JP5028612B2 - Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire - Google Patents

Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire Download PDF

Info

Publication number
JP5028612B2
JP5028612B2 JP2006223182A JP2006223182A JP5028612B2 JP 5028612 B2 JP5028612 B2 JP 5028612B2 JP 2006223182 A JP2006223182 A JP 2006223182A JP 2006223182 A JP2006223182 A JP 2006223182A JP 5028612 B2 JP5028612 B2 JP 5028612B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
viologen
film
electrode
nano
potential
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.)
Active
Application number
JP2006223182A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008044081A (en
Inventor
勝義 星野
Original Assignee
国立大学法人 千葉大学
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 国立大学法人 千葉大学 filed Critical 国立大学法人 千葉大学
Priority to JP2006223182A priority Critical patent/JP5028612B2/en
Publication of JP2008044081A publication Critical patent/JP2008044081A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5028612B2 publication Critical patent/JP5028612B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法及びビオロゲンナノ・マイクロワイヤーに関する。   The present invention relates to a method for producing a viologen nano / microwire and a viologen nano / microwire.

ビオロゲンとは、4,4’−ビピリジル塩の総称であり、酸化還元可能な化学種として最も著名なものの一つである。ビオロゲンは可逆的に1電子還元及び2電子還元を受け、しかも一電子還元体は大きな分子吸光係数を有する発色体(典型的には青色や紫色)となる。前者の性質は、種々の化学反応の電子受容性試薬(例えば下記非特許文献1参照)に利用されており、毎年膨大な研究例が報告されている。一方、後者は、特に近年、エレクトロクロミックディスプレイ(例えば非特許文献2乃至4)として利用される性質となっている。   Viologen is a general term for 4,4'-bipyridyl salts and is one of the most prominent chemical species capable of redox. The viologen is reversibly subjected to one-electron reduction and two-electron reduction, and the one-electron reduced form becomes a color former (typically blue or purple) having a large molecular extinction coefficient. The former property is used in electron accepting reagents for various chemical reactions (for example, see Non-Patent Document 1 below), and numerous examples of research are reported every year. On the other hand, the latter has recently been used as an electrochromic display (for example, Non-Patent Documents 2 to 4).

G.J.Kavamos著、小林 宏 編訳、光電子移動、丸善、1997年G. J. et al. By Kavamos, edited by Hiroshi Kobayashi, photoelectron transfer, Maruzen, 1997 R.Cinnsealach,G.Boschloo,S.N.Rao,D.Fitzmaurice、Solar Energy Materials&Solar Cells、57巻、107−125頁、1999年R. Cinnsealach, G.M. Boschloo, S.M. N. Rao, D.D. Fitzmaurice, Solar Energy Materials & Solar Cells, 57, 107-125, 1999 D.Cummins,G.Boshloo,M.Ryan,D.Corr,S.N.Rao,D.Fitzmaurice、Journal of Physical Chemistry B、104巻、11449−11459頁、2000年D. Cummins, G.M. Boshloo, M .; Ryan, D.C. Corr, S .; N. Rao, D.D. Fitzmaurice, Journal of Physical Chemistry B, 104, 11449-11459, 2000 H.Pettersson,T.Gruszecki,L.−H.Johansson,M.O.M.Edwards,A.Hagfeldt,T.Matuszczyk、Displays、25巻、223−230頁、2004年H. Pettersson, T.W. Gruszecki, L.M. -H. Johansson, M.C. O. M.M. Edwards, A.D. Hagfeldt, T .; Matuszczyk, Displays, 25, 223-230, 2004

上記非特許文献1乃至4に記載のビオロゲン化合物に関する報告はいずれも分子状の形態を有するビオロゲンの利用についてであって、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーといった形態がナノレベル・マイクロレベルで制御されたビオロゲンの利用についての報告ではない。また、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーといった形態がかつて作製された例はない。もし、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーが実現されれば、例えば電子受容性試薬に対する利用では、化学反応の場を一次元の微細ワイヤーに限定することができ、近年開発が急務とされているマイクロ化学分析システムあるいはマイクロリアクター(MEMS)(Micro Electro Mechanical Systems)の一応用形態)への用途が開かれる。ナノあるいはマイクロサイズの反応場となるワイヤーでは、特殊な化学反応場が形成されるために、反応の速度や生成物が従来サイズの反応の場を用いた場合と大きく異なり、新たな化学反応の開拓や反応の効率化が期待されている。一方、エレクトロクロミックディスプレイに対する利用では、ナノ・マイクロワイヤーが無色から青色(または紫色)へと発色するので非常に小さなサイズの画素から成る超高精細エレクトロクロミックディスプレイの形成が可能となる。従来ディスプレイの1画素のサイズが100マイクロメーター程度であることを考慮すると、数マイクロメータ〜数十ナノメーターを画素サイズとする上記新ディスプレイの超高精細さは明白である。   The reports on the viologen compounds described in Non-Patent Documents 1 to 4 are all about the use of viologen having a molecular form, and the form of viologen nano / microwire is controlled at the nano level / micro level. It is not a report on usage. Moreover, there is no example in which a form such as viologen nano / microwire has been produced. If a viologen nano / microwire is realized, the chemical reaction field can be limited to a one-dimensional fine wire, for example, for use with an electron-accepting reagent. Applications to systems or microreactors (MEMS) (an application of Micro Electro Mechanical Systems) are opened. A wire that is a nano- or micro-sized reaction field forms a special chemical reaction field, so the reaction rate and products are very different from those of conventional reaction fields. Pioneering and efficient reaction are expected. On the other hand, when used for an electrochromic display, the nano / microwire color develops from colorless to blue (or purple), so that it is possible to form an ultra-high-definition electrochromic display composed of very small pixels. Considering that the size of one pixel of a conventional display is about 100 micrometers, the ultra-high definition of the new display having a pixel size of several micrometers to several tens of nanometers is obvious.

そこで、本発明は上記課題を鑑み、新規なビオロゲン化合物、及び、その新規なビオロゲン化合物であるビオロゲンナノ・マイクロワイヤーを製造する方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a novel viologen compound and a method for producing a viologen nano-microwire that is the novel viologen compound.

上記課題を解決するための一手段に係るビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法は、ビオロゲン膜を形成し、この膜に負の電位を印加する。   In the method for producing a viologen nano / microwire according to one means for solving the above-mentioned problem, a viologen film is formed, and a negative potential is applied to the film.

本手段において、限定されるわけではないが、ビオロゲン膜を形成する方法としては、ミセル電解法、真空蒸着法、及び、マイナスイオン部位を含むナフィオンとビオロゲンとを複合化し製膜する方法、のいずれかであることが好ましく、この中でもミセル電解法がより好ましい。   In this means, although not limited, as a method for forming a viologen film, any of a micelle electrolysis method, a vacuum deposition method, and a method of forming a film by complexing Nafion and viologen containing a negative ion site. Among these, the micelle electrolysis method is more preferable.

本明細書において「ミセル電解法」とは、水に不溶性の物質(以下「水不溶性物質」という。)を界面活性剤及び支持電解質を含む溶液に分散し、しかる後に界面活性剤を電極酸化することにより、電極基板上に水不溶性物質の膜を形成する手法をいう。なお界面活性剤は、これのみに限定されるわけではないが、フェロセンを有する界面活性剤であることが特に好ましい。   In this specification, the “micellar electrolysis method” means that a water-insoluble substance (hereinafter referred to as “water-insoluble substance”) is dispersed in a solution containing a surfactant and a supporting electrolyte, and then the surfactant is electrode oxidized. This means a method of forming a film of a water-insoluble substance on the electrode substrate. The surfactant is not limited to this, but is particularly preferably a surfactant having ferrocene.

また、本手段において、限定されるわけではないが、負の電位は電位掃引処理又は定電位印加処理により行われることが好ましい。なお電位掃引処理の場合、限定されるわけではないが、Ag/AgCl参照電極を用いた場合、参照電極に対し、電解電位が−1.50V以上であって0Vより低いことが好ましく、その電位掃引の速度は限定されるわけではないが、1mV/s以上1000mV/s以下の範囲内にあることが好ましい。また、定電位印加処理の場合、限定されるわけではないが、Ag/AgCl参照電極を用いた場合、参照電極に対し、電解電位−1.50V以上であって0Vより低いことが好ましい。なおその電位印加時間は1秒以上1時間以下の範囲内にあることが好ましい。   Moreover, in this means, although not limited, it is preferable that the negative potential is performed by a potential sweep process or a constant potential application process. In the case of the potential sweep process, although not limited, when an Ag / AgCl reference electrode is used, the electrolytic potential is preferably −1.50 V or more and lower than 0 V with respect to the reference electrode. The speed of the sweep is not limited, but is preferably in the range of 1 mV / s to 1000 mV / s. In the case of the constant potential application treatment, although not limited, when an Ag / AgCl reference electrode is used, the electrolytic potential is preferably -1.50 V or higher and lower than 0 V with respect to the reference electrode. The potential application time is preferably in the range of 1 second to 1 hour.

また、本手段において、限定されるわけではないが、負の電位は、ビオロゲンが一電子還元される電位以下であることが好ましい。   Moreover, in this means, although it is not necessarily limited, it is preferable that a negative electric potential is below the electric potential at which a viologen is reduced by one electron.

また、本手段において、限定されるわけではないが、印加される負の電位は、−1.50V以上0V未満の範囲内であることが好ましい。   Moreover, in this means, although it does not necessarily limit, it is preferable that the negative electric potential applied exists in the range of -1.50V or more and less than 0V.

また、上記課題を解決するための他の手段は、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーである。ここで「ビオロゲンナノ・マイクロワイヤー」とは、径がマイクロ若しくはナノサイズである棒状・ひも状又はヒゲ状の微細構造物であり、ビオロゲン分子が規則的に配列することによって実現される擬一次元構造体をいい、中空のチューブ構造も含む。   Moreover, the other means for solving the said subject is a viologen nanomicrowire. Here, “viologen nano / microwire” is a micro- or nano-sized rod-like / string-like or beard-like microstructure, and is a quasi-one-dimensional structure realized by regular arrangement of viologen molecules. This refers to a structure, including a hollow tube structure.

以上により、これまで作製例のなかったビオロゲンナノ・マイクロワイヤーを製造することができる。なお、本発明により得られるビオロゲンナノ・マイクロワイヤーは、今まで報告された例はなく、ナノ・マイクロサイズの電子移動化学反応システムの開発や新しい超高精細ディスプレイの開発の端緒になると期待できる。   As described above, a viologen nano-microwire that has not been prepared in the past can be manufactured. The viologen nano / microwire obtained by the present invention has not been reported so far, and can be expected to be the beginning of the development of a nano / micro size electron transfer chemical reaction system and the development of a new ultra high definition display.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例に狭く限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the present invention can be implemented in many different forms, and is not limited to the following embodiments and examples.

本実施形態のビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法は、ビオロゲン膜を形成し、このビオロゲン膜に電位掃引処理又は定電位電解処理を行うことを特徴の一つとする。   The viologen nano / microwire manufacturing method of the present embodiment is characterized in that a viologen film is formed, and a potential sweep process or a constant potential electrolytic process is performed on the viologen film.

ビオロゲン膜を形成する工程は、種々の方法により作製することができ、限定されるわけではないが、まずミセル電解法により得る方法が好適である。特にミセル電解法は、常温・常圧下で行うことができ、熱に対して不安定なビオロゲン化合物に対してより好適に用いることができる。   The step of forming a viologen film can be produced by various methods, and is not limited, but a method obtained by a micellar electrolysis method is preferable. In particular, the micellar electrolysis method can be performed at room temperature and normal pressure, and can be more suitably used for a viologen compound that is unstable to heat.

ミセル電解法とは、水不溶性物質を界面活性剤及び支持電解質を含む溶液に分散させ、更に、この溶液を電極を用いて電気分解し、電極上に水不溶性物質の膜を形成する手法をいう。ミセル分解法としては限定されるわけではないが、例えば、(1)K.Hoshino,T.Saji、Journal of The American Chemical Society、109巻、5881−5883頁、1987年、(2)K.Hoshino,T.Saji、Chemistry Letters、1439−1442頁、1987年、(3)K.Hoshino,M.Goto,T.Saji、Chemistry Letters、547−550頁、1988年、(4)T.Saji,K.Hoshino,Y.Ishii,M.Goto、Journal of The American Chemical Society、113巻、450−456頁、1991年に記載の方法を採用できる。   The micelle electrolysis method is a technique in which a water-insoluble substance is dispersed in a solution containing a surfactant and a supporting electrolyte, and this solution is electrolyzed using an electrode to form a film of the water-insoluble substance on the electrode. . Although it does not necessarily limit as a micelle decomposition method, For example, (1) K. Hoshino, T .; Saji, Journal of The American Chemical Society, 109, 5881-5883, 1987, (2) K. et al. Hoshino, T .; Saji, Chemistry Letters, pages 1439-1442, 1987, (3) K. et al. Hoshino, M .; Goto, T .; Saji, Chemistry Letters, 547-550, 1988, (4) T. et al. Saji, K .; Hoshino, Y .; Ishii, M .; The method described in Goto, Journal of The American Chemical Society, 113, 450-456, 1991 can be employed.

ミセル電解法において、界面活性剤を水に溶解すると、界面活性剤が100分子程度会合してミセルと呼ばれる球状の分子集合体を形成する。この溶液にビオロゲンを投入し、分散処理を施すと、ミセルの中にビオロゲン分子が可溶化される。そして、電極に界面活性剤が酸化される電位を印加すると界面活性剤がイオン化し、親水性が増加するので、もはやミセルを形成せずミセルが開裂する。そうすると、可溶化されていたビオロゲン分子がミセルから放出されるが、ビオロゲン分子としては水に不溶性のものを使用しているため、電極基板上に析出し、膜を形成することになる。   In the micellar electrolysis method, when the surfactant is dissolved in water, about 100 molecules of the surfactant are associated to form a spherical molecular aggregate called a micelle. When viologen is added to this solution and subjected to dispersion treatment, viologen molecules are solubilized in the micelles. When a potential at which the surfactant is oxidized is applied to the electrode, the surfactant is ionized and the hydrophilicity increases, so that the micelle no longer forms and the micelle is cleaved. Then, the solubilized viologen molecule is released from the micelle. However, since the viologen molecule is insoluble in water, it is deposited on the electrode substrate to form a film.

ミセル電解法に用いられる界面活性剤としては、限定されるわけではないがフェロセンを含む界面活性剤であることが特に好ましく、例えばフェロセンを含むポリオキシエチレングリコール、アルキルアンモニウム塩又はピリジニウム塩が好ましい。界面活性剤は、濃度が高ければ高いほど水不溶性物質の可溶化量を大きくすることができるため、短時間の電解で(現実的な速度で)水不溶性物質の膜を形成するためには高いことが望ましい。しかしながら、界面活性剤の濃度が高すぎると、溶液粘度が上昇し、電解堆積の速度が減少してしまうため、界面活性剤の濃度の現実的な上限は1M程度が好ましい。   The surfactant used in the micelle electrolysis method is not particularly limited, but is particularly preferably a surfactant containing ferrocene, and for example, polyoxyethylene glycol, alkylammonium salt or pyridinium salt containing ferrocene is preferred. The higher the concentration of the surfactant, the larger the amount of solubilization of the water-insoluble substance, so that it is high for forming a film of the water-insoluble substance in a short period of electrolysis (at a realistic rate). It is desirable. However, if the concentration of the surfactant is too high, the solution viscosity increases and the rate of electrolytic deposition decreases, so the practical upper limit of the surfactant concentration is preferably about 1M.

支持電解質は、電気分解において必須の成分であり、水に十分溶解し、電気分解されにくいカチオン又はアニオンを構成要素とするものが好ましく、限定されるわけではないが、カチオンに注目すれば例えばリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩の少なくともいずれかを用いることが好ましく、アニオンに注目すれば例えばハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩又はリン酸塩の少なくともいずれかを用いることが好ましい。なお、リチウム塩、ナトリウム塩の場合は、過塩素酸塩であることも好ましい。支持電解質の濃度は、限定されるわけではないが0.001M以上溶解度以下であることが好ましく、0.01M以上1M以下であることがより好ましい。   The supporting electrolyte is an essential component in the electrolysis, and is preferably a cation or anion that is sufficiently dissolved in water and difficult to electrolyze, and is not limited. It is preferable to use at least one of a salt, a sodium salt, a potassium salt, and a calcium salt. When attention is paid to the anion, for example, at least one of a halide, a sulfate, a nitrate, or a phosphate is preferably used. In the case of lithium salt and sodium salt, perchlorate is also preferable. The concentration of the supporting electrolyte is not limited, but is preferably 0.001 M or more and solubility or less, and more preferably 0.01 M or more and 1 M or less.

ミセル電解法に用いられる溶媒としては、水を含むことが簡便で非常に好ましいが、このほか水と相溶性を示す有機溶媒(例えばエタノール、メタノール、アセトニトリル、γ―ブチロラクトン、N−メチルピロリジノン)の混合溶媒も好ましい。   As a solvent used in the micellar electrolysis method, it is convenient and highly preferable to contain water, but other organic solvents that are compatible with water (for example, ethanol, methanol, acetonitrile, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidinone). Mixed solvents are also preferred.

本実施形態において用いられる水不溶性物質はビオロゲンであり、ビオロゲンとしては水に難溶性である以外は特段に限定されず、市販されているものも使用することができる。ビオロゲンの一般式(1)を以下に記すが、一般式(1)中、R〜R10は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。また、互いに連結して環を形成してもよい。
The water-insoluble substance used in the present embodiment is a viologen, and the viologen is not particularly limited except that it is hardly soluble in water, and a commercially available one can also be used. The general formula (1) of viologen is described below. In general formula (1), R 1 to R 10 may be the same as or different from each other, and represent a hydrogen atom or a substituent. Further, they may be connected to each other to form a ring.

ミセル電解法で用いられるビオロゲンの分散量(可溶化量)は、ミセル電解法で使用されるフェロセンを有する界面活性剤の濃度に比例して増大させることができる。限定されるわけではないが、上記のとおり界面活性剤の濃度の現実的な上限が1M程度であるとすれば、ビオロゲンの分散量(可溶化量)としては75mM程度である。   The dispersion amount (solubilization amount) of the viologen used in the micellar electrolysis method can be increased in proportion to the concentration of the surfactant having ferrocene used in the micelle electrolysis method. Although not limited, if the realistic upper limit of the surfactant concentration is about 1M as described above, the viologen dispersion amount (solubilization amount) is about 75 mM.

ミセル電解法のための電解セルとしては、膜形成のための動作電極、動作電極と対峙する対向電極及び電位の基準となる参照電極の3本の電極を用いる3電極式セル、または、動作電極と対向電極だけを用いる2電極式セルを用いることができる。なお、動作電極の電位を基準となる参照電極に対して厳密に規定することのできる3電極式セルは、ビオロゲン膜を再現性良く作製することができる点においてより好ましい。   As an electrolytic cell for the micelle electrolysis method, a three-electrode cell using three electrodes, that is, a working electrode for film formation, a counter electrode facing the working electrode, and a reference electrode serving as a potential reference, or a working electrode A two-electrode cell using only the counter electrode can be used. Note that a three-electrode cell in which the potential of the working electrode can be strictly defined with respect to a reference electrode serving as a reference is more preferable in that a viologen film can be manufactured with good reproducibility.

動作電極は、3電極式電解セル及び2電極式セルのいずれの場合においても、電極酸化に対して安定な物質であれば良く、限定されるわけではないが例えば酸化インジウムスズ(以下「ITO」と略記する。)や酸化錫が塗布された透明ガラス電極、白金電極、金電極、グラシーカーボン電極を好適に用いることができる。また、対向電極としては、それらの電極材料に加え、ステンレスや銅板などの金属電極も好適に用いることができる。また参照電極は、限定されるわけではないが例えば銀・塩化銀電極(Ag/AgCl電極)、飽和カロメル電極を好適に用いることができる。   The working electrode may be any material that is stable against electrode oxidation in any of the three-electrode type electrolytic cell and the two-electrode type cell. For example, indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”) is not limited. And a transparent glass electrode, a platinum electrode, a gold electrode, and a glassy carbon electrode coated with tin oxide can be suitably used. Further, as the counter electrode, in addition to these electrode materials, a metal electrode such as stainless steel or a copper plate can be suitably used. The reference electrode is not limited, but for example, a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl electrode) or a saturated calomel electrode can be preferably used.

3電極式電解セルを用いてビオロゲン膜を形成する場合、動作電極に印加する電位は、限定されるわけではないが、例えば参照電極に銀・塩化銀電極(Ag/AgCl電極)を用いた場合、+0.1V以上+1.5V以下の範囲内にあることが好ましく、+0.28V以上+1V以下の範囲内にあることがより好ましい。+0.1V以上であれば界面活性剤の酸化を十分に進行させることができ、+0.28V以上であればこれがより顕著となる。また+1.5V以下とすることで水の電解反応を防ぎ膜形成の効率を良好に維持することができ、+1V以下とすることでこの効果がより顕著となる。   When a viologen film is formed using a three-electrode electrolytic cell, the potential applied to the working electrode is not limited. For example, when a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl electrode) is used as the reference electrode , + 0.1V or more and + 1.5V or less is preferable, and + 0.28V or more and + 1V or less is more preferable. If it is +0.1 V or more, the oxidation of the surfactant can be sufficiently advanced, and if it is +0.28 V or more, this becomes more remarkable. Moreover, by making it + 1.5V or less, the electrolytic reaction of water can be prevented and the efficiency of film formation can be maintained favorably, and by making it + 1V or less, this effect becomes more remarkable.

2電極式電解セルを用いてビオロゲン膜を形成する場合、動作電極に印加する電位は、限定されるわけではないが、例えば対向電極に対して+0.4V以上+3V以下の範囲内にあることが好ましく、+0.5V以上+1V以下の範囲内にあることがより好ましい。+0.4V以上とすることで界面活性剤の酸化を十分進行させることができ、+0.5V以上でこの効果がより顕著となる。また+3V以下とすることで水の電解反応を防ぎ膜形成の効率を良好に維持することができ、+1V以下でこの効果がより顕著となる。   When a viologen film is formed using a two-electrode electrolytic cell, the potential applied to the working electrode is not limited, but may be in the range of +0.4 V to +3 V with respect to the counter electrode, for example. Preferably, it is in the range of + 0.5V or more and + 1V or less. By setting it to +0.4 V or more, the oxidation of the surfactant can be sufficiently advanced, and at +0.5 V or more, this effect becomes more remarkable. Moreover, the electrolytic reaction of water can be prevented by setting it to +3 V or less, and the efficiency of film formation can be maintained favorably, and this effect becomes more remarkable at +1 V or less.

ミセル電解法における電気分解の時間(ビオロゲン膜の堆積時間)としては、ビオロゲン膜を析出させることができる限りにおいて限定されるわけではないが、上記印加電圧の範囲内において1分以上5時間以下の範囲内において行うことが好ましく、10分以上2時間以下の範囲内において行うことがより好ましい。   The time for electrolysis in the micellar electrolysis method (deposition time for the viologen film) is not limited as long as the viologen film can be deposited, but it is 1 minute or more and 5 hours or less within the range of the applied voltage. It is preferably performed within the range, and more preferably within the range of 10 minutes to 2 hours.

また、この電気分解の温度としてはビオロゲン膜を析出させることができる限りにおいて限定されるわけではないが、0℃以上60℃以下の範囲内にあることが好ましい。   The electrolysis temperature is not limited as long as the viologen film can be deposited, but is preferably in the range of 0 ° C. or more and 60 ° C. or less.

また、この電気分解は非常に低電位で行われるため、大気中で行うことができる。電解液中の不純物の酸化など、生成した膜を汚染する可能性を回避する観点から、窒素ガスやアルゴンガス雰囲気中で行うこと、が好ましいが、汚染の心配はほとんど無い。   Moreover, since this electrolysis is performed at a very low potential, it can be performed in the atmosphere. From the viewpoint of avoiding the possibility of contaminating the formed film, such as oxidation of impurities in the electrolytic solution, it is preferable to carry out in a nitrogen gas or argon gas atmosphere, but there is almost no fear of contamination.

なお、ミセル電解法においてビオロゲン膜を形成する場合、溶液中に酸素が多く存在すると電極反応に影響を与えてしまう虞があるため、不活性ガス(窒素ガスやアルゴンガス)によるバブリングを行うことも有用である。   When forming a viologen film in the micellar electrolysis method, if there is a large amount of oxygen in the solution, the electrode reaction may be affected. Therefore, bubbling with an inert gas (nitrogen gas or argon gas) may be performed. Useful.

また、本実施形態に係るビオロゲン膜を形成する工程は、ミセル電解法のほか、例えば真空蒸着法、マイナスイオン部位を含むナフィオンとビオロゲンとを複合化し、製膜する方法、も挙げることができる。   Moreover, the process of forming the viologen film | membrane which concerns on this embodiment can also mention the method of forming into a film by compounding Nafion and a viologen containing a negative ion site | part other than a micelle electrolysis method, for example.

真空蒸着法による方法としては、限定されるわけではないが、例えば、“Akio Yasuda and Jun’etsu Seto、Electronchromic properties of Vvacuum−evaporated organic thin films Part3. The case of 4,4’−dicyanophenyl viologen、Journal of Electroanalytical Chemistry、 283巻、197−204頁、1990年”に記載の方法を用いることができる。   The method by the vacuum deposition method is not limited, but for example, “Aki Yasuda and Jun'etu Seto, Electrochemical properties of Vvacum-evaporated organic thin film Part3. of Electroanalytical Chemistry, 283, 197-204, 1990 ”.

また、マイナスイオン部位を含むナフィオンとビオロゲンとを複合化し、製膜する方法としては、限定されるわけではないが、例えば“Xuejiang Wang,Sergei V Dzyadevych,Jean−Marc Chovelon,Nicole Jafferzic Renault,Ling Chen,Siqing Xia,Janfu Zhao,Development of a conductometric nitrate biosensor based on Methylviologen/Nafion composite film、Electrochemistry Communications、8巻、201−205頁、2006年”に記載の方法を用いることができる。   In addition, a method for forming a film by forming a complex of Nafion containing a negative ion site and viologen and forming a film is not limited. , Siqing Xia, Janfu Zhao, Development of a conductive metricate biosensor based on Methylviogen / Nafion composite film, 201

また、本実施形態に係るビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法は、作製したビオロゲン膜に対し、負の電位を印加することでナノ・マイクロワイヤー構造へと変換することができる。この負の電位としては、ビオロゲンの種類により適宜変化するものであるが、一般式(1)で示されるビオロゲンをV2+とすると、V2++e→Vで表現される一電子還元反応の起こる電位以下であることが好ましく、具体的には、−1.50V以上であって、0V未満であることが好ましい。なお、負の電位を印加する方法は限定されるわけではないが電位掃引処理又は定電位印加処理が好ましい。 Moreover, the manufacturing method of the viologen nano microwire which concerns on this embodiment can convert into the nanomicrowire structure by applying a negative electric potential with respect to the produced viologen film | membrane. This negative potential varies depending on the type of viologen, but when the viologen represented by the general formula (1) is V 2+ , a one-electron reduction reaction represented by V 2+ + e → V + occurs. The potential is preferably equal to or lower than the electric potential. Specifically, it is preferably −1.50 V or higher and lower than 0 V. A method for applying a negative potential is not limited, but a potential sweep process or a constant potential application process is preferable.

電位掃引処理とは、支持電解質を含む溶液に一対の電極を浸漬し、一定の速度で電位を変化させつつ印加する処理をいい、定電位印加処理とは、支持電解質を含む溶液に一対の電極を浸漬し、一定の電位を一定の時間印加する処理をいう。   The potential sweep process is a process in which a pair of electrodes is immersed in a solution containing the supporting electrolyte and applied while changing the potential at a constant rate. The constant potential application process is a pair of electrodes in the solution containing the supporting electrolyte. Is applied, and a constant potential is applied for a certain period of time.

電位掃引処理、定電位印加処理において用いられる溶液に含まれる支持電解質、溶媒については、上記ミセル電解法と同じものを採用することができ、用いられる電解セルにおいて同じである。更に、電極においても同様であるが、そのうちの一つにビオロゲン膜が形成されているものを用いる点が異なる。ただし、電位掃引処理、定電位印加処理の溶液においては、水と、水と相溶性のある溶媒とを含んでいる溶液であることが必要である。この比率については限定されないが、体積比で1:9〜9:1の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは1:5〜5:1の範囲内である。   As for the supporting electrolyte and the solvent contained in the solution used in the potential sweep process and the constant potential application process, the same ones as in the above micelle electrolysis method can be adopted, and the same applies in the electrolytic cell used. Further, the same applies to the electrodes, except that one having a viologen film formed thereon is used. However, the solution for the potential sweep process and the constant potential application process needs to be a solution containing water and a solvent compatible with water. Although this ratio is not limited, the volume ratio is preferably in the range of 1: 9 to 9: 1, more preferably in the range of 1: 5 to 5: 1.

なお、ビオロゲン膜を形成する工程としてミセル電解法を用いた場合、そのミセル電解法において用いた系をそのまま電位掃引処理又は定電位印加処理に用いることができるが、別の溶液を調整して用いることもより好ましい。電位掃引処理、定電位印加処理においては水と、水と相溶性のある溶媒と、を含んでいる溶液であることが必要となるが、ミセル電解法においては溶媒として水のみを用いることが好ましい。   In addition, when the micelle electrolysis method is used as the step of forming the viologen film, the system used in the micelle electrolysis method can be used as it is for the potential sweep process or the constant potential application process, but another solution is prepared and used. It is also more preferable. In the potential sweep process and the constant potential application process, it is necessary to be a solution containing water and a solvent compatible with water, but in the micellar electrolysis method, it is preferable to use only water as a solvent. .

以上、本方法により初めて製造されるビオロゲンナノ・マイクロワイヤーは、構造が制御された、換言すれば電子移動の方向が一次元に限定されているため、例えばマイクロリアクターやマイクロ化学分析システム(MEMS)へと展開することができる。また、ナノ・マイクロの細さの領域の色変化を酸化還元反応によりコントロールできるため、超微細エレクトロクロミックディスプレイとしても利用可能となると考えられる。   As described above, the viologen nano / microwire manufactured for the first time by this method has a controlled structure, in other words, the direction of electron transfer is limited to one dimension. For example, a microreactor or a microchemical analysis system (MEMS) Can be deployed. In addition, since the color change in the nano-micro area can be controlled by oxidation-reduction reaction, it can be used as an ultra-fine electrochromic display.

上記実施形態に係るビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法を用い、実際にビオロゲンナノ・マイクロワイヤーを作製し、本発明の効果を確認した。以下説明する。   Using the method for producing a viologen nano / microwire according to the above embodiment, a viologen nano / microwire was actually produced, and the effect of the present invention was confirmed. This will be described below.

(実施例1)
本実施例では、ミセル電解法によりビオロゲン誘導体膜を形成し、このビオロゲン誘導体膜に電位掃引処理を加えることによりビオロゲンナノ・マイクロワイヤーを作製した。
Example 1
In this example, a viologen derivative film was formed by a micellar electrolysis method, and a viologen nano-microwire was produced by applying a potential sweep process to the viologen derivative film.

(ビオロゲン分散液の組成の決定)
まず、“K.Hoshino,T.Saji、Chemistry Letters、1439−1442頁、1987年”に記載の方法により、疎水性の高い1,1’−ジドドデシル4,4’−ビピリジニウム ジブロマイド(以下「ジドデシルビオロゲン」といい、「DDV2+」と略記する。)を合成した。DDV2+の合成は、4,4‘−ビピリジンとジドデシルブロマイドを1:3.5モル比でジメチルホルムアミド溶媒中に投入・溶解し、6.5時間還流することにより行った。反応終了後、室温まで冷却して濾過を行い、残渣をアセトンで洗浄することによりDDV2+・2Brを得た。収率は91%であった。
(Determination of composition of viologen dispersion)
First, a highly hydrophobic 1,1′-didododecyl 4,4′-bipyridinium dibromide (hereinafter referred to as “didiamide”) by the method described in “K. Hoshino, T. Saji, Chemistry Letters, pages 1439-1442, 1987”. It was called “dodecyl viologen” and abbreviated as “DDV 2+ ”). DDV 2+ was synthesized by charging and dissolving 4,4′-bipyridine and didodecyl bromide in a 1: 3.5 molar ratio in a dimethylformamide solvent and refluxing for 6.5 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, filtered, and the residue was washed with acetone to obtain DDV 2 + · 2Br . The yield was 91%.

次に、上記DDV2+を10mM、市販のフェロセンを有する非イオン性タイプの界面活性剤(フェロセニルウンデシルポリエチレングリコール、以下「FPEG」と略記する。)を2mM、支持電解質としてLiBrを0.1M、水に投入し、スターラーで10分撹拌した後、ボールミルによる分散を行い(ボールミル分散機型式:Fritsch社製 Planetary micromill pulverisette 7)、分散液を得た。そして、この得られた分散液を、暗所・室温にて24時間静置し、分散しきれないビオロゲン化合物の二次粗大粒子を沈降・分離し、その上澄み液を20ml取り出し、耐熱ガラス製の2部屋タイプの電解セルの主室に入れた(2部屋は主室と副室に分けられ、それらは焼結ガラスにより隔てられている。)。そしてこの主室にITO膜が170nmコートされたガラス電極と白金板電極とを浸漬した。一方、副室にも上記の上澄み液を入れ、更に銀・塩化銀参照電極(Ag/AgCl電極)を浸漬した。 Next, the above-mentioned DDV 2+ is 10 mM, a commercially available nonionic type surfactant having ferrocene (ferrocenylundecyl polyethylene glycol, hereinafter abbreviated as “FPEG”) is 2 mM, and LiBr is 0.1 M as a supporting electrolyte. Then, the mixture was poured into water and stirred with a stirrer for 10 minutes, and then dispersed with a ball mill (ball mill disperser model: Planetary micromill pulse verifye 7 manufactured by Fritsch) to obtain a dispersion. The obtained dispersion is allowed to stand for 24 hours in the dark at room temperature, and the secondary coarse particles of the viologen compound that cannot be dispersed are settled and separated, and 20 ml of the supernatant is taken out from the heat-resistant glass. It was put into the main room of a two-room type electrolysis cell (the two rooms were divided into a main room and a sub-chamber, which were separated by sintered glass). Then, a glass electrode coated with 170 nm of ITO film and a platinum plate electrode were immersed in this main chamber. On the other hand, the above supernatant liquid was also placed in the sub chamber, and a silver / silver chloride reference electrode (Ag / AgCl electrode) was further immersed therein.

この後、Ag/AgCl電極を参照電極として電気分解用電源(ALS社製ポテンショスタット モデル750A)に接続し、参照電極に対して−0.6V〜+0.6Vの電位範囲で一定速度(20mV/s)で電位を掃引し、流れた電解電流値から分散液の組成を決定した。なお、マイナス方向に電位を掃引すると、電解液に溶存している酸素の電解電流が流れてしまうため、本実施例では電気分解前に窒素ガスを30分間バブリングして溶存酸素を除去し、測定中は水溶液上に窒素ガスを流して窒素雰囲気を保った。   Thereafter, an Ag / AgCl electrode is used as a reference electrode and connected to an electrolysis power source (potentiostat model 750A manufactured by ALS). The potential was swept in s), and the composition of the dispersion was determined from the value of the electrolysis current that flowed. In addition, since the electrolysis current of oxygen dissolved in the electrolyte flows when the potential is swept in the negative direction, nitrogen gas is bubbled for 30 minutes before electrolysis in this example to remove dissolved oxygen, and measurement A nitrogen atmosphere was maintained by flowing nitrogen gas over the aqueous solution.

図1に上記電位掃引実験(この実験手法をサイクリックボルタンメトリーという)によって得られた、電流−電位特性(サイクリックボルタンモグラム)を示す。+0.5V近傍に見られる正の酸化電流はFPEGの酸化電流(FPEG→FPEG+e)、+0.2V近傍に見られる負の電流は上記酸化によって生成したFPEG酸化体(FPEG)の還元電流(FPEG+e→FPEG)、−0.4V近傍に見られる負の電流はDDV2+の還元電流(DDV2++e→DDV)、そして−0.3V近傍に見られる正の電流は、上記還元によって生成したDDVの酸化電流(DDV→DDV2++e)を示している。なお、FPEGは100分子程度会合したミセルの状態で存在し、そのミセルの中にDDV2+がいくつか可溶化されていることに注意されたい。 FIG. 1 shows a current-potential characteristic (cyclic voltammogram) obtained by the above-described potential sweep experiment (this experimental method is called cyclic voltammetry). The positive oxidation current seen in the vicinity of +0.5 V is the oxidation current of FPEG (FPEG → FPEG + + e), and the negative current seen in the vicinity of +0.2 V is the reduction current of the FPEG oxidant (FPEG + ) generated by the above oxidation. (FPEG + + e → FPEG) , - 0.4V negative current seen in the vicinity of the DDV 2+ of reduction current (DDV 2+ + e → DDV + ), and positive current seen -0.3V vicinity, the reduction The oxidation current (DDV + → DDV 2+ + e) of DDV + generated by the above is shown. Note that FPEG exists in the form of micelles associated with about 100 molecules, and some DDV 2+ is solubilized in the micelles.

また、“渡辺 正,中林誠一郎、電子移動の化学、朝倉書店、166−171頁、1996年”に記載の方法を用いて上記電流値を詳細に解析すると、DDV2+の可溶化量を算出することができ、その値は約150μMと求められた。これは平均してFPEGが作るミセル1個にDDV2+分子が約5個可溶化されていることを示すものである。 Further, when the current value is analyzed in detail using the method described in “Masawa Watanabe, Seiichiro Nakabayashi, Electron Transfer Chemistry, Asakura Shoten, pp. 166-171, 1996”, the solubilization amount of DDV 2+ is calculated. The value was determined to be about 150 μM. This shows that, on average, about 5 DDV 2+ molecules are solubilized in one micelle made by FPEG.

上記可溶化量の決定方法を詳細に述べる。サイクリックボルタンメトリーにおいて観測されたピーク電流iは、分子が酸化還元する際にやり取りする電子数n(上述の反応の場合ではいずれも電子は1つしか関与していないのでn=1となる)、電極面積S(電極が溶液と接している幾何学的な面積)、酸化還元されるものの拡散係数D、酸化還元されるものの濃度C、および電位の掃引速度vを用いて以下の式で表される。
The method for determining the solubilized amount will be described in detail. Cyclic peak current i p observed in voltammetry (the n = 1 the electron is not only one involved both in the case of the above reaction) molecules interact number of electrons n that when the redox , Electrode area S (geometric area where the electrode is in contact with the solution), diffusion coefficient D of the material to be oxidized / reduced, concentration C of the material to be oxidized / reduced, and potential sweep rate v Is done.

したがって、掃引速度vを変えてiを測定し、iをv1/2に対してプロットすると原点を通る直線が得られる。そして、SやCの値が既知の場合、その直線の傾きからDを算出することができる。また、SやDの値が既知の場合、Cの値を算出することができる。 Therefore, the i p was measured by changing the sweep speed v, a straight line passing through the origin is obtained by plotting the i p against v 1/2. If the values of S and C are known, D can be calculated from the slope of the straight line. Further, when the values of S and D are known, the value of C can be calculated.

ここで、上記+0.5V近傍に見られる正の酸化ピーク電流(FPEGの酸化電流:FPEG→FPEG+e)に注目する。この電流は、DDV2+をいくつか可溶化したFPEGミセルが電極へ向かって拡散し、電極近傍に到達したときにFPEGが酸化される際に流れる電流である(DDV2+は反応に関与しない)。この酸化ピーク電流を掃引速度vを変えて測定し、酸化ピーク電流をv1/2に対してプロットしたところ、原点を通る直線関係が得られ、直線の傾きとして、2.6×10−4AV−1/2sec1/2(アンペア・ボルト−1/2・秒1/2)の値が得られた。FPEGの仕込み濃度は2×10−3mol/l、Sは1.0cmであるので、FPEGミセルの拡散係数Dとして2.3×10−7cmsec−1の値が得られる。 Here, attention is focused on the positive oxidation peak current (FPEG oxidation current: FPEG → FPEG + + e) seen in the vicinity of + 0.5V. This current is a current that flows when FPEG micelles having some solubilized DDV 2+ diffuse toward the electrode and oxidize FPEG when reaching the vicinity of the electrode (DDV 2+ does not participate in the reaction). When this oxidation peak current was measured while changing the sweep rate v and the oxidation peak current was plotted against v1 / 2 , a linear relationship passing through the origin was obtained, and the slope of the straight line was 2.6 × 10 −4. A value of AV −1/2 sec 1/2 (Amper Volts− 1 / 2 · sec 1/2 ) was obtained. Since the feed concentration of FPEG is 2 × 10 −3 mol / l and S is 1.0 cm 2 , a value of 2.3 × 10 −7 cm 2 sec −1 is obtained as the diffusion coefficient D of FPEG micelles.

次に、−0.4V近傍に見られる負の還元ピーク電流(DDV2+の還元電流:DDV2++e→DDV)に注目する。この電流は、DDV2+をいくつか可溶化したFPEGミセルが電極へ向かって拡散し、電極近傍に到達したときにDDV2+が還元される際に流れる電流である(FPEGは反応に関与しない)。この還元ピーク電流を掃引速度vを変えて測定し、酸化ピーク電流をv1/2に対してプロットしたところ、やはり原点を通る直線関係が得られ、直線の傾きとして、2.0×10―5AV−1/2sec1/2(アンペア・ボルト−1/2・秒1/2)の値が得られた。拡散係数は上記で求めた値2.3×10−7cmsec−1に等しく、Sは1.0cmであるので、DDV2+の可溶化量Cとして1.5×10−4mol/l(150μM)の値が得られる。 Next, attention is paid to a negative reduction peak current (DDV 2+ reduction current: DDV 2+ + e → DDV + ) seen in the vicinity of −0.4V. This current is a current that flows when DDV 2+ is reduced when some FPEG micelles solubilized in DDV 2+ diffuse toward the electrode and reach the vicinity of the electrode (FPEG does not participate in the reaction). When this reduction peak current was measured while changing the sweep rate v and the oxidation peak current was plotted against v1 / 2 , a linear relationship passing through the origin was obtained, and the slope of the straight line was 2.0 × 10 − A value of 5 AV −1/2 sec 1/2 (Amper Volts− 1 / 2 · sec 1/2 ) was obtained. Since the diffusion coefficient is equal to the value 2.3 × 10 −7 cm 2 sec −1 obtained above and S is 1.0 cm 2 , the solubilization amount C of DDV 2+ is 1.5 × 10 −4 mol / A value of l (150 μM) is obtained.

(ミセル電解法によるビオロゲン膜の作製)
次に、FPEGの酸化される電位である+0.5Vに電位を固定し、分散液の定電位電解酸化を行い、ミセル電解法の原理を利用してITO電極上にビオロゲン膜を形成した。実験システムや分散液は、上記と同一とした。ただし、この工程では負電位を印加しないので電解雰囲気は必ずしも窒素ガス雰囲気下である必要はないためバブリングは行わなかった。電解時間は30分とした。
(Production of viologen membrane by micellar electrolysis)
Next, the potential was fixed at +0.5 V, which is the potential at which FPEG is oxidized, the dispersion was subjected to constant potential electrolytic oxidation, and a viologen film was formed on the ITO electrode using the principle of micelle electrolysis. The experimental system and dispersion were the same as above. However, since no negative potential was applied in this step, bubbling was not performed because the electrolytic atmosphere does not necessarily have to be a nitrogen gas atmosphere. The electrolysis time was 30 minutes.

この定電位電解酸化の結果、ITO膜が形成されたガラス電極上に、無色透明の膜が形成された。この無色透明膜が形成されたガラス電極を蒸留水及び脱イオン化処理を施した純水で洗浄し、走査型顕微鏡(SEM、トプコン社製 ABT−32)で観察した。図2にここで得られた無色透明膜の写真、図3にその膜の走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を示す(写真下のバーの長さは20μmのスケールを示す)。図2からDDV2+膜が無色透明であることがわかる。また図3のSEM像は、膜の端の剥離させた部分の像を含むが、その部分から、確かに連続膜の形態を保っていることがわかる。さらに、膜をメタノールに溶解してその紫外可視吸収スペクトルを測定し、膜の構成分子がDDV2+であることを確認した。また、その紫外可視吸収スペクトルから、単位面積当たりに堆積したDDV2+・Brの物質量を算出すると、6.3nmol/cmとなり、これは膜厚に換算すると41nmとなる。 As a result of this constant potential electrolytic oxidation, a colorless and transparent film was formed on the glass electrode on which the ITO film was formed. The glass electrode on which the colorless transparent film was formed was washed with distilled water and deionized pure water, and observed with a scanning microscope (SEM, ABT-32 manufactured by Topcon Corporation). FIG. 2 shows a photograph of the colorless transparent film obtained here, and FIG. 3 shows a scanning electron micrograph (SEM image) of the film (the length of the bar below the photograph indicates a scale of 20 μm). FIG. 2 shows that the DDV 2+ film is colorless and transparent. Further, the SEM image of FIG. 3 includes an image of a part where the end of the film is peeled off. From this part, it can be seen that the form of the continuous film is surely maintained. Furthermore, the membrane was dissolved in methanol, and its ultraviolet-visible absorption spectrum was measured to confirm that the constituent molecule of the membrane was DDV 2+ . In addition, when the amount of DDV 2 + · Br deposited per unit area is calculated from the ultraviolet-visible absorption spectrum, it is 6.3 nmol / cm 2 , which is 41 nm when converted to a film thickness.

(ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの形成)
次に、ここで得られたDDV2+膜に電位掃引処理を施し、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの形成を行った。電位掃引処理に用いた電解質溶液としては、アセトニトリルと水を体積比で1:4で混合した混合溶媒中に、支持電解質として過塩素酸リチウム(LiClO)0.1Mを溶解したものを採用した。そしてその電解液を耐熱ガラス製の2部屋タイプの電解セルの主室に入れた。そしてこの主室に、ビオロゲン膜が形成されたITO電極と、白金板電極とを浸漬し、副室にも上記の水溶液を入れ、更に銀・塩化銀参照電極(Ag/AgCl電極)を浸漬した。
(Formation of viologen nano / micro wires)
Next, a potential sweep process was performed on the DDV 2+ film obtained here to form viologen nano-microwires. As the electrolyte solution used for the potential sweep process, a solution in which 0.1 M lithium perchlorate (LiClO 4 ) was dissolved as a supporting electrolyte in a mixed solvent in which acetonitrile and water were mixed at a volume ratio of 1: 4 was adopted. . Then, the electrolytic solution was put into a main chamber of a two-room type electrolytic cell made of heat-resistant glass. Then, an ITO electrode on which a viologen film is formed and a platinum plate electrode are immersed in this main chamber, the above aqueous solution is also placed in the sub chamber, and a silver / silver chloride reference electrode (Ag / AgCl electrode) is further immersed. .

この後、Ag/AgCl電極を参照電極として電気分解用電源(ALS社製ポテンショスタット モデル750A)に接続し、参照電極に対して0V〜−1.0Vの電位範囲で一定速度(20mV/s)で電位を掃引した。電位掃引回数は10回とした。   Thereafter, an Ag / AgCl electrode is used as a reference electrode and connected to an electrolysis power source (potentiostat model 750A manufactured by ALS), and a constant speed (20 mV / s) in a potential range of 0 V to -1.0 V with respect to the reference electrode. The potential was swept with. The number of potential sweeps was 10.

図4に、上記電位処理によって得られた電流―電位特性(サイクリックボルタンモグラム)を示す。−0.6V付近にDDV2+の一電子還元(DDV2++e→DDV)に起因する還元波を示したが、徐々にその電流値が減少した。なお、“藤島 昭,相澤益男,井上 徹、電気化学測定法(下)、技報堂出版、442−444頁、1984年”による取り扱いにより、第1掃引の電位処理によって上記一電子還元反応に関与するDDV2+の割合を算出したところ、膜を構成するDDV2+のうち、50%程度のDDV2+分子が上記還元反応に関わることが判明した。 FIG. 4 shows current-potential characteristics (cyclic voltammograms) obtained by the above-described potential processing. One-electron reduction of DDV 2+ around -0.6V (DDV 2+ + e → DDV +) showed a reduction wave due to, the current value is gradually decreased. In addition, it is involved in the one-electron reduction reaction by the potential treatment of the first sweep by handling according to “Akira Fujishima, Masuo Aizawa, Toru Inoue, Electrochemical Measurement Method (bottom), Gihodo Publishing, pp. 442-444, 1984”. was calculated the ratio of DDV 2+, among DDV 2+ constituting the membrane, DDV 2+ molecules of about 50% was found to be involved in the reduction reaction.

上記一電子還元反応に関与するDDV2+の割合の算出法を詳細に述べる。電極上に吸着した吸着種のサイクリックボルタンメトリーにおいて、観測されたピーク電流iは、分子が酸化還元する際にやり取りする電子数n(DDV2+の還元の場合では電子は1つしか関与していないのでn=1となる)、電極面積S(電極が溶液と接している幾何学的な面積)、酸化還元されるものの担持量Γ(mol/cm)、ファラデー定数F、気体定数R、測定温度T、および電位の掃引速度vを用いて以下の式で表される。
したがって、Γの値が既知の場合、一定の掃引速度vにおいて流れる電流iを算出することができる。上述のように、実験で用いたDDV2+膜のΓの値は6.3×10−9mol/cmであり、また、v=0.020V/secであるので、iの値として120μAが得られる。しかしながら実際に第1掃引の−0.6V付近に観察された電流値は60μA程度であることから(図4参照)、膜を構成するDDV2+のうち、50%程度のDDV2+分子が上記還元反応に関わることがわかる。
A method for calculating the ratio of DDV 2+ involved in the one-electron reduction reaction will be described in detail. In the adsorbed species of the cyclic voltammetry adsorbed on the electrode, the observed peak current i p is the case molecule of reducing the number of electrons n (DDV 2+ exchanging when redox electrons have only one involved N = 1), electrode area S (geometric area where the electrode is in contact with the solution), supported amount Γ (mol / cm 2 ) of what is oxidized / reduced, Faraday constant F, gas constant R, The measurement temperature T and the potential sweep rate v are used to express the following equation.
Therefore, if the value of Γ is known, it is possible to calculate the current i p flowing at a constant sweep rate v. As described above, the value of Γ in DDV 2+ film used in the experiment is 6.3 × 10 -9 mol / cm 2 , also, since it is v = 0.020V / sec, 120μA as the value of i p Is obtained. However in practice the current value observed in the vicinity of -0.6V of the first sweep since it is about 60 .mu.A (see FIG. 4), among the DDV 2+ constituting the membrane, the reduction DDV 2+ molecules of about 50% It turns out to be involved in the reaction.

この電位掃引の後、ビオロゲン膜が形成されたITO電極を電解液から取り出し、アセトニトリルと水の混合溶媒で洗浄を行った後、SEM観察を行った。図5に、上記電位掃引処理により形成された構造物を示す。ITO表面上に多数のマイクロワイヤー状の構造物が形成された。また、その直径はナノのサイズのものも存在した(図6)。また、斜め方向からのSEM観察により、ワイヤーの断面形状の観察を行った。その結果、断面は六角型(図7)や長方形(図8)の形態を有することが判明した。さらに、一部破断したワイヤー構造を探し、その断面構造を観察したところ、中空のチューブ状の構造を示唆するワイヤーも観察された(図9)。   After this potential sweep, the ITO electrode on which the viologen film was formed was taken out of the electrolytic solution, washed with a mixed solvent of acetonitrile and water, and then subjected to SEM observation. FIG. 5 shows a structure formed by the potential sweep process. A number of microwire-like structures were formed on the ITO surface. In addition, there was a nano-sized diameter (FIG. 6). Moreover, the cross-sectional shape of the wire was observed by SEM observation from an oblique direction. As a result, it was found that the cross section had a hexagonal shape (FIG. 7) and a rectangular shape (FIG. 8). Furthermore, when a partially broken wire structure was searched and the cross-sectional structure was observed, a wire suggesting a hollow tube-like structure was also observed (FIG. 9).

また、以上の構造物は、DDV2+膜と同様にメタノールに溶解するので、そのメタノール溶解溶液の紫外可視吸収スペクトルを測定した。そして、その構造物がDDV2+からなることを確認した。 Moreover, since the above structure is dissolved in methanol similarly to the DDV 2+ membrane, the ultraviolet-visible absorption spectrum of the methanol-dissolved solution was measured. And it confirmed that the structure consisted of DDV2 + .

以上、本実施例によると、DDV2+膜をミセル電解法によって析出させ、このDDV2+膜に対して電位掃引処理を施すことで、DDV2+から成るナノ・マイクロワイヤー(ナノ・マイクロチューブを含む)構造を得ることができた。 As described above, according to the present embodiment, a DDV 2+ film is deposited by micellar electrolysis, and a potential sweep process is performed on the DDV 2+ film to thereby form a nano / micro wire (including a nano / micro tube) made of DDV 2+. The structure could be obtained.

(比較例1:水中での電位掃引処理)
本比較例は、アセトニトリルと水から成る混合溶媒の代わりに、水中で電位掃引処理を行った点が異なるが、それ以外は実施例1と同様の方法で行った。
(Comparative Example 1: Potential sweep process in water)
The present comparative example was different from the mixed solvent consisting of acetonitrile and water in that a potential sweep process was performed in water, but the rest was performed in the same manner as in Example 1.

まず、水溶液として過塩素酸リチウムを0.1M溶解した水溶液を調製し、耐熱ガラス製の2部屋タイプの電解セルの主室と副室にそれぞれ入れた。そして、実施例1と同様の工程を用いて得たDDV2+膜が形成されたITOガラス電極を主室に白金板電極とともに浸漬した。なお副室にはAg/AgCl電極を浸漬した。そして、ITOガラス電極を動作電極、白金板電極を対向電極、Ag/AgCl電極を参照電極とし、参照電極に対して0V〜−1.0Vの電位範囲で一定速度(20mV/s)で電位を掃引した。電位掃引回数は10回とした。 First, an aqueous solution in which 0.1 M of lithium perchlorate was dissolved was prepared as an aqueous solution, and each was put into a main chamber and a sub chamber of a two-room type electrolytic cell made of heat-resistant glass. And the ITO glass electrode in which the DDV2 + film | membrane formed using the process similar to Example 1 was formed was immersed with the platinum plate electrode in the main chamber. An Ag / AgCl electrode was immersed in the sub chamber. The ITO glass electrode is the working electrode, the platinum plate electrode is the counter electrode, and the Ag / AgCl electrode is the reference electrode. The potential is applied at a constant speed (20 mV / s) in the potential range of 0 V to -1.0 V with respect to the reference electrode. Swept. The number of potential sweeps was 10.

この結果、電流がほとんど流れず(膜の疎水性が高く、水電解液との親和性が極めて低いためほとんど電流が流れない)、また水の高い表面張力によりDDV2+膜の一部剥離が生じてしまっていることが確認された。 As a result, almost no electric current flows (the electric current hardly flows because the hydrophobicity of the membrane is high and the affinity with the water electrolyte solution is extremely low), and the DDV 2+ membrane partially peels due to the high surface tension of water. It has been confirmed that.

(比較例2:アセトニトリル中での電位掃引処理)
本比較例は、アセトニトリルと水から成る混合溶媒の代わりに、アセトニトリル中で電位掃引処理を行った点が異なるが、それ以外は実施例1と同様の方法で行った。
(Comparative Example 2: Potential sweep process in acetonitrile)
In this comparative example, the potential sweep process was performed in acetonitrile instead of the mixed solvent composed of acetonitrile and water, but the other methods were performed in the same manner as in Example 1.

まず、過塩素酸リチウムを0.1M溶解したアセトニトリル溶液を調製し、耐熱ガラス製の2部屋タイプの電解セルの主室と副室にそれぞれ入れた。そして、実施例1と同様の工程を用いて得たDDV2+膜が形成されたITOガラス電極を主室に白金板電極とともに浸漬した。なお副室にはAg/AgCl電極を浸漬した。そして、ITOガラス電極を動作電極、白金板電極を対向電極、Ag/AgCl電極を参照電極とし、参照電極に対して0V〜―1.0Vの電位範囲で一定速度(20mV/s)で電位を掃引した。電位掃引回数は10回とした。 First, an acetonitrile solution in which 0.1 M of lithium perchlorate was dissolved was prepared and placed in a main chamber and a sub chamber of a two-room type electrolytic cell made of heat-resistant glass. And the ITO glass electrode in which the DDV2 + film | membrane formed using the process similar to Example 1 was formed was immersed with the platinum plate electrode in the main chamber. An Ag / AgCl electrode was immersed in the sub chamber. The ITO glass electrode is the working electrode, the platinum plate electrode is the counter electrode, the Ag / AgCl electrode is the reference electrode, and the potential is applied at a constant speed (20 mV / s) in the potential range of 0 V to -1.0 V with respect to the reference electrode. Swept. The number of potential sweeps was 10.

この結果、電位掃引中にDDV2+膜が徐々にアセトニトリル電解液中に溶出してしまうことが確認された。 As a result, it was confirmed that the DDV 2+ membrane gradually eluted into the acetonitrile electrolyte during the potential sweep.

以上、本比較例により、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーを得る方法において、電位掃引処理の溶媒としては、ビオロゲン化合物に対して適当な親水性―疎水性バランスを有する溶媒が必要なことを確認した。   As described above, according to this comparative example, in the method for obtaining viologen nano-microwires, it was confirmed that a solvent having an appropriate hydrophilicity-hydrophobicity balance with respect to the viologen compound was required as the solvent for the potential sweep treatment.

(実施例2)
本実施例は実施例1と同様であるが、ミセル電解法によるDDV2+膜の堆積時間を60分とした点のみが異なる。そしてそのときに得られたDDV2+膜の膜厚は、74nmである。この結果、実施例1と同様、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤー(中空のチューブ構造を含む)を得ることができることを確認した。
(Example 2)
This example is the same as Example 1, except that the deposition time of the DDV 2+ film by the micelle electrolysis method is set to 60 minutes. The film thickness of the DDV 2+ film obtained at that time is 74 nm. As a result, as in Example 1, it was confirmed that viologen nano-microwires (including a hollow tube structure) could be obtained.

(実施例3)
本実施例は実施例1と同様であるが、ミセル電解法によるDDV2+膜の堆積時間を90分とした点のみが異なる。そしてそのときに得られたDDV2+膜の膜厚は、67nmである。堆積時間60分のものと比べて膜厚が減少したのは、堆積時間が長くなると、それだけ生成したDDV2+膜が電解液に曝されている時間が長くなり、電解液中のDDV2+が堆積するよりも、膜中のDDV2+が溶解する速度の方が勝ったためと考えられる。しかしながら、DDV2+膜が形成され、その結果、実施例1と同様、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤー(中空のチューブ構造を含む)を得ることができることを確認した。
(Example 3)
This example is the same as Example 1, except that the deposition time of the DDV 2+ film by the micelle electrolysis method is 90 minutes. The film thickness of the DDV 2+ film obtained at that time is 67 nm. The film thickness was reduced compared with the deposition time of 60 minutes because the longer the deposition time, the longer the time that the generated DDV 2+ film was exposed to the electrolytic solution, and the deposition of DDV 2+ in the electrolytic solution was increased. This is probably because the rate of dissolution of DDV 2+ in the film was superior. However, a DDV 2+ film was formed, and as a result, it was confirmed that viologen nano-microwires (including a hollow tube structure) could be obtained as in Example 1.

(実施例4)
本実施例は実施例1と同様であるが、ミセル電解法によるDDV2+膜の堆積時間を120分とした点のみが異なる。そしてそのときに得られたDDV2+膜の膜厚は、65nmである。この場合もやはり堆積時間60分のものと比べて膜厚が減少したが、その理由もやはり堆積時間が長くなると、それだけ生成したDDV2+膜が電解液に曝されている時間が長くなり、電解液中のDDV2+が堆積するよりも、膜中のDDV2+が溶解する速度の方が勝ったためと考えられる。しかしながら、DDV2+膜が形成され、その結果、実施例1と同様、ビオロゲンナノ・マイクロワイヤー(中空のチューブ構造を含む)を得ることができることを確認した。
Example 4
This example is the same as Example 1, except that the deposition time of the DDV 2+ film by the micelle electrolysis method is 120 minutes. The film thickness of the DDV 2+ film obtained at that time is 65 nm. In this case as well, the film thickness was reduced as compared with the deposition time of 60 minutes. The reason is that the longer the deposition time, the longer the time that the generated DDV 2+ film is exposed to the electrolytic solution. This is presumably because the rate of dissolution of DDV 2+ in the film was superior to the deposition of DDV 2+ in the liquid. However, a DDV 2+ film was formed, and as a result, it was confirmed that viologen nano-microwires (including a hollow tube structure) could be obtained as in Example 1.

以上、実施例1乃至4により、上記実施形態に係るビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法の効果を確認することができ、ミセル電解法におけるより望ましい電解時間としては、60分程度、電位掃引処理の電解液としてはビオロゲン化合物に適した適当な親水性―疎水性のバランスをもつ溶媒が必要であることがわかった。   As mentioned above, the effect of the manufacturing method of the viologen nano micro wire which concerns on the said embodiment can be confirmed by Example 1 thru | or 4, As a more desirable electrolysis time in a micellar electrolysis method, about 60 minutes of potential sweep processing It was found that a solvent having an appropriate hydrophilic-hydrophobic balance suitable for a viologen compound is necessary as an electrolyte solution.

ビオロゲンナノ・マイクロワイヤーは、マイクロ化学分析システムあるいはマイクロリアクター(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の一応用形態)や超高精細エレクトロクロミックディスプレイとして産業上利用可能であり、その製造方法である本発明も当然に産業上利用可能である。 The viologen nano / microwire can be industrially used as a microchemical analysis system or a microreactor (an application form of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)) or an ultra-high-definition electrochromic display. Naturally, it can be used industrially.

実施例1におけるビオロゲン分散液の電流―電位特性(サイクリックボルタンモグラム)である。2 is a current-potential characteristic (cyclic voltammogram) of the viologen dispersion in Example 1. FIG. 実施例1により得たビオロゲン膜の写真(図面代用)である。2 is a photograph (drawing substitute) of a viologen film obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得たビオロゲン膜のSEM写真(図面代用)である。2 is a SEM photograph (drawing substitute) of a viologen film obtained in Example 1. FIG. 実施例1におけるビオロゲン膜の電流―電位特性(サイクリックボルタンモグラム)である。2 is a current-potential characteristic (cyclic voltammogram) of the viologen film in Example 1. FIG. 実施例1により得たビオロゲンマイクロワイヤーのSEM写真(図面代用)である。2 is a SEM photograph (drawing substitute) of the viologen microwire obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得たビオロゲンナノワイヤーのSEM写真(図面代用)である。2 is a SEM photograph (drawing substitute) of a viologen nanowire obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得た六角柱構造のビオロゲンマイクロワイヤーの断面SEM写真(図面代用)である。2 is a cross-sectional SEM photograph (drawing substitute) of a viologen microwire having a hexagonal column structure obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得た四角柱構造のビオロゲンマイクロワイヤーの断面SEM写真(図面代用)である。2 is a cross-sectional SEM photograph (drawing substitute) of a viologen microwire having a quadrangular prism structure obtained in Example 1. FIG. 実施例1により得た六角柱構造のビオロゲンマイクロチューブの断面SEM写真(図面代用)である。2 is a cross-sectional SEM photograph (drawing substitute) of a viologen microtube having a hexagonal column structure obtained in Example 1. FIG.

Claims (5)

下記一般式(1)で示されるビオロゲンの膜電極上に形成し、前記電極を含む一対の電極を0.001M以上1M以下の支持電解質を含みかつ体積比で1:9〜9:1の範囲で水と前記水と相溶性のある溶媒とを含む溶液中に浸し、前記ビオロゲン膜に対し電位掃引処理又は定電位印加処理により、Ag/AgCl参照電極を用いた場合に該参照電極に対し−1.50V以上0V未満となる負の電位を印加するビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法。
A viologen film represented by the following general formula (1) is formed on the electrode, and the pair of electrodes including the electrode includes a supporting electrolyte of 0.001M to 1M and has a volume ratio of 1: 9 to 9: 1. In the case where an Ag / AgCl reference electrode is used by immersing it in a solution containing water and a solvent compatible with water in a range, and performing a potential sweep process or a constant potential application process on the viologen film, A method for producing a viologen nano-microwire in which a negative potential of −1.50 V or higher and lower than 0 V is applied
前記負の電位は、ビオロゲンが一電子還元される電位以下である請求項1記載のビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法。   The method for producing a viologen nano-microwire according to claim 1, wherein the negative potential is equal to or lower than a potential at which the viologen is reduced by one electron. 前記ビオロゲン膜の形成は、ミセル電解法、真空蒸着法又はマイナスイオン部位を含むナフィオンとビオロゲンとを複合化し製膜する方法のいずれかにより行われる請求項1記載のビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法。   The method for producing a viologen nano-microwire according to claim 1, wherein the viologen film is formed by any one of a micelle electrolysis method, a vacuum deposition method, and a method of forming a film of Nafion and a viologen containing a negative ion site. . 前記ビオロゲン膜の形成は、ミセル電解法により行われる請求項1記載のビオロゲンナノ・マイクロワイヤーの製造方法。 The method for producing a viologen nano- microwire according to claim 1, wherein the viologen film is formed by a micelle electrolysis method. 請求項1記載の方法により製造されたビオロゲンナノ・マイクロワイヤー。
A viologen nano-microwire produced by the method according to claim 1 .
JP2006223182A 2006-08-18 2006-08-18 Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire Active JP5028612B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006223182A JP5028612B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006223182A JP5028612B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008044081A JP2008044081A (en) 2008-02-28
JP5028612B2 true JP5028612B2 (en) 2012-09-19

Family

ID=39178299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006223182A Active JP5028612B2 (en) 2006-08-18 2006-08-18 Method for producing viologen nano / microwire and viologen nano / microwire

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5028612B2 (en)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1489068A4 (en) * 2002-03-15 2006-03-15 Fujitsu Ltd Multidentate ligand, multi-nucleus metal complex, metal complex chain, metal complex integrated structure, and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008044081A (en) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Borisenko et al. In situ STM investigation of gold reconstruction and of silicon electrodeposition on Au (111) in the room temperature ionic liquid 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide
Habazaki et al. Characterization of electrodeposited WO3 films and its application to electrochemical wastewater treatment
Chen et al. Electrosynthesis and characterization of polypyrrole/Au nanocomposite
Qin et al. Preparation of dendritic nanostructures of silver and their characterization for electroreduction
Amadelli et al. Composite PbО2–TiO2 materials deposited from colloidal electrolyte: Electrosynthesis, and physicochemical properties
KR100736252B1 (en) Fabrication of mesoporous metal electrodes in non-liquid-crystalline phase and its application
Yanilkin et al. Anthracene mediated electrochemical synthesis of metallic cobalt nanoparticles in solution
Nasretdinova et al. Electrochemical mediated synthesis of silver nanoparticles in solution
Ghasemi et al. Electrochemical deposition of lead dioxide in the presence of polyvinylpyrrolidone: a morphological study
Yao et al. Influence of ZrO2 particles on fluorine-doped lead dioxide electrodeposition process from nitrate bath
JP2012500896A (en) Methods and compositions comprising polyoxometalates
JP2007136645A (en) Method for manufacturing carbon nanotube (cnt) thin film and biosensor using the thin film
Smikhovskaia et al. In situ laser-induced codeposition of copper and different metals for fabrication of microcomposite sensor-active materials
Yanilkin et al. Fullerene mediated electrosynthesis of silver nanoparticles in toluene-DMF
Xie et al. Voltammetric study and electrodeposition of Cu from CuO in deep eutectic solvents
Husmann et al. Electrodeposition of Prussian blue/carbon nanotube composites at a liquid-liquid interface
Prasad et al. Electrochemical deposition of Ni-WO3 thin-film composites for electrochromic energy storage applications: novel approach toward quantum-dot-sensitized solar cell-assisted Ni-WO3 electrochromic device
Yanilkin et al. Molecular oxygen as mediator in the metal nanoparticles’ electrosynthesis in N, N-dimethylformamide
Li et al. Electrolyte effects in reversible metal electrodeposition for optically switching thin films
dos Santos et al. Voltammetric behavior of zinc hexacyanoferrate (III) nanoparticles and their application in the detection of N-acetylcysteine
Zhou et al. Iron (III) ion-supported electrosynthesis of urchin-like gold arrays
Jouikov et al. Graphene: Large scale chemical functionalization by cathodic means
Dobre et al. Electrochemical synthesis of silver nanoparticles in aqueous electrolytes
WO2011074606A1 (en) Metal nanoparticles and method for producing metal nanoparticles
Kalaivani et al. Simultaneous determination of adenine and guanine using cadmium selenide quantum dots-graphene oxide nanocomposite modified electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120223

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: 20120529

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150