JP5446699B2 - Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP5446699B2
JP5446699B2 JP2009232392A JP2009232392A JP5446699B2 JP 5446699 B2 JP5446699 B2 JP 5446699B2 JP 2009232392 A JP2009232392 A JP 2009232392A JP 2009232392 A JP2009232392 A JP 2009232392A JP 5446699 B2 JP5446699 B2 JP 5446699B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
group
nanosheet
silicon nanosheet
atom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009232392A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010132640A (en
Inventor
葉子 中居
秀之 中野
浩孝 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2009232392A priority Critical patent/JP5446699B2/en
Publication of JP2010132640A publication Critical patent/JP2010132640A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5446699B2 publication Critical patent/JP5446699B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、シリコンナノシート、その製法及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a silicon nanosheet, a method for producing the same, and a lithium ion secondary battery.

近年、半導体や電気・電子等の分野への利用が期待されるナノシリコン材料が開発されている。例えば、特許文献1では、二ケイ化カルシウムを−30℃以下に冷却した濃塩酸水溶液と反応させて組成式Si66で示される層状ポリシラン粉末を生成させ、得られた層状ポリシラン粉末と末端に炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物とをヒドロシリル化反応触媒を用いて反応させ、層状ポリシランの水素原子を有機基に置き換えることにより、シリコンナノシートを作製している。このようにして作製されたシリコンナノシートは、薄片状であり、大きな形状異方性を有するため、半導体や電気・電子等の分野への利用が期待される。例えば、リチウムイオン二次電池の電極への利用が考えられるが、その場合には層間距離が広いほどリチウムイオンをできるだけ多く取り込めることから好ましい。 In recent years, nanosilicon materials that are expected to be used in fields such as semiconductors, electrical and electronic fields have been developed. For example, in Patent Document 1, a layered polysilane powder represented by the composition formula Si 6 H 6 is produced by reacting calcium disilicide with a concentrated hydrochloric acid aqueous solution cooled to −30 ° C. or lower, and the obtained layered polysilane powder and terminal are obtained. A silicon nanosheet is produced by reacting an organic compound having a carbon-carbon unsaturated bond with an organic group using a hydrosilylation reaction catalyst and replacing the hydrogen atom of the layered polysilane with an organic group. The silicon nanosheet produced in this way is in the shape of a flake and has a large shape anisotropy, and therefore is expected to be used in the fields of semiconductors, electrical / electronics, and the like. For example, use for an electrode of a lithium ion secondary battery is conceivable. In that case, a larger interlayer distance is preferable because more lithium ions can be taken in.

特開2008−69301号公報JP 2008-69301 A

しかしながら、層状ポリシラン粉末はケイ素原子に結合している水素原子が水酸基に置換されやすいため、目的とするシリコンナノシートを製造するのは必ずしも容易ではなかった。   However, in the layered polysilane powder, since hydrogen atoms bonded to silicon atoms are easily substituted with hydroxyl groups, it is not always easy to produce the target silicon nanosheet.

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、層間距離が比較的広く製造が容易なシリコンナノシートを提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide a silicon nanosheet having a relatively large interlayer distance and easy to manufacture.

本発明のシリコンナノシートは、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートであって、前記ケイ素原子には、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子を介して結合したケイ素原子、水素原子と結合したケイ素原子及び水酸基と結合したケイ素原子が混在しているものである。   The silicon nanosheet of the present invention is a silicon nanosheet having a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected in a basic skeleton, and the silicon atom has a functional group capable of binding to a metal or a metal oxide. A silicon atom having a hydrocarbon group having a silicon atom bonded through an oxygen atom, a silicon atom bonded to a hydrogen atom, and a silicon atom bonded to a hydroxyl group are mixed.

本発明のリチウムイオン二次電池は、上述した本発明のシリコンナノシートを電極に用いたものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention uses the above-described silicon nanosheet of the present invention as an electrode.

本発明のシリコンナノシートの製法は、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートの製法であって、(a)二ケイ化カルシウムを濃塩酸水溶液に入れて0〜80℃で攪拌することによりシロキセンを合成する工程と、(b)前記シロキセンを、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を有する炭化水素基とアルコキシ基とを有するシラン化合物と反応させることによりシリコンナノシートを得る工程と、を含むものである。   The method for producing a silicon nanosheet of the present invention is a method for producing a silicon nanosheet having a basic skeleton having a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected, and (a) putting calcium disilicide into a concentrated hydrochloric acid aqueous solution. A step of synthesizing siloxene by stirring at 0 to 80 ° C., and (b) reacting the siloxene with a silane compound having a hydrocarbon group having a functional group capable of binding to a metal or a metal oxide and an alkoxy group. The process of obtaining a silicon nanosheet by this.

本発明のシリコンナノシートは、薄片状で大きな形状異方性を示すため、半導体、電気・電子等の各分野への応用が可能である。また、六員環を構成するケイ素原子の中に、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子を介して結合しているものを含むため、それによって層間距離が比較的広く維持される。この性質を利用してリチウムイオン二次電池の電極として用いた場合、多量のリチウムイオンを取り込むことができる。更に、上述した炭化水素基は金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を有しているため、この官能基を介して金属や金属酸化物と結合することができる。このため、こうした金属又は金属酸化物から成る表層を持つ基板に結合して該基板の表面の一部又は全部を覆うことができ、各種技術分野への応用の可能性が一層広がる。更にまた、本発明のシリコンナノシートは大気中でも取り扱うことができる。こうしたシリコンナノシートが劣化する原因は、大気中の水分や酸素が六員環を構成するケイ素原子と反応することによると考えられる。この点につき、本発明のシリコンナノシートは、六員環を構成するケイ素原子の中に、上述した炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子を介して結合しているものを含むため、その炭化水素基などの立体障害により大気中に含まれる水分や酸素が六員環を構成するケイ素原子に近づくのを防止する。その結果、シリコンナノシートの劣化が抑制されると考えられる。なお、本発明のシリコンナノシートは、多層構造であってもよいし、単層に剥離した構造(層間距離が無限大)であってもよい。   Since the silicon nanosheet of the present invention is flaky and exhibits large shape anisotropy, it can be applied to various fields such as semiconductors, electrical / electronics and the like. Further, since silicon atoms constituting a six-membered ring include those in which a silicon atom having a hydrocarbon group having a functional group capable of bonding to a metal or metal oxide is bonded via an oxygen atom, This keeps the interlayer distance relatively wide. When this property is used as an electrode of a lithium ion secondary battery, a large amount of lithium ions can be taken up. Furthermore, since the above-described hydrocarbon group has a functional group that can be bonded to a metal or a metal oxide, it can be bonded to a metal or a metal oxide via this functional group. For this reason, it can couple | bond with the board | substrate with the surface layer which consists of such a metal or a metal oxide, and can cover a part or all of the surface of this board | substrate, and the possibility of application to various technical fields spreads further. Furthermore, the silicon nanosheet of the present invention can be handled in the air. The cause of the deterioration of such silicon nanosheets is considered to be due to the reaction of moisture and oxygen in the atmosphere with silicon atoms constituting the six-membered ring. In this regard, since the silicon nanosheet of the present invention includes a silicon atom constituting the six-membered ring, in which the silicon atom having the above-described hydrocarbon group is bonded via an oxygen atom. Prevents moisture and oxygen contained in the atmosphere from approaching the silicon atoms constituting the six-membered ring due to steric hindrance such as groups. As a result, it is considered that the deterioration of the silicon nanosheet is suppressed. The silicon nanosheet of the present invention may have a multilayer structure or a structure separated into a single layer (interlayer distance is infinite).

本発明のシリコンナノシートの製法は、上述した本発明のシリコンナノシートを製造するのに適している。特許文献1では、六員環を構成するケイ素原子に結合した水素原子を有機基に置き換える前の原料として層状ポリシラン(Si66)を用いているが、層状ポリシランは大気中で即時に劣化しやすいうえ合成時に極低温にする必要があることなどから取り扱いが困難であった。本発明のシリコンナノシートの製法では、こうした原料として、層状ポリシランではなくシロキセン(Si66-x(OH)x:0<x≦6)を用いている。シロキセンは、大気中で即時には劣化せず合成時に極低温にする必要もないため取り扱いが容易なことから、シリコンナノシートを容易に製造することができる。 The method for producing the silicon nanosheet of the present invention is suitable for producing the above-described silicon nanosheet of the present invention. In Patent Document 1, layered polysilane (Si 6 H 6 ) is used as a raw material before replacing hydrogen atoms bonded to silicon atoms constituting a six-membered ring with organic groups. However, layered polysilane deteriorates immediately in the atmosphere. It was difficult to handle because it was easy to handle and it was necessary to use a very low temperature during synthesis. In the method for producing a silicon nanosheet of the present invention, siloxane (Si 6 H 6-x (OH) x : 0 <x ≦ 6) is used as such a raw material instead of layered polysilane. Siloxene is easy to handle because it does not deteriorate immediately in the atmosphere and does not need to be cryogenic at the time of synthesis, so silicon nanosheets can be easily produced.

なお、シロキセンの構造式は、ケイ素原子で構成される六員環の構造(Si66-x(OH)x)でもって表されるが、実際にはこうした六員環が複数連なった構造を基本骨格とするものである。各六員環は、xが同じであるとは限らず、例えばxが0のもの、xが1のもの、xが2のもの、……、xが6のものなどが混在すると考えられる。 The structural formula of siloxene is represented by a six-membered ring structure composed of silicon atoms (Si 6 H 6-x (OH) x ), but actually a structure in which a plurality of such six-membered rings are connected. Is the basic skeleton. Each six-membered ring does not necessarily have the same x. For example, x is 0, x is 1, x is 2,..., X is 6 and the like.

本発明のシリコンナノシートの構造の模式図である。It is a schematic diagram of the structure of the silicon nanosheet of this invention. XRD回折の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of XRD diffraction. XRD回折の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of XRD diffraction. XRD回折の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of XRD diffraction. 実験例1で得られた粉末の構造の模式図である。4 is a schematic diagram of a structure of a powder obtained in Experimental Example 1. FIG. IRスペクトルデータのグラフである。It is a graph of IR spectrum data. ラマンスペクトルデータのグラフである。It is a graph of Raman spectrum data. 13CNMRスペクトルデータのグラフである。It is a graph of 13 CNMR spectrum data. シリコンナノシートが付着している部分と付着していない部分との境界のAFM画像である。It is an AFM image of the boundary of the part which the silicon nanosheet has adhered, and the part which has not adhered. 実験例2を電極に用いたセルの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the cell which used Experimental example 2 for the electrode. 層状ポリシランのIRスペクトルデータのグラフである。It is a graph of IR spectrum data of layered polysilane. 層状ポリシランのラマンスペクトルデータのグラフである。It is a graph of the Raman spectrum data of layered polysilane. シロキセンのTEM画像である。It is a TEM image of siloxene.

本発明のシリコンナノシートは、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートである。そして、六員環を構成するケイ素原子には、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子を介して結合したケイ素原子、水素原子と結合したケイ素原子及び水酸基と結合したケイ素原子が混在している。シリコンナノシートに含まれるケイ素原子(Si)は、隣接するSiとsp3結合を形成する4配位の原子であり、基本骨格を形成するSiの結合手のうち3本がSiと結合し、残り1本が(1)水素原子、(2)水酸基、(3)所定の官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子に結合した酸素原子のいずれかと結合している。図1に、こうしたシリコンナノシートの構造の模式図を示す。   The silicon nanosheet of the present invention is a silicon nanosheet having a basic skeleton having a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected. The silicon atom constituting the six-membered ring includes a silicon atom in which a silicon atom having a hydrocarbon group having a functional group capable of bonding to a metal or metal oxide is bonded through an oxygen atom, or a silicon atom bonded to a hydrogen atom. Silicon atoms bonded to atoms and hydroxyl groups are mixed. Silicon atoms (Si) contained in the silicon nanosheet are tetracoordinate atoms that form sp3 bonds with adjacent Si, and three of the Si bonds forming the basic skeleton are bonded to Si, and the remaining 1 The book is bonded to any one of (1) a hydrogen atom, (2) a hydroxyl group, and (3) an oxygen atom bonded to a silicon atom having a hydrocarbon group having a predetermined functional group. FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of such a silicon nanosheet.

本発明のシリコンナノシートは、六員環を構成するケイ素原子の中に、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子と結合したケイ素原子が存在する。ここで、金属と結合可能な官能基としては、メルカプト基、ジスルフィド基、チオイソシアニド基、セレノレート基、テルロレート基、ジアルキルセレニド基などが挙げられるが、メルカプト基が好ましい。この場合、金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、白金及びパラジウムからなる群より選ばれる1種以上が好ましい。また、金属酸化物と結合可能な官能基としては、カルボン酸基、ホスホン酸基、リン酸エステル基が挙げられるが、カルボン酸基が好ましい。この場合、金属酸化物としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ルテニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化ゲルマニウム及び酸化ケイ素からなる群より選ばれる1種以上が好ましい。また、炭化水素基としては、例えば、炭素数が1〜20の鎖状の炭化水素基や炭素数が1〜20の環状の炭化水素基が挙げられる。鎖状の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デカニル基などの飽和炭化水素基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基などのアルケニル基などの不飽和炭化水素基などが挙げられる。これらは直鎖状であってもよいし、分岐を有していてもよい。環状の炭化水素基としては、例えばシクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの飽和炭化水素基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘプテニル基などの不飽和炭化水素基のほか、フェニル基、ナフチル基などの芳香族炭化水素基などが挙げられる。このうち、炭素数が1〜20の鎖状の炭化水素基が好ましい。こうした炭化水素基は、上述した官能基を有するが、その官能基の結合位置は末端が好ましい。更に、上述した炭化水素基を有するケイ素原子は、その炭化水素基と結合する結合手のほかに、残り2本の結合手を有している。この残り2本の結合手は、例えば、水素原子、水酸基、アルコキシ基などと結合していてもよいし、酸素原子を介して六員環を構成する他のケイ素原子と結合していてもよい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基などが挙げられる。   In the silicon nanosheet of the present invention, a silicon atom in which a silicon atom having a hydrocarbon group having a functional group capable of bonding to a metal or a metal oxide is bonded to an oxygen atom is present in a silicon atom constituting a six-membered ring. . Here, examples of the functional group capable of binding to a metal include a mercapto group, a disulfide group, a thioisocyanide group, a selenolate group, a tellurolate group, and a dialkyl selenide group, and a mercapto group is preferable. In this case, the metal is preferably at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, platinum and palladium. In addition, examples of the functional group that can be bonded to the metal oxide include a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphoric ester group, and a carboxylic acid group is preferable. In this case, the metal oxide is selected from the group consisting of titanium oxide, tin oxide, indium oxide, ruthenium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, indium tin oxide (ITO), germanium oxide, and silicon oxide. One or more selected from the above are preferred. Examples of the hydrocarbon group include a chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms and a cyclic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of chain hydrocarbon groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, heptyl, octyl, nonyl, decanyl, and other saturated hydrocarbon groups, propenyl groups, butenyl groups, and pentenyl groups. And unsaturated hydrocarbon groups such as alkenyl groups such as a group, heptenyl group, octenyl group, nonenyl group and decenyl group. These may be linear or may have a branch. Examples of the cyclic hydrocarbon group include a saturated hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group, an unsaturated hydrocarbon group such as a cyclopentenyl group, a cyclohexenyl group, and a cycloheptenyl group, and a phenyl group and a naphthyl group. And aromatic hydrocarbon groups. Among these, a chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms is preferable. Such a hydrocarbon group has the above-described functional group, and the bonding position of the functional group is preferably a terminal. Furthermore, the silicon atom having the hydrocarbon group described above has the remaining two bonds in addition to the bond that is bonded to the hydrocarbon group. The remaining two bonds may be bonded to, for example, a hydrogen atom, a hydroxyl group, or an alkoxy group, or may be bonded to another silicon atom constituting a six-membered ring via an oxygen atom. . Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, an s-butoxy group, and a t-butoxy group.

本発明のシリコンナノシートは、下記の理化学的性質を有する。すなわち、IRスペクトルでは、Si−OR(Rは炭化水素基)に由来する波数(1100cm-1付近)、Si−Hに由来する波数(2100cm-1付近)、炭化水素に由来する波数(3000cm-1付近)にピークを有する。なお、本発明のシリコンナノシートが部分的にSi−OHを有している場合には、900cm-1付近(Si−OHに由来する波数)にもピークがみられる。また、ラマンスペクトルでは、基本骨格すなわちケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造に由来する波数(370cm-1付近,490cm-1付近,630cm-1付近)、炭化水素に由来する波数(2800cm-1付近)にピークを有する。更に、熱重量分析(TG)では、水分による重量減少のほかに100℃より高い温度での重量減少、すなわち炭化水素基に由来する重量減少が見られる。TEM(透過型電子顕微鏡)のディフラクトグラムでは、Si原子が六方晶であることを示す回折像が見られる。 The silicon nanosheet of the present invention has the following physicochemical properties. That is, in the IR spectrum, Si-OR (R is a hydrocarbon group) (around 1100 cm -1) wavenumber derived from, Si-H from the wavenumber (2100 cm around -1), wave number from a hydrocarbon (3000 cm - 1 )). In addition, when the silicon nanosheet of this invention has Si-OH partially, a peak is seen also in 900 cm < -1 > vicinity (wave number derived from Si-OH). Further, in the Raman spectrum, the wave number six-membered ring composed of a backbone i.e. a silicon atom is derived from a plurality continuous structure (around 370 cm -1, 490 cm around -1, around 630 cm -1), wave number from hydrocarbon It has a peak (around 2800 cm −1 ). Furthermore, in thermogravimetric analysis (TG), in addition to weight loss due to moisture, weight loss at temperatures higher than 100 ° C., that is, weight loss due to hydrocarbon groups is observed. In a TEM (transmission electron microscope) diffractogram, a diffraction image showing that the Si atom is a hexagonal crystal is seen.

本発明のシリコンナノシートの厚さは、特に限定するものではないが、10nm以下である。また、本発明のシリコンナノシートが多層構造であるときの積層周期は、シロキセンの積層周期よりも大きく、好ましくは0.65nm以上、より好ましくは0.7nm以上である。このような層間距離であれば、リチウムイオン二次電池の電極に用いた場合に、リチウムイオンを十分に取り込むことができる。   The thickness of the silicon nanosheet of the present invention is not particularly limited, but is 10 nm or less. Moreover, the lamination period when the silicon nanosheet of the present invention has a multilayer structure is larger than the lamination period of siloxane, preferably 0.65 nm or more, more preferably 0.7 nm or more. With such an interlayer distance, lithium ions can be sufficiently taken in when used as an electrode of a lithium ion secondary battery.

本発明のシリコンナノシートの製法は、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートの製法であって、(a)二ケイ化カルシウムを濃塩酸水溶液に入れて0〜80℃で攪拌することによりシロキセンを合成する工程と、(b)前記シロキセンを、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を有する炭化水素基とアルコキシ基とを有するシラン化合物と反応させることによりシリコンナノシートを得る工程と、を含むものである。   The method for producing a silicon nanosheet of the present invention is a method for producing a silicon nanosheet having a basic skeleton having a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected, and (a) putting calcium disilicide into a concentrated hydrochloric acid aqueous solution. A step of synthesizing siloxene by stirring at 0 to 80 ° C., and (b) reacting the siloxene with a silane compound having a hydrocarbon group having a functional group capable of binding to a metal or a metal oxide and an alkoxy group. The process of obtaining a silicon nanosheet by this.

工程(a)では、塩化水素と二ケイ化カルシウムとのモル比(HCl/CaS2)は1〜1000が好ましく、10〜100がより好ましい。また、反応時間は数時間〜数日が好ましい。この反応は、Si−Si結合が光で酸化されてSi−O−Si結合に変化することがあるため、暗室で行うことが好ましい。反応終了後に沈殿物をろ過・分取してシロキセンを得ることができる。 In the step (a), the molar ratio (HCl / CaS 2 ) between hydrogen chloride and calcium disilicide is preferably 1 to 1000, and more preferably 10 to 100. The reaction time is preferably several hours to several days. This reaction is preferably performed in a dark room because the Si—Si bond may be oxidized to light to change into a Si—O—Si bond. After completion of the reaction, the precipitate can be filtered and fractionated to obtain syloxene.

工程(b)では、シロキセンを、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を有する炭化水素基とアルコキシ基とを有するシラン化合物と反応させる。ここで、アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基などが挙げられる。この反応は、シラン化合物のアルコキシ基が加水分解されて水酸基となり、それとシロキセンの水酸基とが脱水縮合反応で結合したと考えられる。ここで、工程(b)では、シロキセンとシラン化合物とを加熱することによりシロキセンとシラン化合物とを反応させてもよい。このときの加熱温度は、特に限定するものではないが、100℃以上150℃未満が好ましい。100℃未満では、シロキセンとシラン化合物との反応が不十分となり、反応生成物を溶媒に分散させた際に修飾を試みた有機物が脱離し層間が元に戻る(単なるシロキセンになる)ことがある。また、150℃以上では、炭化水素基が熱分解したり六員環をなすケイ素原子が酸化されたり六員環が崩壊したりすることがある。こうした加熱工程はオートクレーブ中で行うことが好ましい。なお、官能基を有する炭化水素基については、既述したとおりである。   In the step (b), siloxene is reacted with a silane compound having a hydrocarbon group having a functional group capable of binding to a metal or metal oxide and an alkoxy group. Here, examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, an s-butoxy group, and a t-butoxy group. In this reaction, it is considered that the alkoxy group of the silane compound is hydrolyzed to become a hydroxyl group, which is bonded to the hydroxyl group of siloxene by a dehydration condensation reaction. Here, in the step (b), the siloxene and the silane compound may be reacted by heating the siloxene and the silane compound. The heating temperature at this time is not particularly limited, but is preferably 100 ° C. or higher and lower than 150 ° C. When the temperature is lower than 100 ° C., the reaction between siloxane and the silane compound becomes insufficient, and when the reaction product is dispersed in the solvent, the modified organic substance may be detached and the layer may return to the original state (becomes only siloxane). . Further, at 150 ° C. or higher, the hydrocarbon group may be thermally decomposed, the silicon atom forming the six-membered ring may be oxidized, or the six-membered ring may be collapsed. Such a heating step is preferably performed in an autoclave. In addition, the hydrocarbon group having a functional group is as described above.

[実験例1]
二ケイ化カルシウム(CaSi2)粉末1gに対して濃塩酸水溶液(濃度10N)100mLの割合で混合して常温で3日間攪拌し、黄色の粗生成物を得た(下記式(1)参照)。得られた粗生成物から塩化カルシウムを除去するために粗生成物を濃塩酸水溶液で洗浄した。その後、更にアセトンで洗浄し、真空乾燥を行った。こうしてシロキセン(Si66-x(OH)x:0<x≦6)を得た。なお、シロキセンの合成については、国際公開2006/009073を参照。
3CaSi2 + 6HCl + xH2O → Si6H6-x(OH)x + 3CaCl2 + xH2 …(1)
[Experimental Example 1]
1 g of calcium disilicide (CaSi 2 ) powder was mixed at a ratio of 100 mL of concentrated hydrochloric acid aqueous solution (concentration 10 N) and stirred at room temperature for 3 days to obtain a yellow crude product (see the following formula (1)). . In order to remove calcium chloride from the obtained crude product, the crude product was washed with concentrated aqueous hydrochloric acid. Thereafter, it was further washed with acetone and vacuum-dried. Siloxene (Si 6 H 6-x (OH) x : 0 <x ≦ 6) was thus obtained. For the synthesis of siloxene, see International Publication 2006/009073.
3CaSi 2 + 6HCl + xH 2 O → Si 6 H 6-x (OH) x + 3CaCl 2 + xH 2 … (1)

こうして得られたシロキセン粉末0.02gと、テフロン製円筒容器(テフロンは登録商標、以下同じ)に入れたメルカプトプロピルトリメトキシシラン(MPTMS)100μLとをオートクレーブ中に入れ、100℃で24時間静置し、その後不活性ガス雰囲気で粉末を取り出した。   0.02 g of the siloxene powder thus obtained and 100 μL of mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) placed in a Teflon cylindrical container (Teflon is a registered trademark, the same shall apply hereinafter) are placed in an autoclave and allowed to stand at 100 ° C. for 24 hours. Thereafter, the powder was taken out in an inert gas atmosphere.

[実験例2]
シロキセン粉末0.02gと、テフロン製円筒容器に入れたMPTMS100μLとをオートクレーブ中に入れ、150℃で24時間静置し、その後不活性ガス雰囲気で粉末を取り出した。なお、シロキセン粉末は実験例1と同様にして合成した。
[Experiment 2]
0.02 g of siloxene powder and 100 μL of MPTMS in a Teflon cylindrical container were placed in an autoclave and allowed to stand at 150 ° C. for 24 hours, after which the powder was taken out in an inert gas atmosphere. Siloxene powder was synthesized in the same manner as in Experimental Example 1.

[実験例3]
シロキセン粉末0.02gを、MPTMS30μLとクロロホルム10mLからなる溶液に混合して室温で24時間攪拌し、その後エバポレータによってクロロホルムを除去し、粉末を得た。なお、シロキセン粉末は実験例1と同様にして合成した。
[Experiment 3]
0.02 g of siloxene powder was mixed with a solution consisting of 30 μL of MPTMS and 10 mL of chloroform and stirred at room temperature for 24 hours, after which chloroform was removed by an evaporator to obtain a powder. Siloxene powder was synthesized in the same manner as in Experimental Example 1.

[XRD回折]
実験例1〜3で得られた粉末及び実験例1で得たシロキセンのXRD回折を比較した。XRD回折にはリガク社製RINT−TTRを用いた。測定条件は、線源にCuKαを用い、電圧50kV,電流300mA,DS0.5,SS0.5,RS0.15とした。その結果を図2に示す。積層周期に帰属するピークは、シロキセンでは14.5°(積層周期0.61nm)、実験例1では12.1°(積層周期0.73nm)、実験例2では10.8°(積層周期0.82nm)、実験例3では8.2°(積層周期1.08nm)及び14.5°(積層周期0.61nm)であった。つまり、実験例1〜3で得られた粉末の積層周期は、いずれも、シロキセンの積層周期よりも広いことがわかった。ここで、積層周期とは、隣接する2層の中心線同士の距離に相当し、層間距離と層の厚みとの和に相当する。なお、実験例2では、上述の10.8°の積層周期に帰属するピークのほかに、20°から30°にかけて強度の大きいブロードピークが検出された。これは、シロキセンの層構造が壊れてシリカが副生したことを示唆している。このことから、実験例2よりも、実験例1,3の方が好ましいと判断した。
[XRD diffraction]
The XRD diffractions of the powders obtained in Experimental Examples 1 to 3 and the siloxene obtained in Experimental Example 1 were compared. RINT-TTR manufactured by Rigaku Corporation was used for XRD diffraction. The measurement conditions were CuKα as a radiation source, voltage 50 kV, current 300 mA, DS 0.5, SS 0.5, and RS 0.15. The result is shown in FIG. The peak attributed to the stacking period is 14.5 ° (stacking period 0.61 nm) for siloxane, 12.1 ° (stacking period 0.73 nm) in Experimental Example 1, and 10.8 ° (stacking period 0) in Experimental Example 2. .82 nm) and 8.2 in Example 3 (lamination cycle 1.08 nm) and 14.5 ° (lamination cycle 0.61 nm). That is, it turned out that the lamination period of the powder obtained in Experimental Examples 1 to 3 is wider than the lamination period of siloxane. Here, the lamination period corresponds to the distance between the center lines of two adjacent layers, and corresponds to the sum of the interlayer distance and the layer thickness. In Experimental Example 2, a broad peak having a high intensity from 20 ° to 30 ° was detected in addition to the peak attributed to the 10.8 ° stacking period. This suggests that the layer structure of siloxene was broken and silica was by-produced. From this, it was judged that Experimental Examples 1 and 3 were preferable to Experimental Example 2.

次に、実験例1,3で得られた粉末をクロロホルムでろ過洗浄し、乾燥後、同様にXRD回折を行った。その結果を図3及び図4に示す。実験例1の洗浄後粉末では、図3から明らかなように、洗浄前後でピーク位置に変化がなかった。つまり、洗浄前後で層間距離は維持された。一方、実験例3の洗浄後粉末では、図4から明らかなように、洗浄前の8.2°のピークがほぼ消失し、シロキセンと同位置のピークが残った。この結果から、実験例1では、加熱工程によってシロキセンのシラノール基とMPTMSのシラノール基(加水分解によってアルコシキル基から発生)とが脱水縮合反応で結合したため、クロロホルム洗浄によってもMPTMSが抜けずに保持されたと考察される。したがって、実験例1で得られた粉末の構造を模式的に表すと図5のようになる。なお、MPTMSのメトキシ基はシロキセンのシラノール基と結合する前に加水分解されて水酸基になっていると考えられる。一方、実験例3では、上述の脱水縮合反応が起きず、単にシロキセンの層間にMPTMSが入り込んだ状態だったため、クロロホルム洗浄によってMPTMSが抜けたと考察される。以上のことから、実験例1で得られた粉末が本発明品であることを確認した。   Next, the powders obtained in Experimental Examples 1 and 3 were filtered and washed with chloroform, dried, and similarly subjected to XRD diffraction. The results are shown in FIGS. In the powder after washing in Experimental Example 1, the peak position did not change before and after washing, as is apparent from FIG. That is, the interlayer distance was maintained before and after cleaning. On the other hand, in the powder after washing of Experimental Example 3, as is clear from FIG. 4, the 8.2 ° peak before washing almost disappeared, and the peak at the same position as siloxane was left. From this result, in Experimental Example 1, the silanol group of siloxene and the silanol group of MPTMS (generated from the alkoxyl group by hydrolysis) were combined by a dehydration condensation reaction in the heating step, and thus MPTMS was retained without being lost even by washing with chloroform. It is considered. Therefore, the structure of the powder obtained in Experimental Example 1 is schematically shown in FIG. In addition, it is thought that the methoxy group of MPTMS is hydrolyzed into a hydroxyl group before bonding with the silanol group of siloxene. On the other hand, in Experimental Example 3, since the above-described dehydration condensation reaction did not occur and MPTMS was simply intruded between the layers of siloxane, it is considered that MPTMS was lost by washing with chloroform. From the above, it was confirmed that the powder obtained in Experimental Example 1 was the product of the present invention.

[熱重量変化(TG)]
実験例1で得られた粉末について、熱重量変化(TG)を測定した。測定装置は、RIGAKU製の熱重量分析装置Thermo plus TG8120を用いた。また、Ptパンを用い、N2を0.5L/min流し、昇温速度を2℃/minとした。。その結果、100℃までに約1wt%の重量減少が見られ、100〜350℃までの間に約6wt%の重量減少が見られた。前者は水分によるもの、後者はメルカプトプロピルによるものと考察される。
[Thermogravimetric change (TG)]
The powder obtained in Experimental Example 1 was measured for thermogravimetric change (TG). As a measuring device, a thermogravimetric analyzer Thermo plus TG8120 manufactured by RIGAKU was used. Further, a Pt pan was used, N 2 was flowed at 0.5 L / min, and the rate of temperature increase was 2 ° C./min. . As a result, a weight reduction of about 1 wt% was observed by 100 ° C., and a weight reduction of about 6 wt% was observed by 100 to 350 ° C. It is considered that the former is due to moisture and the latter is due to mercaptopropyl.

[IRスペクトル]
実験例1で得られた粉末について、IRスペクトルを測定した。測定装置はニコレー社製Magna760型フーリエ変換赤外分光計、Nic−Plan型赤外顕微鏡を用いた。また、波数分解能は4cm-1、積算回数は50回とし、測定方法は透過法(ダイヤモンド板上に試料を載せて測定する方法)を採用した。得られたIRスペクトルデータを図6に示す。図6に示すように、1100cm-1付近にSi−OH又はSi−ORに由来するピークが検出され、2100cm-1付近にSi−H由来のピークが検出され、3000cm-1付近にアルキル基に由来するピークが検出された。なお、図6にはシロキセンのデータも併せて示した。
[IR spectrum]
The IR spectrum of the powder obtained in Experimental Example 1 was measured. The measuring apparatus used was a Magna 760 type Fourier transform infrared spectrometer and a Nic-Plan type infrared microscope manufactured by Nicorey. The wave number resolution was 4 cm −1 , the number of integrations was 50 times, and the transmission method (a method of placing a sample on a diamond plate for measurement) was employed. The obtained IR spectrum data is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the detected peak due to Si-OH or Si-OR around 1100 cm -1, is detected peak derived from Si-H in the vicinity of 2100 cm -1, the alkyl group in the vicinity of 3000 cm -1 A derived peak was detected. FIG. 6 also shows siloxane data.

[ラマンスペクトル]
実験例1で得られた粉末について、ラマンスペクトルを測定した。測定装置は日本分光製NRS−3300型レーザーラマン分光計を用いた。また、励起波長は532nm、対物レンズは20倍、露光時間は30秒、レーザーパワーは2.2mWとし、石英セル(不活性ガス雰囲気)中で測定した。得られたラマンスペクトルデータを図7に示す。図7に示すように、370cm-1付近、490cm-1付近、630cm-1付近、730cm-1付近、2100cm-1付近に基本骨格すなわちケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造(後述するようにSi主鎖の振動)に由来するピークが検出され、2800cm-1付近にアルキル基に由来するピークが検出された。また、ラマンスペクトルでは、Si−OHは3600cm-1付近、O−Si−Oは1100〜1000cm-1付近に出現されるとされる。しかし、今回のラマンスペクトルでは上記ピークは検出されていない。その理由は、ラマンではSi−Oに対する感度がIRに比べて弱いからと推察される。なお、図7にはシロキセンのデータも併せて示した。
[Raman spectrum]
The Raman spectrum of the powder obtained in Experimental Example 1 was measured. The measuring device used was an NRS-3300 laser Raman spectrometer manufactured by JASCO. The excitation wavelength was 532 nm, the objective lens was 20 times, the exposure time was 30 seconds, the laser power was 2.2 mW, and measurement was performed in a quartz cell (inert gas atmosphere). The obtained Raman spectrum data is shown in FIG. As shown in FIG. 7, 370 cm around -1, 490 cm around -1, 630 cm around -1, 730 cm around -1, six-membered ring composed of a basic skeleton namely silicon atoms in the vicinity of 2100 cm -1 is continuous multiple structures ( As described later, a peak derived from vibration of the Si main chain) was detected, and a peak derived from an alkyl group was detected in the vicinity of 2800 cm −1 . In the Raman spectrum, Si—OH appears near 3600 cm −1 and O—Si—O appears near 1100 to 1000 cm −1 . However, the peak is not detected in this Raman spectrum. The reason is presumed that the sensitivity to Si—O in Raman is weaker than that in IR. Note that FIG. 7 also shows siloxane data.

13CNMRスペクトル]
実験例1で得られた粉末について、13CNMRスペクトルを測定した。測定装置はBruker社製、AVANCE400型核磁気共鳴装置を用いた。また、Probeは7mm、回転数は4kHz、積算回数は9000回、パルスのくり返しは5秒、測定周波数は100.6MHzとした。得られた13CNMRスペクトルデータを図8に示す。図8に示すように、メルカプトプロピルの3つの炭素に由来するピークが検出された。
[ 13 CNMR spectrum]
The powder obtained in Experimental Example 1 was measured for 13 CNMR spectrum. The measuring apparatus used was an AVANCE 400 nuclear magnetic resonance apparatus manufactured by Bruker. The probe was 7 mm, the rotation speed was 4 kHz, the number of integrations was 9000 times, the pulse repetition was 5 seconds, and the measurement frequency was 100.6 MHz. The obtained 13 C NMR spectrum data is shown in FIG. As shown in FIG. 8, peaks derived from the three carbons of mercaptopropyl were detected.

[シリコンナノシートの膜厚]
実験例1で得られた粉末0.05gを、ジクロロメタン2mL中に入れ、超音波を10分間かけ、分散させた。シリコンウエハにイリジウムをスパッタして作製した基板の下2/3を上記分散溶液に浸して静かに引き上げ、イオン交換水で流水洗浄し、大気中に静置することで乾燥させた。乾燥後のシリコンウエハのうち、分散溶液が付着した部分と付着していない部分との境界を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した。その結果を図9に示す。この結果から、分散溶液が付着した部分と付着していない部分との境界の段差は約0.7nmであることがわかった。これは、ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった基本骨格にMPTMS由来の有機基が修飾したシリコンナノシート1枚の厚さに相当すると推察される。
[Thickness of silicon nanosheet]
0.05 g of the powder obtained in Experimental Example 1 was put in 2 mL of dichloromethane and dispersed by applying ultrasonic waves for 10 minutes. The lower 2/3 of the substrate prepared by sputtering iridium on the silicon wafer was dipped in the dispersion solution, gently lifted, washed with running water with ion-exchanged water, and allowed to stand in the atmosphere for drying. In the dried silicon wafer, the boundary between the part to which the dispersion solution was attached and the part to which the dispersion solution was not attached was observed with an atomic force microscope (AFM). The result is shown in FIG. From this result, it was found that the step difference between the portion where the dispersion solution was adhered and the portion where the dispersion solution was not adhered was about 0.7 nm. This is estimated to correspond to the thickness of one silicon nanosheet in which an organic group derived from MPTMS is modified on a basic skeleton in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected.

[充放電容量]
電極は以下のように作製した。まず、実験例2で作製したMPTMS修飾シロキセンとライオン製ECP(カーボン)とダイキン製F−104(4フッ化エチレン樹脂)とを14:5:1(重量比)で混練した。混練は、露点−90℃不活性ガス雰囲気下で、乳鉢を用いて行った。次に、フィルム状にまとまった混練体を10mg分取し、φ15mmに切り出した伊勢屋金網工業製ステンレス金網φ0.12mm×吋50目に乳鉢で平らに押し付け、高周波誘導加熱炉を用いて真空中で110℃×2h乾燥して電極を作製した。
[Charge / discharge capacity]
The electrode was produced as follows. First, MPTMS-modified siloxene prepared in Experimental Example 2, Lion ECP (carbon), and Daikin F-104 (tetrafluoroethylene resin) were kneaded at 14: 5: 1 (weight ratio). The kneading was performed using a mortar in a dew point-90 ° C. inert gas atmosphere. Next, 10 mg of the kneaded body gathered in a film shape was taken and pressed flat with a mortar into a stainless steel wire mesh φ0.12 mm × 吋 50 made by Iseya Wire Mesh Industry cut into φ15 mm, and was vacuumed using a high-frequency induction heating furnace The electrode was prepared by drying at 110 ° C. for 2 hours.

電池は加圧式セルを用い、以下のように作製した。すなわち、作用極には上述のように作製した電極を用いた。対極にはφ18mmに切り出した本城金属製0.4mm厚金属リチウム板を用いた。電解液には富山薬品工業製Li二次電池用電解液1M LiPF6 in EC:DEC=3/7(体積比)を用いた。セパレータには東燃化学製E25MMSを用いた。そして、これらを露点−90℃不活性ガス雰囲気下でセルを組み立てた。 The battery was manufactured as follows using a pressure cell. That is, the electrode produced as described above was used as the working electrode. As the counter electrode, a 0.4 mm thick metal lithium plate made by Honjo Metal cut out to φ18 mm was used. As the electrolytic solution, an electrolytic solution for Li secondary battery 1M LiPF 6 in EC: DEC = 3/7 (volume ratio) manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd. was used. E25MMS manufactured by Tonen Chemical was used as the separator. Then, a cell was assembled from these in a dew point-90 ° C. inert gas atmosphere.

電池の容量は以下のように測定した。すなわち、上述のようにして組み立てた加圧式セルを北斗電工製電池充放電装置HJR−1010SM8にセットし、0.7mA印加で0.2−3Vの範囲で充電−放電を10サイクル繰り返し、その際の充放電容量を測定した。測定結果を図10に示す。図10から、容量は、サイクル数を重ねることで減少する傾向にあったが、次第に安定し、120mAh/g程度の容量を示すことがわかった。   The capacity of the battery was measured as follows. That is, the pressure type cell assembled as described above is set in a battery charging / discharging device HJR-1010SM8 manufactured by Hokuto Denko, and charging / discharging is repeated 10 cycles in the range of 0.2-3V by applying 0.7 mA. The charge / discharge capacity of was measured. The measurement results are shown in FIG. From FIG. 10, it was found that the capacity tended to decrease as the number of cycles increased, but gradually became stable and exhibited a capacity of about 120 mAh / g.

[その他]
特許文献1の原料である層状ポリシラン(Si66)についてもIRスペクトルの測定を行った。そのIRスペクトルデータを図11に示す。また、図11には、シロキセンのIRスペクトルデータも併せて示す。両者のIRスペクトルについて、Si−H伸縮に由来する2100cm-1付近のピーク、Si−OH伸縮に由来する1100cm-1のピークに着目して比較したところ、Si−H伸縮に由来するピークは両者とも同程度の強さであった。一方、Si−OH伸縮に由来するピークは、シロキセンでは非常に強く出ているのに対して層状ポリシランでは弱くしか出ていなかった。このことから、シロキセンはSi−HとSi−OHの両方が存在していることを確認した。なお、層状ポリシランでSi−OH伸縮に由来するピークが検出された理由は、大気中で測定した際に水分の影響で発生したものと考察している。
[Others]
The IR spectrum of layered polysilane (Si 6 H 6 ), which is a raw material of Patent Document 1, was also measured. The IR spectrum data is shown in FIG. FIG. 11 also shows IR spectrum data of syloxene. Both the IR spectra of both, the peak around 2100 cm -1 derived from Si-H stretch was compared by focusing on the peak of 1100 cm -1 derived from Si-OH stretching, peak derived from Si-H stretching is Both were about the same strength. On the other hand, the peak derived from Si-OH stretching was very strong in siloxene, but only weak in layered polysilane. From this, it was confirmed that siloxane has both Si-H and Si-OH. In addition, it is considered that the reason why the peak derived from the Si—OH stretching was detected in the layered polysilane was generated due to the influence of moisture when measured in the atmosphere.

図12は、層状ポリシランのラマンスペクトル(実測)である。ラマンスペクトルのSi−H由来のピークは、層状ポリシランのラマンスペクトルにつき、Hartree−Fock/6−31G(d)を用いたシミュレーション(モデル構造はSi2436)を行うことにより同定した。その結果、370,490,630cm-1のピークはSi主鎖の振動、730cm-1は隣り合うSi−H同士の首振り振動、840cm-1のピークはH−Si−H変角、2100cm-1はSi−H伸縮であることが推察された。 FIG. 12 is a Raman spectrum (actual measurement) of the layered polysilane. The peak derived from Si—H of the Raman spectrum was identified by performing simulation (model structure is Si 24 H 36 ) using Hartley-Fock / 6-31G (d) on the Raman spectrum of the layered polysilane. As a result, the vibration peak Si backbone 370,490,630cm -1, 730cm -1 is swinging vibration of Si-H adjacent peaks of 840 cm -1 is H-Si-H bending, 2100 cm - It was inferred that 1 was Si—H stretching.

シロキセンがケイ素原子の六員環から構成される基本骨格を保持していることは、TEMによって確認した。具体的には、図13に示すように、シロキセンをTEMによって観察したところ、ディフラクトグラム(diffractgram)でSiの周期構造(基本骨格はケイ素原子の六員環である)を確認した。   It was confirmed by TEM that siloxene retained a basic skeleton composed of a six-membered ring of silicon atoms. Specifically, as shown in FIG. 13, when siloxane was observed with TEM, a periodic structure of Si (basic skeleton was a six-membered ring of silicon atoms) was confirmed by a diffractogram.

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above at all, and as long as it belongs to the technical scope of this invention, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect.

Claims (9)

ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートであって、
前記ケイ素原子には、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を持つ炭化水素基を有するケイ素原子が酸素原子を介して結合したケイ素原子、水素原子と結合したケイ素原子及び水酸基と結合したケイ素原子が混在している、
シリコンナノシート。
A silicon nanosheet having a basic skeleton with a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected,
The silicon atom includes a silicon atom in which a silicon atom having a hydrocarbon group having a functional group capable of bonding to a metal or a metal oxide is bonded through an oxygen atom, a silicon atom bonded to a hydrogen atom, and a silicon bonded to a hydroxyl group. Atoms are mixed,
Silicon nanosheet.
前記官能基は、メルカプト基又はカルボン酸基である、
請求項1に記載のシリコンナノシート。
The functional group is a mercapto group or a carboxylic acid group.
The silicon nanosheet according to claim 1.
前記炭化水素基は、炭素数1〜20の鎖状の炭化水素基である、
請求項1又は2に記載のシリコンナノシート。
The hydrocarbon group is a chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms,
The silicon nanosheet according to claim 1 or 2.
下記の理化学的性質を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリコンナノシート。
IRスペクトル:Si−OR(Rは炭化水素基)に由来する波数、Si−Hに由来する波数、炭化水素に由来する波数にピークを有する。
ラマンスペクトル:前記基本骨格に由来する波数、炭化水素に由来する波数にピークを有する。
熱重量分析:水分による重量減少のほかに100℃より高い温度での重量減少が見られる。
TEMのディフラクトグラム:Si原子が六方晶であることを示す回折像が見られる。
The silicon nanosheet according to any one of claims 1 to 3, which has the following physicochemical properties.
IR spectrum: It has peaks in wave numbers derived from Si-OR (R is a hydrocarbon group), wave numbers derived from Si-H, and wave numbers derived from hydrocarbons.
Raman spectrum: It has a peak in the wave number derived from the basic skeleton and the wave number derived from a hydrocarbon.
Thermogravimetric analysis: In addition to weight loss due to moisture, weight loss at temperatures higher than 100 ° C. is observed.
TEM diffractogram: A diffraction image showing that the Si atom is hexagonal is observed.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリコンナノシートを電極に用いたリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery which used the silicon nanosheet of any one of Claims 1-4 for the electrode. ケイ素原子で構成された六員環が複数連なった構造を基本骨格とするシリコンナノシートの製法であって、
(a)二ケイ化カルシウムを濃塩酸水溶液に入れて0〜80℃で攪拌することによりシロキセンを合成する工程と、
(b)前記シロキセンを、金属又は金属酸化物と結合可能な官能基を有する炭化水素基とアルコキシ基とを有するシラン化合物と反応させることによりシリコンナノシートを得る工程と、
を含むシリコンナノシートの製法。
A method for producing a silicon nanosheet having a basic skeleton with a structure in which a plurality of six-membered rings composed of silicon atoms are connected,
(A) synthesizing siloxene by placing calcium disilicide in concentrated aqueous hydrochloric acid and stirring at 0 to 80 ° C .;
(B) obtaining a silicon nanosheet by reacting the siloxane with a silane compound having a hydrocarbon group having a functional group capable of binding to a metal or metal oxide and an alkoxy group;
Of silicon nanosheets containing
前記工程(b)では、前記シロキセンと前記シラン化合物とを加熱することにより前記シロキセンと前記シラン化合物とを反応させる、
請求項6に記載のシリコンナノシートの製法。
In the step (b), the siloxene and the silane compound are reacted by heating the siloxene and the silane compound.
The manufacturing method of the silicon nanosheet of Claim 6.
前記官能基は、メルカプト基又はカルボン酸基である、
請求項6又は7に記載のシリコンナノシートの製法。
The functional group is a mercapto group or a carboxylic acid group.
The manufacturing method of the silicon nanosheet of Claim 6 or 7.
前記炭化水素基は、炭素数1〜20の鎖状の炭化水素基である、
請求項6〜8のいずれか1項に記載のシリコンナノシートの製法。
The hydrocarbon group is a chain hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms,
The manufacturing method of the silicon nanosheet of any one of Claims 6-8.
JP2009232392A 2008-10-28 2009-10-06 Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery Expired - Fee Related JP5446699B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009232392A JP5446699B2 (en) 2008-10-28 2009-10-06 Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008276279 2008-10-28
JP2008276279 2008-10-28
JP2009232392A JP5446699B2 (en) 2008-10-28 2009-10-06 Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010132640A JP2010132640A (en) 2010-06-17
JP5446699B2 true JP5446699B2 (en) 2014-03-19

Family

ID=42344304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009232392A Expired - Fee Related JP5446699B2 (en) 2008-10-28 2009-10-06 Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5446699B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11302909B2 (en) 2018-07-27 2022-04-12 The Hong Kong University Of Science And Technology Preparation method for ultrathin SB2S3 nanosheet as anode material for Li/Na ion battery applications
WO2024122827A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-13 서울대학교산학협력단 Silicon anode for solid-state battery and solid-state battery comprising same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5617457B2 (en) * 2010-09-08 2014-11-05 株式会社豊田中央研究所 Electrode material for electricity storage device, electrode for electricity storage device, electricity storage device, and method for producing electrode material for electricity storage device
JP2012169132A (en) * 2011-02-14 2012-09-06 Toyota Central R&D Labs Inc Electrode material, power storage device and method for utilizing power storage device
US10074814B2 (en) 2013-04-22 2018-09-11 Ohio State Innovation Foundation Germanane analogs and optoelectronic devices using the same
JP6176511B2 (en) * 2014-05-29 2017-08-09 株式会社豊田自動織機 Silicon material and negative electrode of secondary battery
CN106058232A (en) * 2016-07-22 2016-10-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Siloxene material, preparation method of silicon-based oxide and cathode material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11302909B2 (en) 2018-07-27 2022-04-12 The Hong Kong University Of Science And Technology Preparation method for ultrathin SB2S3 nanosheet as anode material for Li/Na ion battery applications
WO2024122827A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-13 서울대학교산학협력단 Silicon anode for solid-state battery and solid-state battery comprising same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010132640A (en) 2010-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5446699B2 (en) Silicon nanosheet, method for producing the same, and lithium ion secondary battery
Guo et al. A green approach to the synthesis of graphene nanosheets
Mosby et al. Surface functionalization of zirconium phosphate nanoplatelets for the design of polymer fillers
Huang et al. Inorganic− organic hybrid composites containing MQ (II− VI) slabs: a new class of nanostructures with strong quantum confinement and periodic arrangement
Wu et al. Solid-state photoluminescent silicone-carbon dots/dendrimer composites for highly efficient luminescent solar concentrators
Gamard et al. Conductive F-doped tin dioxide sol− gel materials from fluorinated β-diketonate tin (IV) complexes. Characterization and thermolytic behavior
Yu et al. Tuning the morphology of Co 3 O 4 on Ni foam for supercapacitor application
KR102136232B1 (en) Surface modifying agent for metal electrodes, surface-modified metal electrode, and method for producing surface-modified metal electrode
Huang et al. In situ monitoring of the electrochemically induced phase transition of thermodynamically metastable 1T-MoS 2 at nanoscale
EP2417142B1 (en) Electronic devices comprising novel phosphonic acid surface modifiers
JP2008174431A (en) Ruthenic acid nanosheet and its producing method
Amarnath et al. Electrochemical supercapacitor application of electroless surface polymerization of polyaniline nanostructures
WO2014175449A1 (en) Novel graphene nano dispersion and method for preparing same
EP2860183B1 (en) Reactive ionic liquid and ion-immobilized metal oxide particles produced using same, ion-immobilized elastomer, and transducer
JP2005203360A5 (en)
Saha et al. Surface-modified MXenes: simulation to potential applications
JP2889768B2 (en) 3-thienyl group-containing silicon compound and method for producing the same
TWI676595B (en) A method of making a graphitic carbon sheet
Heya et al. Fabrication of nanographene using nickel supported by a tungsten mesh
CN107949893B (en) The method for preparing multilayered structure
CN106315566B (en) A kind of preparation method of graphene
JP5340040B2 (en) Membrane containing conjugated polymer chain and method for producing the same
RU2820114C1 (en) Nanocomposite electroconductive material with reduced graphene oxide (versions) and environmentally friendly method of its production (versions)
JP4500995B2 (en) Conductive material, electronic circuit board, and method of manufacturing electronic circuit board
Ding et al. A recyclable nanocarbon white emitter via the synergy between carbon dots and organic sheet

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120717

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: 20131203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131216

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5446699

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees