfactant used for forming nano-sized pores in the present invention, it is preferable to use the nonionic surfactant used in the above-mentioned
[0012]
In the present invention, the nonionic surfactant is combined with a metal salt or alkoxide that forms the metal oxide, and a cation selected from alkali or alkaline earth, or water containing a chlorine anion is added to the nonionic surfactant. It was discovered that by adding an appropriate number of moles to 1 mole of the agent, the pore structure regularity in the sol-gel process can be strengthened and a metal oxide having three-dimensional highly ordered pores can be synthesized. Has characteristics.
[0013]
B, a cation selected from the alkali or alkaline earth, or water added with a chlorine anion preferably has a concentration in the range of 0.02 mol% to 0.1 mol% in the case of a cation. The cation is preferably added in a ratio of 0.05 mol to 0.5 mol with respect to 1 mol of the nonionic surfactant, and in the case of chlorine anion, the concentration is 20 mol% to 30 mol%. As a result of many trials and errors, it is preferable to add the chlorine anion concentration water so that the chlorine anion is in a ratio of 40 mol to 50 mol with respect to 1 mol of the nonionic surfactant. found.
[0014]
C, the metal salt and alkoxide compounded per gram of the surfactant is 0.003 to 0.01 mol, and the average maximum pore length is 2 nm to 50 nm, and the pore structure period is three-dimensional. In particular, it has been found to be preferable for producing a Ti oxide having a hexagonal arrangement structure or a cubic structure.
It has been found that even when Nb or the like is used in place of D and Ti, a mesoporous metal oxide crystal having a three-dimensional hexagonal structure can be obtained.
[0015]
F, The characteristics of the obtained mesoporous oxide were measured by the following method.
1, XRD (Rigaku RINT 2100, CuKa line) method: X-ray diffraction method: A periodic structure of mesopores is observed by a low angle (1-6 °) peak pattern.
2. Nitrogen adsorption isotherm (Coulter SA3100): Corresponds to the rapidly increasing relative pressure (P / P0) (X axis) region of nitrogen adsorption (Y axis / volume (mL / g)) and pore diameter To do. The degree of rise is related to the pore volume.
3, TEM: Transmission electron microscope (JEOL JEM 2010F,
4, Electron diffraction image (JEOL JEM 2010F,
[0016]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not interpreted limitedly by this illustration.
Example 1
Synthesis of three-dimensional hexagonal structure mesoporous niobium oxide Nonionic surfactant comprising polyethylene oxide chain (CH 2 CH 2 O) n and polypropylene oxide chain [CH 2 CH (CH 3 ) O] m [( HO (CH 2 CH 2 O) 26 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 39 (CH 2 CH 2 O) 26 ) H] [trade name; Pluronic P-85, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.] And a 10% by weight surfactant solution. Thereto, 0.007 mol of niobium chloride per 1 g of surfactant is added and dissolved with stirring for 20 to 60 minutes. At that time, water containing 0.05 M alkali or alkaline earth ions (Li + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ ) (similar results are obtained using any cation). 0.5 to 2 milliliters (mL) (0.25 mole of cation per mole of nonion) is added to promote hydrolysis and self-assembly of the inorganic substance. Here, as described above, the alkaline water has an important effect on the structural regulation in the self-organization in relation to the inorganic cation and the ratio to the nonion. The obtained sol is aged in the range of 35 ° C. to 60 ° C. in air for 2 to 10 days to gel. The obtained gel was baked at 400 ° C. to 500 ° C. to remove the nonionic surfactant as the template, thereby obtaining the desired mesoporous metal oxide.
[0017]
FIG. 1 shows the XRD characteristics of the mesoporous niobium oxide having a three-dimensional hexagonal structure obtained by the manufacturing method. The 002 diffraction peak near 2θ = 1 ° reflects a three-dimensional hexagonal structure. FIG. 2 shows a nitrogen gas adsorption isotherm of the niobium oxide. An isotherm hysteresis appears, showing a uniform pore distribution. The pore size distribution is shown in FIG. From this, it was found that the average pore diameter was 5 nm. The BET specific surface area was 200 to 250 m 2 / g. Also, the two-step desorption curve suggests a three-dimensional pore structure that is regularly ordered. In a transmission electron microscope (not shown) and electron diffraction, a regular pore structure is seen on each electron beam irradiation surface, confirming the formation of a three-dimensional pore structure on the entire particle. It was done.
[0018]
Example 2
Synthesis of three-dimensional cubic mesoporous TiO 2 As a nonionic surfactant, it is composed of a polyethylene oxide chain (CH 2 CH 2 O) n and a polypropylene oxide chain [CH 2 CH (CH 3 ) O] m [(HO ( CH 2 CH 2 O) 26 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 39 (CH 2 CH 2 O) 26 ) H] (trade name Pluronic P-85) as a solvent and 10% by weight surfactant Make a solution. Thereto, 0.01 mole of titanium tetraisopropoxide per 1 g of surfactant is added and dissolved by stirring for 20 to 60 minutes. At that time, 0.8 to 1 ml of 37% hydrochloric acid is added to promote hydrolysis and self-assembly of the inorganic substance in the previous period. Here, as described above, hydrochloric acid plays an important role in structural regulation in self-organization in relation to being an anion and the ratio to the nonion. The obtained sol is aged in the range of 35 to 60 ° C. in air for 2 to 14 days to gel. The obtained gel was baked at 300 ° C. to 400 ° C. to remove the nonionic surfactant as the template, and the above-mentioned target mesoporous metal oxide was obtained.
[0019]
FIG. 4 shows the XRD characteristics of mesoporous TiO 2 having a three-dimensional cubic structure obtained by the manufacturing method. The diffraction peaks near 2θ = 1.1 and 1.6 reflect the three-dimensional cubic structure. FIG. 5 shows the nitrogen gas adsorption isotherm of TiO 2 . An isotherm hysteresis appears, showing a uniform pore distribution. The pore size distribution is shown in FIG. From this, it was found that the average pore diameter was 5 nm. The BET specific surface area was 200 to 350 m 2 / g.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, when a mesoporous oxide having three-dimensional high regularity is used as a precursor in the sol-gel reaction system with non-silica Nb and Ta compounds, alkali or alkali When a cation selected from earth ions or a non-silica Ti compound is used as a precursor, an excellent effect can be obtained that it can be obtained by a relatively simple means of adding chlorine ions. When a mesoporous oxide having a thin film structure is formed by using the method of the present invention, since the structural regularity of the mesoporous metal oxide is three-dimensionally regular, an array of regular pores can be formed on the entire surface. is there.
[0021]
Reference 2: DM Antonelli, A. Nakahira, JY Ying, "Ligand-assisted liquid crystal templating in mesoporous niobium oxide molecular sieves." Inorganic Materials, 1996, 35, 3126-3136.
[Brief description of the drawings]
1 is an XRD characteristic of a mesoporous niobium oxide having a three-dimensional hexagonal structure in Example 1. FIG. 2 is a nitrogen gas adsorption isotherm of the niobium oxide in Example 1. FIG. pore size distribution [4] example 2 of a three-dimensional cubic characteristics of XRD of mesoporous TiO 2 structure [5] a nitrogen gas adsorption isotherm of mesoporous TiO 2 of example 2 of 6 example 2 mesoporous Distribution of pore diameter of TiO 2
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