JP5630746B2 - Manganese oxide nanowire-covered structure and method for producing the same - Google Patents

Manganese oxide nanowire-covered structure and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、任意形状の固体基材表面がマンガン酸化物ナノワイヤで緻密に被覆されていることを特徴とするマンガン酸化物含有ナノワイヤ被覆型構造物、及び該構造物の製造方法に関する。より詳しくは、任意形状の固体基材表面に、数十ナノメートルの太さを有するマンガン酸化物のナノワイヤが数マイクロメートルの厚みで珊瑚状に生えて、その固体基材表面を緻密に被覆することを特徴とするナノワイヤ被覆型構造物、及び該構造物の製造方法に関する。   The present invention relates to a manganese oxide-containing nanowire-covered structure characterized in that a solid substrate surface having an arbitrary shape is densely coated with manganese oxide nanowires, and a method for producing the structure. More specifically, manganese oxide nanowires having a thickness of several tens of nanometers are formed in a bowl shape with a thickness of several micrometers on a solid substrate surface of an arbitrary shape, and the solid substrate surface is densely coated. The present invention relates to a nanowire-covered structure and a method for manufacturing the structure.

マンガン酸化物は、スピン・電荷・格子・軌道の自由度により非常に多様な相を構成することで、磁性体、絶縁体、半導体、導体といった電子、光学、磁性材料として非常に注目されている。その中でも、リチウム電池、キャパシターにおいて、マンガン酸化物のポテンシャルは大きい。また、電荷の自由度より、酸化触媒としても広く用いることができる。   Manganese oxides are attracting a great deal of attention as electronic, optical, and magnetic materials such as magnetic materials, insulators, semiconductors, and conductors by constituting a very diverse phase depending on the degree of freedom of spin, charge, lattice, and orbit . Among them, the potential of manganese oxide is large in lithium batteries and capacitors. Further, it can be widely used as an oxidation catalyst because of the degree of freedom of charge.

マンガン酸化物のこのような物性をより効率的に発現させるには、それをナノオーダーのスケールに構築させることが望まれる。ナノサイズの材料の場合、バルクの材料に比べ、その表面の原子の割合が急激的に増大し、バルク状態では示さない化学的、物理的特性が発現されることが多い。   In order to express such physical properties of manganese oxide more efficiently, it is desired to construct it on the nano-order scale. In the case of a nano-sized material, compared to a bulk material, the proportion of atoms on its surface increases rapidly, and chemical and physical properties that are not shown in the bulk state are often expressed.

マンガン酸化物の場合、粉体としてのナノ構造体についての研究は比較的に多い。例えば、YuanらはMnOを原料として用い、それを200℃加圧条件下水熱反応させることで、γ−MnOOHの単結晶ナノワイヤを合成できることを報告している(例えば、非特許文献1参照。)。これで得られたγ−MnOOHの単結晶ナノワイヤを300℃以上の温度にて加熱することで、β−MnOの単結晶ナノワイヤを得ることも報告している。Ramstedtらは、2価のマンガンイオン化合物を過酸化水で酸化することで、MnOOHのナノ構造体粉末を得ている(例えば、非特許文献2参照。)。Crisostomoらは、KMnOを出発原料として用い、それを還元させることでマンガン酸化物のナノ構造を有する粉体を得ている(例えば、非特許文献3参照。)。Gaoらは、KMnOをエタノールで還元することで、γ−MnOOHの単結晶ナノロッドを得ている(例えば、非特許文献4参照。)。Zhengらは、硫酸マンガンをNaClOで酸化することで、β−MnOの単結晶ナノチューブができると報告している(例えば、非特許文献5参照。)。更にまた、Zhangらは、MnSOを熱水下過酸化水で酸化させることで、ウニ構造のγ−MnOOHナノ粒子を得ること、または、KCrで酸化させることで、ウニ構造のα−MnOナノ粒子を得ることをも報告している(例えば、非特許文献6参照。)。 In the case of manganese oxide, there are relatively many studies on nanostructures as powders. For example, Yuan et al. Reported that γ-MnOOH single-crystal nanowires can be synthesized by using MnO 2 as a raw material and subjecting it to hydrothermal reaction at 200 ° C. under pressure (see, for example, Non-Patent Document 1). ). It has also been reported that a single crystal nanowire of β-MnO 2 is obtained by heating the single crystal nanowire of γ-MnOOH thus obtained at a temperature of 300 ° C. or higher. Ramstedt et al. Obtained a nanostructured powder of MnOOH by oxidizing a divalent manganese ion compound with peroxide water (see, for example, Non-Patent Document 2). Cristomomo et al. Obtained powder having a nanostructure of manganese oxide by using KMnO 4 as a starting material and reducing it (see, for example, Non-Patent Document 3). Gao et al. Obtained γ-MnOOH single crystal nanorods by reducing KMnO 4 with ethanol (see, for example, Non-Patent Document 4). Zheng et al. Report that β-MnO 2 single crystal nanotubes can be formed by oxidizing manganese sulfate with NaClO 3 (see, for example, Non-Patent Document 5). Furthermore, Zhang et al. Obtained sea urchin structure γ-MnOOH nanoparticles by oxidizing MnSO 4 with hydroperoxide under hot water, or oxidized with K 2 Cr 2 O 7 to obtain sea urchin structure. It has reported that to obtain the alpha-MnO 2 nanoparticles also (for example, see non-Patent Document 6.).

上述のように、マンガン酸化物ナノ構造体粉末を得るには、基本的に高温加圧溶液(オートクレーブ)中マンガン化合物を酸化または還元、あるいは高温組成変換させればよく、比較的容易である。しかしながら、マンガン酸化物のナノ構造体を選択的に基材表面にて成長させ、マンガン酸化物のナノ薄膜を得るためには、これらの粉末を得る際に必要なオートクレーブ法は適合ではない。   As described above, in order to obtain the manganese oxide nanostructured powder, it is basically easy to oxidize or reduce the manganese compound in the high-temperature pressurized solution (autoclave) or change the composition at high temperature, which is relatively easy. However, in order to selectively grow manganese oxide nanostructures on the surface of the substrate and obtain a nanofilm of manganese oxide, the autoclave method required for obtaining these powders is not suitable.

マンガン酸化物ナノ構造薄膜の作製は、特殊の条件を必要とする。例えば、電気化学ルートにより、シリコン、ITO、ステンレス、グラファイトなど導電性基材表面にマンガン酸化物ナノワイヤを析出させることが報告されている(例えば、非特許文献7参照。)。この方法では、導電性基材をMnSO水溶液中に浸漬し、その液中にパルス的に電場をかけることで、導電性基材表面にマンガン酸化物を析出させるものである。しかしながら、これで得るマンガン酸化物ナノワイヤは単一組成ではなく、異なる化学構造のマンガン酸化物ナノ結晶の薄膜である。また、例えば、陽極処理されたアルミナ(AAO)のナノ細孔を有するフィルムを表面に持つ基材を仕事電極にし、それをマンガン化合物水溶液に浸漬し、電場をかけることで、AAOのナノ細孔中にマンガン酸化物が析出し、ナノロッドに成長した薄膜を得ることが報告されている(例えば、非特許文献8参照。)。 Manufacture of a manganese oxide nanostructure thin film requires special conditions. For example, it has been reported that manganese oxide nanowires are deposited on the surface of a conductive substrate such as silicon, ITO, stainless steel, and graphite by an electrochemical route (see, for example, Non-Patent Document 7). In this method, a conductive base material is immersed in an aqueous MnSO 4 solution and a pulsed electric field is applied to the liquid to deposit manganese oxide on the surface of the conductive base material. However, the resulting manganese oxide nanowire is not a single composition but a thin film of manganese oxide nanocrystals with different chemical structures. Further, for example, a substrate having an anodized alumina (AAO) nanopore on its surface is used as a work electrode, and the substrate is immersed in an aqueous manganese compound solution, and an electric field is applied, so that AAO nanopores are applied. It has been reported that a thin film in which manganese oxide is deposited and grown into nanorods is obtained (see, for example, Non-Patent Document 8).

金属酸化物のナノ構造薄膜作製において、酸化チタン、酸化亜鉛などについては数多くの研究開発が行なわれ、ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノリボン、ナノロッドの如く、複雑構造を有するナノ構造薄膜は容易に作製できるようになっている。しかしながら、マンガン酸化物のナノ構造薄膜についての研究は少なく、電気化学的ルートを経由しないと効率的な膜を得ることができない。非電気化学的で、かつ溶液中に浸漬するボトムアップ方式によるマンガン酸化物ナノ構造(単結晶性ナノワイヤ)薄膜の作製技術は皆無といっても過言ではない。即ち、電気化学的プロセスは導電性を持たない基材表面にはマンガン酸化物を析出させることができないというのが、現状である。   In the production of nanostructure thin films of metal oxides, many researches and developments have been conducted on titanium oxide, zinc oxide, etc., so that nanostructure thin films with complex structures such as nanowires, nanotubes, nanoribbons, and nanorods can be easily produced. It has become. However, there are few studies on manganese oxide nanostructured thin films, and efficient films cannot be obtained without going through an electrochemical route. It is no exaggeration to say that there is no technique for producing a non-electrochemical and bottom-up manganese oxide nanostructure (single crystal nanowire) thin film immersed in a solution. That is, the present situation is that the electrochemical process cannot deposit manganese oxide on the surface of the substrate that does not have conductivity.

Yuan et.al.,Appl.Phys.A80,743−747,2005Yuan et. al. , Appl. Phys. A80, 743-747, 2005 Ramstedt et.al.,Langmuir,20,8224,2004Ramstedt et. al. , Langmuir, 20, 8224, 2004. Crisostomo et.al.,Chem.Mater.,19,1832−1839,2007Cristomoto et. al. , Chem. Mater. , 19, 1832-1839, 2007 Gao et.al.,Inorg.Chem.,48,6242−6250,2009Gao et. al. Inorg. Chem. 48, 6242-6250, 2009 Zheng et.al.,J.Phys.Chem.B,109,16439−16443,2005Zheng et. al. , J .; Phys. Chem. B, 109, 16439-16443, 2005 Zhang et.al.,Solid State Communications,141,427−430,2007Zhang et. al. , Solid State Communications, 141, 427-430, 2007. Hu et al.,Electrochemistry Communications,10,1792−1796,2008Hu et al. , Electrochemistry Communications, 10, 1792-1796, 2008. C.−L.Xu et al.,Journal of Solid State Chemistry ,179,1351−1355,2006C. -L. Xu et al. , Journal of Solid State Chemistry, 179, 1351-1355, 2006.

本発明が解決しようとする課題は、導電性あるいは非導電性の材質からなる任意形状の固体基材表面が、マンガン酸化物の単一組成の単結晶性ナノワイヤで緻密に被覆されている構造物、特には、マンガン酸化物からなる単結晶性ナノワイヤが珊瑚礁のように固体基材表面を完全に被覆し、大面積であっても安定な皮膜を有することを特徴とする構造物、及び該構造物の簡便且つ効率的な製造方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is a structure in which a solid substrate surface of an arbitrary shape made of a conductive or non-conductive material is densely covered with a single crystalline nanowire of a single composition of manganese oxide In particular, a structure characterized in that a monocrystalline nanowire made of manganese oxide completely covers the surface of a solid substrate like a coral reef and has a stable film even in a large area, and the structure An object of the present invention is to provide a simple and efficient method for producing a product.

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、2価のマンガンイオン化合物の水溶液に、金属酸化物表層を有する固体基材を浸漬し、マンガン酸化物の生成と結晶生長を該固体基材の表層上に制御することによって、上記課題を解決できる事を見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have immersed a solid base material having a metal oxide surface layer in an aqueous solution of a divalent manganese ion compound to produce manganese oxide and grow crystals. It was found that the above problems can be solved by controlling the surface of the solid substrate on the surface layer, and the present invention has been completed.

即ち本発明は、金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)の当該金属酸化物表層(a)が、マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆されてなるマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物であって、該マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)が、マンガン酸化物単一組成の単結晶からなるナノワイヤであることを特徴とするマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物を提供するものである。   That is, the present invention provides a manganese oxide nanowire-covered structure in which the metal oxide surface layer (a) of the solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a) is coated with the manganese oxide nanowire (Y). The manganese oxide nanowire (Y) is a nanowire made of a single crystal of a single composition of manganese oxide, and a manganese oxide nanowire-covered structure is provided.

更に本発明は、(1)2価のマンガンイオン化合物(i)と過酸化水素を含む水溶液を調製する工程、
(2)工程(1)で得られた水溶液に塩基性有機アミン化合物(ii)を加える工程、
(3)工程(2)で得られた水溶液に金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)を浸漬し、95℃以下に加温して、該金属酸化物表層(a)の表面をマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆する工程、
(4)マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆された固体基材(X)を取り出し、該表面を水洗して乾燥する工程、
を有することを特徴とするマンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法と、これを焼成することによって得られる、マンガン酸化物MnO(y2)ナノワイヤ被覆型構造物及びマンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法をも提供するものである。
Furthermore, the present invention provides (1) a step of preparing an aqueous solution containing a divalent manganese ion compound (i) and hydrogen peroxide,
(2) adding a basic organic amine compound (ii) to the aqueous solution obtained in step (1),
(3) The solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a) is immersed in the aqueous solution obtained in the step (2), heated to 95 ° C. or less, and the metal oxide surface layer (a) Coating the surface with manganese oxide nanowires (Y);
(4) A step of taking out the solid substrate (X) coated with the manganese oxide nanowire (Y), washing the surface with water and drying,
Manufacturing method of manganese oxide MnOOH (y1) nanowire-covered structure characterized by having manganese oxide MnO 2 (y2) nanowire-covered structure and manganese oxide obtained by firing this A method for producing a Mn 2 O 3 (y3) nanowire-covered structure is also provided.

本発明のマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物は、本発明の製造方法により、任意形状、任意材質表面に、酸化錫または酸化チタンなど金属酸化物表層さえあれば形成できる。即ち、固体基材の種類を問わず、その表面に金属酸化物の表層を存在させることができれば、その表面をマンガン酸化物ナノワイヤで緻密に被覆することができる。従って、本発明で得られる構造物は、各種マイクロ電池構築、触媒付与型マイクロリアクター、チップ、センサー、フォトニックデバイス構築、絶縁体または半導体構築、殺菌/滅菌デバイス構築、基材表面の屈折率調整技術などの、産業上幅広い分野への応用展開が可能である。   The manganese oxide nanowire-covered structure of the present invention can be formed by the production method of the present invention as long as there is a metal oxide surface layer such as tin oxide or titanium oxide on an arbitrary shape and surface of an arbitrary material. That is, regardless of the type of the solid substrate, if the surface of the metal oxide can be present on the surface, the surface can be densely coated with the manganese oxide nanowires. Therefore, the structure obtained by the present invention includes various micro battery constructions, catalyst-provided microreactors, chips, sensors, photonic device constructions, insulator or semiconductor constructions, sterilization / sterilization device constructions, and refractive index adjustment of the substrate surface. It can be applied to a wide range of industrial fields such as technology.

合成例1で得たガラス基板表面の走査型電子顕微鏡写真である。酸化チタンの粒粒が表面を覆っている。2 is a scanning electron micrograph of the glass substrate surface obtained in Synthesis Example 1. FIG. Titanium oxide grains cover the surface. 合成例2で得たガラス基板表面の走査型電子顕微鏡写真である。基板表面(左)及び断面(右)イメージ。表面は針のような構造で覆っている。4 is a scanning electron micrograph of the glass substrate surface obtained in Synthesis Example 2. FIG. Image of substrate surface (left) and cross section (right). The surface is covered with a needle-like structure. 合成例3で得たポリメチルメタクリレート基板表面の走査型電子顕微鏡写真である。基板表面全体が針のような構造で覆われている。4 is a scanning electron micrograph of the surface of a polymethyl methacrylate substrate obtained in Synthesis Example 3. FIG. The entire substrate surface is covered with a needle-like structure. 実施例1で得た構造物断面走査型電子顕微鏡写真である。基板表面(左)及び断面(右)イメージ。2 is a structural cross-sectional scanning electron micrograph obtained in Example 1. FIG. Image of substrate surface (left) and cross section (right). 実施例1で得た構造物のXRD回折パターンである。2 is an XRD diffraction pattern of the structure obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得た構造物のナノワイヤの低分解能TEM写真である。2 is a low-resolution TEM photograph of a nanowire of the structure obtained in Example 1. 実施例1で得た構造物のナノワイヤの透過型電子顕微鏡写真である。上:1本のワイヤイメージ;中:1本のワイヤ全幅の高分解能イメージ;下:中のエッジーの部分の拡大図。2 is a transmission electron micrograph of the nanowire of the structure obtained in Example 1. FIG. Top: one wire image; middle: high resolution image of the full width of one wire; bottom: enlarged view of the middle edge. 実施例2で得た構造物断面の走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph of the cross section of the structure obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得た構造物のXRD回折パターンである。3 is an XRD diffraction pattern of the structure obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得た構造物断面の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the cross section of the structure obtained in Example 3. FIG. 実施例3で得た構造物のXRD回折パターンである。3 is an XRD diffraction pattern of the structure obtained in Example 3. 実施例4で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。4 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 4. 実施例5で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 5. FIG. 実施例6で得た構造物の走査型電子顕微鏡写真である。6 is a scanning electron micrograph of the structure obtained in Example 6. FIG.

本発明の構造物は、金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)の表面がマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆されたマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物であって、該マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)が、基材表面で一定の皮膜を形成しているものである。   The structure of the present invention is a manganese oxide nanowire-covered structure in which the surface of a solid substrate (X) having a metal oxide surface layer (a) is coated with manganese oxide nanowires (Y), The oxide nanowire (Y) forms a certain film on the substrate surface.

通常、2価のマンガンイオン化合物を水中溶解させ、それに有機アミン化合物を加えた場合、溶液中にマンガン酸化物の結晶が析出しやすい。従って、基材表面でマンガン酸化物のナノワイヤを選択的成長させるには、基材表面にマンガン酸化物の種結晶、即ち結晶核を効率的に「植える」ことが大前提である。   Usually, when a divalent manganese ion compound is dissolved in water and an organic amine compound is added thereto, crystals of manganese oxide tend to precipitate in the solution. Therefore, in order to selectively grow manganese oxide nanowires on the substrate surface, it is a major premise to efficiently “plant” manganese oxide seed crystals, that is, crystal nuclei, on the substrate surface.

結晶核を固体基材表面に植えるには、後述するように、溶液中のマンガンイオン濃度、溶液温度、塩基性アミン化合物濃度、過酸化水濃度などを調製すれば良いが、それらが揃っても、マンガン酸化物のナノワイヤの緻密な皮膜形成を誘導することはできない。本発明者は、マンガン酸化物ナノワイヤの薄膜形成に当たって、固体基材表面でマンガン酸化物の結晶核形成に必要不可欠な要素に着目し、鋭意研究を重ねた結果、どのような材質・形状の固体基材であっても、その表面に金属酸化物表層が存在すれば、その表面でのみ、高度選択的にマンガン酸化物ナノワイヤが成長し、それが基材表面を完全に被覆できることを見出した。   In order to plant crystal nuclei on the surface of a solid substrate, as will be described later, the manganese ion concentration in the solution, the solution temperature, the basic amine compound concentration, the peroxide water concentration, etc. may be prepared. The formation of a dense film of manganese oxide nanowires cannot be induced. The inventor of the present invention focused on the elements essential for the formation of manganese oxide crystal nuclei on the surface of a solid base material in forming a thin film of manganese oxide nanowires. Even if it was a base material, when the metal oxide surface layer existed on the surface, it discovered that manganese oxide nanowire grew highly selectively only on the surface, and it could coat | cover the base material surface completely.

[固体基材(X)]
本発明において使用する固体基材(X)としては、その表面に金属酸化物表層(a)があるものであれば特に限定されず、その材質としては例えば、ガラス、シリコン、金属、金属酸化物などの無機材料、樹脂(プラスチック)、セルロースなどの有機材料等が挙げられる。
[Solid substrate (X)]
The solid substrate (X) used in the present invention is not particularly limited as long as it has a metal oxide surface layer (a) on its surface. Examples of the material include glass, silicon, metal, and metal oxide. Inorganic materials such as, organic materials such as resin (plastic) and cellulose.

金属酸化物表層(a)を構成する金属酸化物としては、たとえば、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化クローム、酸化ニッケル、酸化銀、酸化銅等遷移金属系酸化物、及び異物がドープされたこれらの金属酸化物が挙げられる。その中でも、導電性を有するドープ型酸化スズ薄膜、又は光応答性に優れる酸化チタン薄膜であることがより好ましい。更に、固体基材(X)上に導電性酸化スズ薄膜と酸化チタン薄膜とが積層してなるものであることがより好ましい。   Examples of the metal oxide constituting the metal oxide surface layer (a) include transition oxides such as tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, iron oxide, chromium oxide, nickel oxide, silver oxide, and copper oxide, and foreign matters. These metal oxides doped with Among them, a doped tin oxide thin film having conductivity or a titanium oxide thin film excellent in photoresponsiveness is more preferable. Furthermore, it is more preferable that the conductive tin oxide thin film and the titanium oxide thin film are laminated on the solid substrate (X).

前記固体基材(X)の材質が樹脂である場合、樹脂種としては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボナート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、セルロースなどの各種ポリマーの加工品を好適に用いることができる。   When the material of the solid substrate (X) is a resin, examples of resin types include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyester, polystyrene, polymethacrylate, polyvinyl chloride, polyethylene alcohol, polyimide, polyamide, polyurethane, and epoxy resin. Processed products of various polymers such as cellulose can be suitably used.

固体基材(X)の形状については、特に限定されるものではなく、平面状若しくは曲面状板、またはフィルムでも良い。特に、複雑形状加工品の管状チューブ、管状チューブのらせん体、マイクロチューブ;また、任意形状の(例えば、球形、四角形、三角形、円柱形等)容器;また、任意形状の(例えば、円柱形、四角形、三角形等)棒または繊維状態の固体基材でも好適に用いることができる。   The shape of the solid substrate (X) is not particularly limited, and may be a flat or curved plate or a film. In particular, a tubular tube, a spiral tube of a tubular tube, a microtube; a container having an arbitrary shape (for example, a spherical shape, a square shape, a triangular shape, a cylindrical shape); an arbitrary shape (for example, a cylindrical shape, (Rectangle, triangle, etc.) A rod or a solid substrate in a fiber state can also be suitably used.

金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)としては、市販されているものをそのまま使用することができ、また、所望の固体基材(X)に対して、金属酸化物からなる表層を作製してから用いても良い。金属酸化物からなる表層を作製する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属酸化物ソース含有液(酸化チタンソース液、酸化亜鉛ソース液、酸化スズソースなど)に基板を浸漬することで作製できる。   As the solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a), commercially available ones can be used as they are, and the metal substrate comprises a metal oxide with respect to the desired solid substrate (X). You may use it, after producing a surface layer. A method for producing a surface layer made of a metal oxide is not particularly limited. For example, a substrate is immersed in a metal oxide source-containing liquid (such as a titanium oxide source liquid, a zinc oxide source liquid, or a tin oxide source). Can be produced.

また、表面に金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)の市販品としては、例えば、インジウムドープ酸化スズ(ITO),フッソドープ酸化錫(FTO),アンチモンドープ酸化スズ(ATO)等が挙げられる。   Moreover, as a commercial item of solid base material (X) which has a metal oxide surface layer (a) on the surface, for example, indium dope tin oxide (ITO), fluorine dope tin oxide (FTO), antimony dope tin oxide (ATO) etc. Is mentioned.

[マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)]
本発明の構造物は、固体基材(X)の金属酸化物表層(a)上にマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)からなる皮膜があることを特徴とする。当該ナノワイヤ(Y)は、珊瑚礁のように表層(a)から略垂直方向に立ち並んで緻密に生えて、それの厚みが、1〜5μmの範囲のナノ薄膜を形成している。マンガン酸化物は、MnOOH(y1)、MnO (y2)又はMn(y3)等で構成され、単一組成の単結晶からなるものである。
[Manganese oxide nanowire (Y)]
The structure of the present invention is characterized in that a coating composed of manganese oxide nanowires (Y) is present on the metal oxide surface layer (a) of the solid substrate (X). The nanowire (Y) grows densely in a substantially vertical direction from the surface layer (a) like a coral reef, and forms a nano thin film with a thickness in the range of 1 to 5 μm. The manganese oxide is composed of MnOOH (y1), MnO 2 (y2), Mn 2 O 3 (y3), or the like, and is composed of a single crystal having a single composition.

本発明におけるマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)は、10〜100nmの太さであって、且つその長さが1〜6μmまで伸びることを特徴とする。   The manganese oxide nanowire (Y) in the present invention has a thickness of 10 to 100 nm and a length extending to 1 to 6 μm.

また、マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)は、ワイヤの長さ方向に向け、結晶縞が並行的に並ぶことを特徴とする。   Further, the manganese oxide nanowire (Y) is characterized in that crystal stripes are arranged in parallel in the length direction of the wire.

基材表面を被覆するマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)は、100℃以下の水溶液中で成長するが、それは単一成分のMnOOH(y1)であり、高度選択的にγ−MnOOHに成長することを特徴とする。   Manganese oxide nanowires (Y) covering the substrate surface are grown in aqueous solution at 100 ° C. or lower, but it is a single component MnOOH (y1), which is highly selectively grown into γ-MnOOH. Features.

マンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤで被覆された構造物を350℃以上の温
度で加熱処理すると、γ−MnOOHを完全にβ−MnO に変換させることができ、マ
ンガン酸化物MnO (y2)ナノワイヤ被覆型構造物とすることができる。この変換過
程(加熱処理過程)では、マンガン酸化物のナノワイヤ形態は変化せず維持される。
When the structure covered with the manganese oxide MnOOH (y1) nanowire is heated at a temperature of 350 ° C. or higher, γ-MnOOH can be completely converted to β- MnO 2 , and the manganese oxide MnO 2 (y2) It can be a nanowire-covered structure. In this conversion process (heat treatment process), the nanowire morphology of the manganese oxide is maintained without change.

又、マンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤで被覆された構造物を550℃以上の温度で加熱処理することで、γ−MnOOHを完全にα−Mnに変換させることができ、マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物とすることができる。この変換過程(加熱処理過程)では、マンガン酸化物のナノワイヤ形態は変化せず維持される。 In addition, γ-MnOOH can be completely converted to α-Mn 2 O 3 by heat-treating a structure covered with manganese oxide MnOOH (y1) nanowires at a temperature of 550 ° C. or higher, and manganese oxidation The product Mn 2 O 3 (y3) can be a nanowire-covered structure. In this conversion process (heat treatment process), the nanowire morphology of the manganese oxide is maintained without change.

[マンガン酸化物含有ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法]
以下、本発明の構造物の製造方法について詳述する。
本発明でのマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物の製造工程では、まず、MnOOH(y1)のナノワイヤ被覆型構造物の製造が前提となる。
[Method for producing manganese oxide-containing nanowire-covered structure]
Hereafter, the manufacturing method of the structure of this invention is explained in full detail.
In the manufacturing process of the manganese oxide nanowire-covered structure in the present invention, first, the manufacture of a nanowire-covered structure of MnOOH (y1) is a prerequisite.

本発明でのマンガン酸化物MnOOH(y1)被覆型構造物の製造は下記の工程
(1)2価のマンガンイオン化合物(i)と、過酸化水素を含む水溶液を調製する工程
(2)工程(1)で得られた水溶液に塩基性有機アミン化合物(ii)を加える工程
(3)工程(2)で得られた水溶液に金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)を浸漬し、95℃以下に加温して、該金属酸化物表層(a)の表面をマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆する工程、
(4)マンガン酸化物含有ナノワイヤ(Y)で被覆された固体基材(X)を取り出し、該表面を水洗して乾燥する工程、
を有することを特徴とする。
Manufacture of a manganese oxide MnOOH (y1) -coated structure in the present invention includes the following step (1) step (2) of preparing an aqueous solution containing a divalent manganese ion compound (i) and hydrogen peroxide. Step (3) of adding basic organic amine compound (ii) to the aqueous solution obtained in 1) (3) The solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a) is immersed in the aqueous solution obtained in step (2). Heating to 95 ° C. or lower, and coating the surface of the metal oxide surface layer (a) with manganese oxide nanowires (Y),
(4) A step of taking out the solid substrate (X) coated with the manganese oxide-containing nanowire (Y), washing the surface with water and drying,
It is characterized by having.

[2価のマンガンイオン化化合物(i)]
本発明の製造方法において、マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)を効率的に構築するためには、2価のマンガンイオン化合物(i)を必須の前駆体とする。前記化合物(i)として、例えば、硝酸マンガン、硫酸マンガン、塩化マンガン、酢酸マンガンなどを取り上げることができる。
[Divalent manganese ionized compound (i)]
In the production method of the present invention, in order to efficiently construct the manganese oxide nanowire (Y), a divalent manganese ion compound (i) is used as an essential precursor. Examples of the compound (i) include manganese nitrate, manganese sulfate, manganese chloride, manganese acetate, and the like.

前記工程(1)における2価のマンガンイオン化合物(i)の適合濃度としては、1〜25mMであることが好ましく、特に5〜20mMの範囲であることが更に好ましい。   The suitable concentration of the divalent manganese ion compound (i) in the step (1) is preferably 1 to 25 mM, more preferably 5 to 20 mM.

工程(1)において、2価のマンガンイオン化合物(i)を溶解させる際、同時に過酸化水化合物を用いて、過酸化水素を含む水溶液とするが、その使用割合としては、2価のマンガンイオン(i)のモル数に対し、3〜4倍のモル数であることが好ましい。尚、この工程(1)においては、水溶液の温度は室温、例えば、5〜30℃の範囲で行なうことが好ましい。   In the step (1), when the divalent manganese ion compound (i) is dissolved, an aqueous solution containing hydrogen peroxide is simultaneously used by using a water peroxide compound. The number of moles is preferably 3 to 4 times the number of moles of (i). In addition, in this process (1), it is preferable to carry out the temperature of aqueous solution at room temperature, for example, the range of 5-30 degreeC.

工程(2)では、前記工程(1)で調製した水溶液に、塩基性有機アミン化合物(ii)を加える。前記塩基性有機アミン化合物(ii)としては、一級、二級、三級アミンであるアルキルアミン類を好適に用いることができる。また、ヘキサメチレンテトラミンや、ピリジン、イミダゾール等の窒素原子含有環状塩基性有機化合物も好適に用いることができる。アミン化合物(ii)の使用量としては、工程(i)で用いた2価のマンガンイオン(i)のモル数に対して、1〜3倍モル量であることが好ましい。   In step (2), the basic organic amine compound (ii) is added to the aqueous solution prepared in step (1). As the basic organic amine compound (ii), alkylamines which are primary, secondary and tertiary amines can be suitably used. Also, nitrogen atom-containing cyclic basic organic compounds such as hexamethylenetetramine, pyridine, and imidazole can be suitably used. The amount of the amine compound (ii) used is preferably 1 to 3 times the molar amount of the divalent manganese ion (i) used in the step (i).

[マンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物の作製工程]
金属酸化物表層(a)を有する固体基板(X)を、上記工程(2)で得られた水溶液中に浸漬し、そのままウォーターバス等を用いて95℃以下に加温することで、表面にMnOOH(y1)のナノワイヤを成長させることができる。
[Manufacturing Process of Manganese Oxide MnOOH (y1) Nanowire Covered Structure]
The solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a) is immersed in the aqueous solution obtained in the above step (2) and heated to 95 ° C. or lower as it is using a water bath or the like, so that the surface MnOOH (y1) nanowires can be grown.

加温条件としては、30〜95℃の範囲であることが好ましく、ナノワイヤの伸び度合いを高度に制御するためには65〜90℃の範囲であれば更に好ましい。   The heating condition is preferably in the range of 30 to 95 ° C, and more preferably in the range of 65 to 90 ° C in order to highly control the degree of elongation of the nanowires.

また、基板の浸漬時間としては特に制限することではないが、30分から10時間の範囲であれよく、ナノワイヤの伸び度合いを高度に制御するには、2〜6時間の範囲であることが好ましい。   Further, the immersion time of the substrate is not particularly limited, but may be in the range of 30 minutes to 10 hours, and is preferably in the range of 2 to 6 hours in order to highly control the degree of elongation of the nanowires.

上述の条件でナノワイヤを成長させた後、基板を水溶液から取り出し、その表面を蒸留水等で洗浄、または基板を蒸留水等に浸漬して水洗する。この後、室温下での放置等により乾燥することで、マンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物を得ることができる。   After the nanowires are grown under the above-mentioned conditions, the substrate is taken out from the aqueous solution, and the surface is washed with distilled water or the like, or the substrate is immersed in distilled water and washed with water. Then, the manganese oxide MnOOH (y1) nanowire-covered structure can be obtained by drying by standing at room temperature or the like.

[マンガン酸化物MnO(y2)ナノワイヤ被覆型構造物の作製工程]
上記浸漬工程を経て得られたMnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物を、基板ごと加熱する工程を行なうことにより、MnOOH(y1)ナノワイヤをMnO(y2)ナノワイヤに変換させることができる。
[Manufacturing Process of Manganese Oxide MnO 2 (y2) Nanowire Covered Structure]
The MnOOH (y1) nanowire-covered structure obtained through the above immersion process is subjected to a step of heating the entire substrate, whereby the MnOOH (y1) nanowire can be converted to MnO 2 (y2) nanowire.

加熱工程では、マンガン酸化物の組成変換を選択的にMnO(y2)にとどめるために、その温度範囲を500℃以下にすることが望ましく、MnOナノワイヤ(y2)結晶度合い向上させるには通常300〜500℃の範囲であり、400〜500℃の範囲であることがより好ましい。 In the heating step, in order to selectively limit the composition conversion of the manganese oxide to MnO 2 (y2), it is desirable to set the temperature range to 500 ° C. or lower, and usually to improve the crystallinity of MnO 2 nanowire (y2) It is the range of 300-500 degreeC, and it is more preferable that it is the range of 400-500 degreeC.

加熱時間は特に限定することではないが、所定適合温度範囲にて30分から数時間範囲であればMnOOH(y1)ナノワイヤをMnO(y2)ナノワイヤに変換できる。 The heating time is not particularly limited, but MnOOH (y1) nanowires can be converted to MnO 2 (y2) nanowires within a range of 30 minutes to several hours within a predetermined compatible temperature range.

加熱の際の温度上昇は、プログラム的に制御することが好ましく、数十分または1時間かけて所定温度まで上昇させることが好ましい。   The temperature rise during heating is preferably controlled programmatically, and is preferably raised to a predetermined temperature over several tens of minutes or 1 hour.

[マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物の作製工程]
上記で得られた、MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物又はマンガン酸化物MnO(y2)ナノワイヤ被覆型構造物をさらに高温で処理することによって、マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物を得ることができる。
[Manufacturing Process of Manganese Oxide Mn 2 O 3 (y3) Nanowire Covered Structure]
By treating the MnOOH (y1) nanowire-covered structure or manganese oxide MnO 2 (y2) nanowire-covered structure obtained above at a higher temperature, the manganese oxide Mn 2 O 3 (y3) nanowire coating A mold structure can be obtained.

加熱温度として550〜1000℃の範囲に設定することで、マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物を得ることができる。マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤに安定的に変換させるには、加熱温度を550〜650℃の範囲に設定することがより好ましい。 By setting the heating temperature in the range of 550 to 1000 ° C., a manganese oxide Mn 2 O 3 (y3) nanowire-covered structure can be obtained. In order to stably convert to manganese oxide Mn 2 O 3 (y3) nanowires, it is more preferable to set the heating temperature in the range of 550 to 650 ° C.

上記所定温度範囲での加熱時間は特に限定することではないが、30分から数時間であれば、MnOOH(y1)ナノワイヤまたはMnO(y2)ナノワイヤを好適にMn2Oナノワイヤ(y3)に変換できる。尚、加熱の具体的装置等には何ら限定されるものではなく、温度調整が可能な汎用の設備で充分である。 Not that particularly limited heating time at the predetermined temperature range, can be converted from 30 minutes if a few hours, the MnOOH (y1) nanowire or MnO 2 (y2) nanowires suitably Mn2O 3 nanowire (y3). It should be noted that the specific device for heating is not limited at all, and general-purpose equipment capable of adjusting the temperature is sufficient.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、特に断わりがない限り、「%」は「質量%」を表わす。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Unless otherwise specified, “%” represents “mass%”.

[走査電子顕微鏡によるナノワイヤの形状分析]
乾燥後のナノワイヤを両面テープにてサンプル支持台に固定し、日立社製走査電子顕微鏡「S−5000」にて観察した。
[Shape analysis of nanowires using a scanning electron microscope]
The dried nanowire was fixed to a sample support with a double-sided tape and observed with a scanning electron microscope “S-5000” manufactured by Hitachi.

[透過型電子顕微鏡によるナノワイヤの形状分析]
日本電子株式会社製透過型電子顕微鏡「JEM−2200FS」にて観察した。
[Nanowire shape analysis by transmission electron microscope]
Observation was performed with a transmission electron microscope “JEM-2200FS” manufactured by JEOL Ltd.

[X線回折法(XRD)によるマンガン酸化物の分析]
マンガン酸化物を測定試料用ホルダーにのせ、それを株式会社リガク製広角X線回折装置「Rint−ultma」にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード1.0°/分、走査範囲20〜40°の条件で行った。特に、被覆膜の内部構造詳細の分析では、その測定条件を以下のように設定した。X線:Cu/Kα線、50kV/300mA、走査スピード:0.12°/min;走査軸:2θ(入射角0.2〜0.5°、1.0°)。
[Analysis of Manganese Oxides by X-ray Diffraction (XRD)]
Place manganese oxide on the measurement sample holder, set it on the Rigaku Corporation wide-angle X-ray diffractometer “Rint-ultma”, Cu / Kα ray, 40 kV / 30 mA, scan speed 1.0 ° / min, scan The conditions were in the range of 20-40 °. In particular, in the analysis of the internal structure details of the coating film, the measurement conditions were set as follows. X-ray: Cu / Kα ray, 50 kV / 300 mA, scanning speed: 0.12 ° / min; scanning axis: 2θ (incident angle 0.2 to 0.5 °, 1.0 °).

合成例1[ガラス基板表面に酸化チタン表層を作製する]
スクリューガラス管中で、0.071gのTiOSO・nHO(硫酸チタニル、ナカライテスク社製)無色粉末を19mLの蒸留水(水質;比抵抗18.2mΩ・cm)に分散させ、ここに35%の過酸化水素水60μL(東京化成社製)を加えた。この分散液に数滴の硝酸(69%、キシダ化学社製)を加え、TiOSOが完全に溶解するまで室温で30分撹拌した。この溶液に再度硝酸を滴下し、pHを1.3に調製した後、0.036gの炭酸ナトリウム(キシダ化学社製、pH標準液用)を溶解させ、pHを1.65に調製した。pHは、Mettoler Toledo社(スイス)製pHメーターを用いて測定した。このようにして得られた酸化チタン前駆体の水溶液に、スライドガラス基板を立て掛けて浸漬させ、それを80℃で1時間静置させた。1時間後基板を取り出し、それを蒸留水で洗浄した。
Synthesis Example 1 [Preparing a titanium oxide surface layer on the surface of a glass substrate]
In a screw glass tube, 0.071 g of TiOSO 4 · nH 2 O (titanyl sulfate, manufactured by Nacalai Tesque) colorless powder was dispersed in 19 mL of distilled water (water quality; specific resistance 18.2 mΩ · cm). % Of hydrogen peroxide 60 μL (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. A few drops of nitric acid (69%, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to this dispersion, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes until TiOSO 4 was completely dissolved. Nitric acid was again added dropwise to this solution to adjust the pH to 1.3, and 0.036 g of sodium carbonate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., for pH standard solution) was dissolved to adjust the pH to 1.65. The pH was measured using a pH meter manufactured by Mettler Toledo (Switzerland). The slide glass substrate was soaked and immersed in the aqueous solution of the titanium oxide precursor thus obtained, and allowed to stand at 80 ° C. for 1 hour. After 1 hour, the substrate was taken out and washed with distilled water.

この基板を乾燥後、400℃にて1時間加熱した。これでガラス基板表面に、アナターゼ型酸化チタン表層が形成した(図1)。   The substrate was dried and then heated at 400 ° C. for 1 hour. Thus, an anatase-type titanium oxide surface layer was formed on the glass substrate surface (FIG. 1).

合成例2[ガラス基板表面に酸化チタン表層を作製する]
合成例1と同様な液中にスライドガラス基板を立てかけて浸漬し、溶液を80℃まで加熱し、その温度で18時間静置させた。溶液を室温に冷却後、ガラス基板を取り出し、それを蒸留水で3回洗浄し、室温で放置し乾燥した。これでガラス基板表面が芝状酸化チタンで覆われた(図2)。
Synthesis Example 2 [Producing a titanium oxide surface layer on the surface of a glass substrate]
A slide glass substrate was stood and immersed in the same liquid as in Synthesis Example 1, and the solution was heated to 80 ° C. and allowed to stand at that temperature for 18 hours. After cooling the solution to room temperature, the glass substrate was taken out, washed with distilled water three times, and allowed to stand at room temperature to dry. Thus, the glass substrate surface was covered with turf-like titanium oxide (FIG. 2).

合成例3 [ポリメチルメタクリレート基板表面に酸化チタン表層を作製する]
合成例1と同様な液中にポリメチルメタクリレート板を立てかけて浸漬し、溶液を80℃まで加熱し、その温度で18時間静置させた。溶液を室温に冷却後、フィルム基板を取り出し、それを蒸留水で3回洗浄し、室温で放置し乾燥した。これでポリイミドフィルム表面が芝状酸化チタンで覆われた(図3)。
Synthesis Example 3 [Preparing a titanium oxide surface layer on the surface of a polymethyl methacrylate substrate]
A polymethylmethacrylate plate was immersed in the same liquid as in Synthesis Example 1, and the solution was heated to 80 ° C. and allowed to stand at that temperature for 18 hours. After cooling the solution to room temperature, the film substrate was taken out, washed with distilled water three times, and allowed to stand at room temperature to dry. Thus, the polyimide film surface was covered with turf-like titanium oxide (FIG. 3).

実施例1[酸化スズ表層を有するシリコン基板表面がマンガン酸化物(MnOOH)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
サンプル瓶に、MilliQ 水,Mn(NO・6H2O(特級,関東化学),H(35%)を順次加え、最後にヘキサメチレンテトラミン(特級,キシダ化学)を溶解させ、各化合物の組成として、マンガンイオン(15mmol/L)、H(37mmol/L)、ヘキサメチレンテトラミン(15mmol/L)の溶液に調製した。該溶液にフッ素ドープ酸化スズ表層を有するシリコン基板(FTO,AGCファブリテック社製)を浸漬し、それを80℃にて5時間静置した。
Example 1 [Structure in which surface of silicon substrate having tin oxide surface layer is coated with manganese oxide (MnOOH) nanowire]
MilliQ water, Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (special grade, Kanto Chemical), H 2 O 2 (35%) are sequentially added to the sample bottle, and finally hexamethylenetetramine (special grade, Kishida Chemical) is dissolved. The composition of the compound was prepared as a solution of manganese ions (15 mmol / L), H 2 O 2 (37 mmol / L), and hexamethylenetetramine (15 mmol / L). A silicon substrate having a fluorine-doped tin oxide surface layer (FTO, manufactured by AGC Fabrictech) was immersed in the solution, and allowed to stand at 80 ° C. for 5 hours.

基板を取り出し、蒸留水にて3回洗浄後、室温乾燥し、MnOOHナノワイヤで被覆されたシリコン構造物を得た。図4には得られた構造物のSEM観察の断面構造写真を示した。ナノワイヤが基板上に緻密に立ち並ぶ状態が明確に観察される。この構造物のXRD観察から、ワイヤはγ−MnOOH由来の結晶体であることが判明した(図5)。さらに、ワイヤを掻き落とし、そのワイヤをTEMにて観察した。低分解能条件での観察から、ワイヤ表面はややラフであり、その太さは30nmであった(図6)。高分解能条件では、ナノワイヤ結晶の格子縞が観察され、その同一間隔の縞は一方向に伸びた(図7)。これは、γ−MnOOHナノワイヤが単結晶であることを強く示唆する。   The substrate was taken out, washed three times with distilled water, and then dried at room temperature to obtain a silicon structure covered with MnOOH nanowires. FIG. 4 shows a cross-sectional structure photograph of the obtained structure by SEM observation. The state where the nanowires are densely arranged on the substrate is clearly observed. XRD observation of this structure revealed that the wire was a crystal derived from γ-MnOOH (FIG. 5). Furthermore, the wire was scraped off and the wire was observed with TEM. From observation under low-resolution conditions, the wire surface was slightly rough and its thickness was 30 nm (FIG. 6). Under high resolution conditions, nanowire crystal lattice stripes were observed, and the stripes of the same interval extended in one direction (FIG. 7). This strongly suggests that the γ-MnOOH nanowire is a single crystal.

実施例2[酸化スズ表層を有するシリコン基板表面がマンガン酸化物(MnO)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
実施例1で得られたMnOOHナノワイヤ被覆型構造物を電気炉に入れ、400℃の加熱条件下で1時間放置した。冷却した後、サンプルを取り出し、MnOナノワイヤ被覆型構造物を得た。これ構造物のSEM写真を図8に示した。ワイヤ構造には変化なく、緻密な被覆構造のままであった。該構造物のXRD測定から、ナノワイヤはMnO由来の結晶体であることが示唆された(図9)。
Example 2 [Structure in which the surface of a silicon substrate having a tin oxide surface layer is coated with manganese oxide (MnO 2 ) nanowires]
The MnOOH nanowire-covered structure obtained in Example 1 was placed in an electric furnace and left under heating at 400 ° C. for 1 hour. After cooling, the sample was removed to obtain a MnO 2 nanowire-covered structure. An SEM photograph of this structure is shown in FIG. The wire structure did not change, and the dense coating structure remained. From the XRD measurement of the structure, it was suggested that the nanowire is a crystal derived from MnO 2 (FIG. 9).

実施例3[酸化スズ表層を有するシリコン基板表面がマンガン酸化物(Mn)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
実施例1で得られたMnOOHナノワイヤ被覆型構造物を電気炉に入れ、600℃の加熱条件下で1時間放置した。冷却した後、サンプルを取り出し、Mnナノワイヤ被覆型構造物を得た。これ構造物のSEM写真を図10に示した。ワイヤ構造には変化なく、緻密な被覆構造のままであった。外構造物のXRD測定から、ナノワイヤはMn由来の結晶体であることが示唆された(図11)。
Example 3 [Structure in which the surface of a silicon substrate having a tin oxide surface layer is coated with manganese oxide (Mn 2 O 3 ) nanowires]
The MnOOH nanowire-covered structure obtained in Example 1 was placed in an electric furnace and left under heating at 600 ° C. for 1 hour. After cooling, a sample was taken out to obtain a Mn 2 O 3 nanowire-covered structure. An SEM photograph of this structure is shown in FIG. The wire structure did not change, and the dense coating structure remained. From the XRD measurement of the outer structure, it was suggested that the nanowire is a crystal derived from Mn 2 O 3 (FIG. 11).

実施例4[酸化チタン表層を有するガラス基板表面がマンガン酸化物(MnOOH)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
合成例1で得た酸化チタン表層を有するガラス基板を、実施例1と同様な方法で処理し、マンガン酸化物MnOOHナノワイヤ被覆型構造物を得た。
Example 4 [Structure in which surface of glass substrate having titanium oxide surface layer is coated with manganese oxide (MnOOH) nanowire]
The glass substrate having the titanium oxide surface layer obtained in Synthesis Example 1 was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a manganese oxide MnOOH nanowire-covered structure.

SEM観察から、基板表面にナノワイヤが緻密に被覆した珊瑚状構造が確認された(図12)。   From the SEM observation, a cage-like structure in which nanowires were densely coated on the substrate surface was confirmed (FIG. 12).

実施例5[酸化チタン表層を有するガラス基板表面がマンガン酸化物(MnOOH)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
合成例2で得た酸化チタン表層を有するガラス基板を、実施例1と同様な方法で処理し、マンガン酸化物MnOOHナノワイヤ被覆型構造物を得た。
Example 5 [Structure in which surface of glass substrate having titanium oxide surface layer is coated with manganese oxide (MnOOH) nanowire]
The glass substrate having the titanium oxide surface layer obtained in Synthesis Example 2 was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a manganese oxide MnOOH nanowire-covered structure.

SEM観察から、基板表面にナノワイヤが緻密に被覆した珊瑚状構造が確認された(図13)。   From the SEM observation, a cage-like structure in which nanowires were densely coated on the substrate surface was confirmed (FIG. 13).

実施例6[酸化チタン表層を有するポリメチルメタクリレート(PMMA)基板表面がマンガン酸化物(MnOOH)ナノワイヤで被覆されてなる構造物]
合成例3で得た酸化チタン表層を有するPMMA基板を、実施例1と同様な方法で処理し、マンガン酸化物MnOOHナノワイヤ被覆型構造物を得た。
Example 6 [Structure in which surface of polymethyl methacrylate (PMMA) substrate having titanium oxide surface layer is coated with manganese oxide (MnOOH) nanowire]
The PMMA substrate having the titanium oxide surface layer obtained in Synthesis Example 3 was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a manganese oxide MnOOH nanowire-covered structure.

SEM観察から、基板表面にナノワイヤが緻密に被覆した珊瑚状構造が確認された(図14)。   From the SEM observation, a cage-like structure in which nanowires were densely coated on the substrate surface was confirmed (FIG. 14).

本発明のマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物は、各種マイクロ電池構築、触媒付与型マイクロリアクター、センサー、光学系デバイス構築、光熱変換デバイス、赤外線吸収材、絶縁体または半導体構築、殺菌/滅菌デバイス構築、超親水/超疎水界面構築等として用いることができる。   Manganese oxide nanowire-covered structure of the present invention includes various micro battery construction, catalyst-provided microreactor, sensor, optical device construction, photothermal conversion device, infrared absorber, insulator or semiconductor construction, sterilization / sterilization device construction It can be used as a superhydrophilic / superhydrophobic interface construction.

Claims (7)

金属酸化物表層(a)として酸化スズ薄膜又は酸化チタン薄膜を有する固体基材(X)の当該金属酸化物表層(a)が、マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆されてなるマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物であって、
該マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)が、マンガン酸化物単一組成の単結晶からなるナノワイヤであることを特徴とするマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物。
Manganese oxide nanowire formed by coating the metal oxide surface layer (a) of the solid substrate (X) having a tin oxide thin film or a titanium oxide thin film as the metal oxide surface layer (a) with the manganese oxide nanowire (Y). A covered structure,
A manganese oxide nanowire-covered structure, wherein the manganese oxide nanowire (Y) is a nanowire made of a single crystal having a single composition of manganese oxide.
前記マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)のマンガン酸化物が、MnOOH(y1)、MnO (y2)又はMn(y3)である請求項1記載のマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物。 The manganese oxide of manganese oxide nanowires (Y) is, MnOOH (y1), MnO 2 (y2) or Mn 2 O 3 (y3) a is claim 1 manganese oxide nanowire-covered structure according. 前記マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)が、太さが10〜100nmの範囲であり、且つその長さが1〜6μmの範囲である請求項1又は2に記載のマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物。 The manganese oxide nanowire-covered structure according to claim 1 or 2, wherein the manganese oxide nanowire (Y) has a thickness in the range of 10 to 100 nm and a length in the range of 1 to 6 µm. 前記マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)が前記金属酸化物表層(a)から略垂直方向に立ち並んで被覆している請求項1〜3の何れか1項記載のマンガン酸化物ナノワイヤ被覆型構造物。 The manganese oxide nanowire-covered structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the manganese oxide nanowire (Y) covers the metal oxide surface layer (a) so as to stand in a substantially vertical direction. (1)2価のマンガンイオン化合物(i)と過酸化水素を含む水溶液を調製する工程、
(2)工程(1)で得られた水溶液に塩基性有機アミン化合物(ii)を加える工程、
(3)工程(2)で得られた水溶液に金属酸化物表層(a)を有する固体基材(X)を浸漬し、95℃以下に加温して、該金属酸化物表層(a)の表面をマンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆する工程、
(4)マンガン酸化物ナノワイヤ(Y)で被覆された固体基材(X)を取り出し、該表面を水洗して乾燥する工程、
を有することを特徴とするマンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法。
(1) a step of preparing an aqueous solution containing a divalent manganese ion compound (i) and hydrogen peroxide;
(2) adding a basic organic amine compound (ii) to the aqueous solution obtained in step (1),
(3) The solid substrate (X) having the metal oxide surface layer (a) is immersed in the aqueous solution obtained in the step (2), heated to 95 ° C. or less, and the metal oxide surface layer (a) Coating the surface with manganese oxide nanowires (Y);
(4) A step of taking out the solid substrate (X) coated with the manganese oxide nanowire (Y), washing the surface with water and drying,
A method for producing a manganese oxide MnOOH (y1) nanowire-covered structure characterized by comprising:
請求項5の前記工程(1)〜(4)で得られたマンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物を、300〜500℃の温度範囲で加熱する工程を有することを特徴とする、マンガン酸化物MnO(y2)ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法。 The manganese oxide MnOOH (y1) nanowire-covered structure obtained in the steps (1) to (4) of claim 5 has a step of heating in a temperature range of 300 to 500 ° C. Manganese oxide MnO 2 (y2) A method for producing a nanowire-covered structure. 請求項5の前記工程(1)〜(4)で得られたマンガン酸化物MnOOH(y1)ナノワイヤ被覆型構造物、又はこれを300〜500℃の温度範囲で加熱して得られたマンガン酸化物MnO(y2)ナノワイヤ被覆型構造物を、550〜1000℃の温度範囲で加熱する工程を有することを特徴とする、マンガン酸化物Mn(y3)ナノワイヤ被覆型構造物の製造方法。 The manganese oxide MnOOH (y1) nanowire-covered structure obtained in the steps (1) to (4) of claim 5 , or a manganese oxide obtained by heating the manganese oxide in a temperature range of 300 to 500 ° C. A method for producing a manganese oxide Mn 2 O 3 (y3) nanowire-covered structure, comprising heating the MnO 2 (y2) nanowire-covered structure in a temperature range of 550 to 1000 ° C.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108649214A (en) * 2018-05-07 2018-10-12 东北大学 A kind of Mn2O3One-dimensional nano line and its preparation method and application

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101606020B1 (en) * 2013-08-14 2016-03-24 이화여자대학교 산학협력단 LAYERED POROUS Mn2O3 NANOSHEET AND PREPARING METHOD OF THE SAME
CN103760196B (en) * 2014-02-19 2016-01-20 中国工程物理研究院化工材料研究所 A kind of Birnessite type manganese dioxide nanosheet hydrogen sensor and preparation method thereof
CN106887606B (en) * 2017-02-23 2019-12-13 广西大学 Peach-shaped Mn2O3preparation method of/C particles
CN109666925B (en) * 2019-01-11 2021-01-19 华东交通大学 Super-hydrophobic manganese dioxide coating on surface of metal material and preparation method thereof
JP7291377B2 (en) * 2019-05-21 2023-06-15 国立大学法人 新潟大学 Method for producing catalyst and method for producing metal oxide

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11507904A (en) * 1995-06-07 1999-07-13 サーモメトリックス,インコーポレイテッド Nickel-manganese oxide single crystal
WO2003053851A2 (en) * 2001-07-20 2003-07-03 President And Fellows Of Harvard College Transition metal oxide nanowires
JP2007005281A (en) * 2005-05-27 2007-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Positive electrode for battery and its manufacturing method
JP2007055887A (en) * 2005-07-25 2007-03-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manganese dioxide, method and apparatus for producing the same, and battery active material manufactured by using the same and battery prepared using the same
JP4798507B2 (en) * 2007-05-18 2011-10-19 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing single-crystal LiMn2O4 nanowire and high-rate Li-ion battery using single-crystal LiMn2O4 nanowire
WO2009125504A1 (en) * 2008-04-09 2009-10-15 Ma Xiaodong Nanowire and method of forming the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108649214A (en) * 2018-05-07 2018-10-12 东北大学 A kind of Mn2O3One-dimensional nano line and its preparation method and application

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