JP5190953B2 - 多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶及びその製造方法 - Google Patents
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Description
新規な構造を有する多孔性アルミノリン酸塩化合物の開発は上記のガス吸着をはじめとする種々の応用において、新たな選択肢を付与するものであり、産業上重要である。
1.下記の一般式(1)
(AlxPyOz)・[(C2H5)3N]n・(H2O)w (1)
(式中、1≦x≦1.2、0.5≦y≦1.5、4≦z≦8、0≦n≦1.5、0.02≦w≦1.5である。)
で表され、六角形の板状結晶もしくはそれらが積層した結晶形態を有することを特徴とする多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
2.下記の一般式(2)
AlP k O l (OH) m ・[(C 2 H 5 ) 3 N] u ・(H 2 O) v (2)
(式中、k=1±0.1、l=4〜5、m=0.5〜2、u=0.1〜0.3、v=0〜0.01である。)
で表される、Al又はP原子に結合した水酸基に由来する赤外吸収ピークが3755±2cm -1 に出現するアルミノリン酸トリエチルアミン化合物を前駆体とし、320〜410℃に加熱することにより製造された、下記の一般式(1)
(Al x P y O z )・[(C 2 H 5 ) 3 N] n ・(H 2 O) w (1)
(式中、1≦x≦1.2、0.5≦y≦1.5、4≦z≦8、0≦n≦1.5、0.02≦w≦1.5である。)
で表される多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
3.前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶が200〜400m2/gの比表面積を有し、内径0.5〜0.6nmのミクロ孔を含有することを特徴とする1又は2に記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
4.前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶のミクロ孔容積が0.1〜0.15cc/gで、全細孔容積が0.2〜0.4cc/gであることを特徴とする1〜3のいずれかに記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
5.前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶が粉末X線回折パターンにおいて、下記のピークを有するものであることを特徴とする1〜4のいずれかに記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶:
面間隔 d(Å)
12.407±0.2
8.260±0.15
4.114±0.05
3.994±0.05
3.014±0.05
(AlxPyOz)・[(C2H5)3N]n・(H2O)w (1)
(式中、1≦x≦1.2、0.5≦y≦1.5、4≦z≦8、0≦n≦1.5、0.02≦w≦1.5である。)
AlPkOl(OH)m・[(C2H5)3N]u・(H2O)v (2)
(式中、k=1±0.1、l=4〜5、m=0.5〜2、u=0.1〜0.3、v=0〜0.01である。)
本発明の前駆体となるアルミノリン酸塩化合物のへき開性層状結晶は、Al源、P源、水及びトリエチルアミンを混合して、酸化物のモル比基準でつぎに示す組成の混合物を調製し、
P2O5/Al2O3=0.5〜1.5
H2O/Al2O3=100〜400
N(C2H5)3/Al2O3=1〜5
該混合物を150〜230℃に加熱することによって、製造することができる。
さらに、このへき開性層状結晶前駆体は、粉末X線回折パターンにおいて、下記のピークを有することによっても、特徴づけられる。
面間隔 d(Å)
26.4±0.2
13.10±0.04
8.17±0.01
8.07±0.01
4.739±0.005
4.079±0.004
3.501±0.003
3.002±0.002
原料に用いられるAl源、P源に特に制限はない。Al源としてはアルミニウムの水和物、水酸化物、メタル、アルコキシド、酸化物等を用いることができる。P源としてはリン酸、酸化リン、リン酸エステル等を用いることができる。Al源とP源の両者を混合した際に反応し易いものが好適に用いられ、Al源としては、アルミナゾル、ベーマイトや擬ベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド等が好ましく、P源としては、オルトリン酸やポリリン酸等が好ましい。
(1)水溶液Aの調製
水(以下に記載する水溶液Bとモル比で2:1となるように、水の量を分ける)に、Al源の試薬を分散させて、撹拌する。
(2)水溶液Bの調製
水にP源の試薬を溶解し、撹拌する。つぎに、撹拌・氷冷下にてトリエチルアミンを滴下して混合する。
(3)水溶液Aに水溶液Bを撹拌しながらゆっくり滴下して、水溶液Cを得る。
(4)水溶液CのpHを50重量%の硫酸水溶液を用いて調整する。
(5)水溶液Cをフッ素樹脂内筒付オートクレーブに封入する。
(6)オートクレーブを電気炉に入れて、加熱・保持する。
(7)加熱終了後、オートクレーブを電気炉から取り出し、冷水で冷却する。
(8)冷却後、オートクレーブを開封し、合成された物質をろ過して取り出し、イオン交換水で洗浄する。
(9)最後に、例えば40℃にて12時間以上乾燥させる。
以下の例において、得られた多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶の構造及び性状は、次のようにして測定した。
(X線回折データ)
粉末X線回折(XRD)パターンは、ブルカーエイエックスエス社D8 ADVANCE with Vario1を使用し、波長にCuKα1線を用いて、擬似デバイシェラ光学系を用いた透過法により2θ=1.6−40゜の範囲を0.02616°間隔の連続スキャン法で測定した。また高温X線回折実験では専用の高温チャンバーを取り付け、昇温速度を毎秒0.15℃、測定温度ステップを7℃とし、30〜667℃まで測定を行った。
(SEM観察)
SEM像観察にはHITACHI S−4800電界放出型走査型電子顕微鏡を用い、加速電圧1kVで観察した。試料調製では、帯電防止のためにイオン液体を試料に塗布してある。
(ガス吸着測定)
Arガス吸着測定および窒素ガス吸着測定にはカンタクローム社製のAutosorb 1−MPを用い液体アルゴン温度87K下で測定を行った。
(熱分析)
熱分析にはブルカーエイエックスエス社製のTG−DTA2100SAを用いた。昇温速度を10℃/minとし、600℃まで加熱した。
(FT-IRスペクトル)
FT-IRスペクトルデータはニコレー Magna750 FT-IR分光器により測定分解能4cm-1にて400-4000cm-1の範囲を測定した。
(前駆体:へき開性アルミノリン酸トリエチルアミン化合物AlPO-NSの合成)
Al源としてアルミナゾル水溶液(川研ファインケミカル社製、10wt%)14gを、水28gに分散させる。これを溶液Aとここでは呼ぶ。一方、P源としてオルトリン酸水溶液(和光純薬製、85wt%)3.3gを水20gに分散させ、更にトリエチルアミン[TEA:(C2H5)3N](東京化成製、99w%+)4.3gを氷冷、撹拌下で加える。これを溶液Bとここでは呼ぶ。溶液Bを溶液Aに撹拌下で加え、更に十分に撹拌することにより、以下のモル組成を有する混合水溶液Cを調製した。
P2O5/Al2O3=1.0
H2O/ Al2O3=250
TEA/ Al2O3=3.0
この混合水溶液をテフロン(登録商標)内筒付オートクレーブに密封の上、170℃にて10日間以上加熱した。加熱終了後、オートクレーブは冷水により冷却し、反応生成物(目的サンプル)を含む水溶液を取り出し、純水の追加とデカンテーションを数回繰り返す。この洗浄操作に続き、ろ過及び40℃での乾燥を1日行うことにより、サンプルを分離回収した。乾燥後のサンプルの粉末X線回折パターンを測定したところ図1(A)に示される回折パターンを示し、これによりへき開性アルミノリン酸トリエチルアミン化合物AlPO-NSが合成できたことを確認した。
なお、AlPO-NSは
P2O5/Al2O3=0.8〜1.2
H2O/ Al2O3=100〜400
TEA/ Al2O3=1〜6.0
pH=3.6〜7.0
温度=170〜210℃
加熱時間=7日以上
の条件下にて少なくとも合成が可能であり、この範囲内で図1下のXRDパターンと同一の白色粉末試料を得ることができた。このAlPO-NSはその合成条件に依らず、XRDパターンからそれと同定されたものであれば、次に示す多孔性アルミノリン酸塩化合物の生成に関する実施例を再現することができた。
上記製造例1で得られたへき開性アルミノリン酸トリエチルアミン化合物を真空、大気希ガス化で320℃以上に加熱すると、その粉末X線回折パターンに変化が生じ、図1(B)で示される新しい回折パターンが得られた。
得られた回折パターンのピークを、表1に示す。
d 相対強度
12.407±0.2 vs
8.260±0.15 s
6.775±0.1 w
6.206±0.1 vw
5.307±0.1 vw
4.967±0.1 vw
4.450±0.1 vw
4.114±0.05 s
3.994±0.05 w
3.632±0.1 vw
3.547±0.1 vw
3.431±0.1 vw
3.014±0.05 w
2.777±0.1 vw
2.745±0.05 w
2.676±0.1 vw
2.490±0.1 vw
2.376±0.05 w
(表中、dは格子面間隔を表わす。また、vw=非常に弱い相対強度、w=弱い相対強度、s=強い相対強度、vs=極めて強い相対強度を意味する。)
へき開性アルミノリン酸トリエチルアミン化合物の加熱温度と吸着脱離等温線の相関を図示すると、図6のようになる。即ち、へき開性アルミノリン酸トリエチルアミン化合物を320℃よりも高温にすることで多孔化できる。図7は大気中にて385℃でAlPO-NSを焼成した試料のArガス吸着・脱離等温線を示す。また図8は10-3 torr程度の真空下で350℃にてAlPO-NSを焼成した場合のArガス吸着・脱離等温線を示す。支燃性ガス(大気)の有無によらず、ミクロ細孔構造は形成される。
更に、本物質の物質外形の特徴(即ち板状構造が積層したような外形、または板状構造にはく離した外形。)から、厚さ50〜100nm程度の板状構造を基板等に非常に薄く被覆させることが簡単な手順で実現できる。このことは、本物質が多孔性を有していることから低誘電率 (low-k) 材料としても有望であることと併せると、半導体集積回路に薄く低誘電率材料を被覆させる場合に有効であると予測できる。
Claims (5)
- 一般式(1)
(AlxPyOz)・[(C2H5)3N]n・(H2O)w (1)
(式中、1≦x≦1.2、0.5≦y≦1.5、4≦z≦8、0≦n≦1.5、0.02≦w≦1.5である。)
で表され、六角形の板状結晶もしくはそれらが積層した結晶形態を有することを特徴とする多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。 - 一般式(2)
AlP k O l (OH) m ・[(C 2 H 5 ) 3 N] u ・(H 2 O) v (2)
(式中、k=1±0.1、l=4〜5、m=0.5〜2、u=0.1〜0.3、v=0〜0.01である。)
で表される、Al又はP原子に結合した水酸基に由来する赤外吸収ピークが3755±2cm -1 に出現するアルミノリン酸トリエチルアミン化合物を前駆体とし、320〜410℃に加熱することにより製造された、一般式(1)
(Al x P y O z )・[(C 2 H 5 ) 3 N] n ・(H 2 O) w (1)
(式中、1≦x≦1.2、0.5≦y≦1.5、4≦z≦8、0≦n≦1.5、0.02≦w≦1.5である。)
で表される多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。 - 前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶が200〜400m2/gの比表面積を有し、内径0.5〜0.6nmのミクロ孔を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
- 前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶のミクロ孔容積が0.05〜0.15cc/gで、全細孔容積が0.1〜0.4cc/gであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶。
- 前記多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶が粉末X線回折パターンにおいて、下記のピークを有するものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多孔性アルミノリン酸トリエチルアミン結晶:
面間隔 d(Å)
12.407±0.2
8.260±0.15
4.114±0.05
3.994±0.05
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