JP6240115B2 - Method for synthesizing metal nanoparticles, electrode comprising core-shell nanoparticles and electrochemical cell having said electrode - Google Patents

Method for synthesizing metal nanoparticles, electrode comprising core-shell nanoparticles and electrochemical cell having said electrode Download PDF

Info

Publication number
JP6240115B2
JP6240115B2 JP2015054673A JP2015054673A JP6240115B2 JP 6240115 B2 JP6240115 B2 JP 6240115B2 JP 2015054673 A JP2015054673 A JP 2015054673A JP 2015054673 A JP2015054673 A JP 2015054673A JP 6240115 B2 JP6240115 B2 JP 6240115B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
nanoparticles
metal
shell
zero
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015054673A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015178677A5 (en
JP2015178677A (en
Inventor
ニクヒレンドラ・シング
マイケル・ポール・ロー
Original Assignee
トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
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
Priority claimed from US14/219,831 external-priority patent/US9281518B2/en
Application filed by トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド, トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド filed Critical トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド
Publication of JP2015178677A publication Critical patent/JP2015178677A/en
Publication of JP2015178677A5 publication Critical patent/JP2015178677A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6240115B2 publication Critical patent/JP6240115B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/02Layer formed of wires, e.g. mesh
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/387Tin or alloys based on tin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9041Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232Metals or alloys
    • 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
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年10月4日に出願された特許出願第14/046,120号の一部継続出願であり、該出願は本明細書においてその全体が参考のため援用される。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part of patent application No. 14 / 046,120 filed on Oct. 4, 2013, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Is done.

技術分野
本発明は、一般に2つ以上のゼロ価金属を含有するナノ粒子を合成する方法に関し、また一般にこのようなナノ粒子を含む電極、およびこのような電極を含む電気化学セルに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to methods of synthesizing nanoparticles containing two or more zero valent metals, and generally relates to electrodes comprising such nanoparticles, and electrochemical cells comprising such electrodes.

背景
金属ナノ粒子は、大きさが100nm未満の純粋なまたは合金形態の元素金属の粒子であって、対応するバルク金属に比べて、特異な物理的、化学的、電気的、磁気的、光学的、およびその他の特性を有する。このため、とりわけ化学、医薬、エネルギー、および先端電子工学などの分野で用いられているかまたは開発中である。
Background Metal nanoparticles are elemental metal particles in a pure or alloy form with a size of less than 100 nm, which are unique physical, chemical, electrical, magnetic, optical compared to the corresponding bulk metal. , And other properties. For this reason, it is used or under development, especially in fields such as chemistry, medicine, energy, and advanced electronics.

金属性ナノ粒子の合成方法は、典型的には、「トップダウン」または「ボトムアップ」であるとして特徴付けられ、様々な化学的、物理的、さらには生物学的なアプローチを含む。トップダウンの技法は、マクロスケールまたはバルクの金属を様々な物理的な力を用いてナノスケールの粒子へと物理的に分解することを伴う。ボトムアップの方法は、遊離原子、分子、またはクラスターからナノ粒子を形成することを伴う。   Methods for synthesizing metallic nanoparticles are typically characterized as being “top-down” or “bottom-up” and include various chemical, physical and even biological approaches. Top-down techniques involve physically breaking macroscale or bulk metals into nanoscale particles using various physical forces. Bottom-up methods involve forming nanoparticles from free atoms, molecules, or clusters.

トップダウンの金属ナノ粒子合成のために物理的な力を用いる方法としては、マクロスケール金属粒子のミリング粉砕、マクロスケール金属のレーザアブレーション、およびマクロスケール金属の放電加工がある。ボトムアップ合成の化学的なアプローチは、一般に、核生成種粒子回りでの成長、または自己核生成および金属ナノ粒子への成長、と結びついた、金属塩のゼロ価金属への還元を伴う。   Methods using physical forces for top-down metal nanoparticle synthesis include milling of macroscale metal particles, laser ablation of macroscale metal, and electrical discharge machining of macroscale metal. The chemical approach of bottom-up synthesis generally involves the reduction of a metal salt to a zero valent metal combined with growth around nucleated seed particles, or self-nucleation and growth into metal nanoparticles.

これらの方法の各々が一定の環境では効果的であり得る一方で、欠点または状況不適応性を有する。直接ミリング法は、得られ得る粒子のサイズに制限があり(約20nmより小さい粒子の生成は難しいことが多い)また合金の化学量論比率の制御を失うことになり得る。他の物理的方法は費用が掛かるか、または工業規模になじまないことがある。   While each of these methods can be effective in certain circumstances, it has drawbacks or situational incompatibility. The direct milling method is limited in the size of the particles that can be obtained (it is often difficult to produce particles smaller than about 20 nm) and can lose control of the stoichiometric ratio of the alloy. Other physical methods may be expensive or may not fit on an industrial scale.

化学的還元技法は、金属カチオンが還元に耐性がある状況では失敗し得る。例えばMn(II)は化学的還元に影響されないのは有名である。従来の化学的還元アプローチはまた、酸化に非常に影響されやすい適用例のためのナノ粒子の生成には不適切であり得る。例えばスズナノ粒子は、20nm未満のサイズで還元アプローチから得るのは難しく、例え得られてもSnOを大きな比率で含む傾向となり得る。 Chemical reduction techniques can fail in situations where the metal cation is resistant to reduction. For example, it is well known that Mn (II) is not affected by chemical reduction. Traditional chemical reduction approaches may also be inappropriate for the production of nanoparticles for applications that are very sensitive to oxidation. For example Suzunano particles, to obtain a reduction approach in a size of less than 20nm is difficult, it may tend comprising SnO 2 be obtained even in a large proportion.

スズは電池電極にとって有望な材料である。例えば、Liイオン電池のアノードとして、スズは、一般に使用されるグラファイトアノードの充電密度の約3倍蓄積することができる。最近は、スズベースの材料が、高エネルギー密度Mgイオン電池のためのMgイオン挿入タイプのアノードとしての使用に大いに有望であることが示されている。特に、約100nmのスズ粉末から製造されたアノード材料が、高容量および低挿入/脱離電圧を実現している。   Tin is a promising material for battery electrodes. For example, as the anode of a Li-ion battery, tin can accumulate about three times the charge density of commonly used graphite anodes. Recently, tin-based materials have shown great promise for use as Mg ion insertion type anodes for high energy density Mg ion batteries. In particular, anode materials made from about 100 nm tin powder achieve high capacity and low insertion / extraction voltage.

ビスマスのマグネシウム化が起こると、これはビスマスベースのアノードを有するMgイオン電池の動作中に起こり得るが、超イオン伝導性材料MgBiが形成されると考えられる。これに対して、マグネシウム化したスズは超イオン伝導性材料を形成せず、上述のように可能出力率が低くなりがちである。スズ−ビスマスのコア−シェルナノ粒子などの、スズおよびビスマス両方の有益な特性を組み込んだアノード活物質は、電気化学セル一般、および特にMgイオン電気化学セルの性能を向上させる能力を有し得る。 When bismuth magnesiumation occurs, this may occur during operation of a Mg ion battery with a bismuth-based anode, but it is believed that the superionic conductive material Mg 3 Bi 2 is formed. On the other hand, the magnesium-tin does not form a superionic conductive material and tends to have a low possible output rate as described above. Anode active materials that incorporate the beneficial properties of both tin and bismuth, such as tin-bismuth core-shell nanoparticles, may have the ability to improve the performance of electrochemical cells in general, and in particular Mg ion electrochemical cells.

概要
新規の試薬を介して金属ナノ粒子を合成する方法が提供される。開示された方法によって合成されたコア−シェル金属ナノ粒子を含む電極もまた提供される。このような電極を用いる電気化学セルがさらに提供される。
SUMMARY A method for synthesizing metal nanoparticles via a novel reagent is provided. An electrode comprising core-shell metal nanoparticles synthesized by the disclosed method is also provided. Further provided is an electrochemical cell using such an electrode.

1つの態様では、金属ナノ粒子を合成する方法が開示される。本方法は、界面活性剤をコア試薬錯体に加えてコアナノ粒子を生成するステップであって、前記コア試薬錯体は式I   In one aspect, a method for synthesizing metal nanoparticles is disclosed. The method comprises the step of adding a surfactant to the core reagent complex to produce core nanoparticles, wherein the core reagent complex is of formula I

によって表され、ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値であるステップを包含する。本方法はまた、コアナノ粒子の存在下で界面活性剤をシェル試薬錯体に加えるステップであって、前記シェル試薬錯体は式II Where M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is a value greater than zero. The method also includes adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, wherein the shell reagent complex has the formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値であるステップを包含する。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X and includes a step where y is greater than zero.

別の態様では、コア−シェル金属ナノ粒子を含む電極が開示される。本電極が含むコア−シェル金属ナノ粒子は、界面活性剤をコア試薬錯体に加えてコアナノ粒子を生成することであって、前記コア試薬錯体は式I   In another aspect, an electrode comprising core-shell metal nanoparticles is disclosed. The core-shell metal nanoparticles included in this electrode are the addition of a surfactant to the core reagent complex to produce core nanoparticles, wherein the core reagent complex has the formula I

によって表され、ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値であることを包含する方法によって合成される。該方法はまた、コアナノ粒子の存在下で界面活性剤をシェル試薬錯体に加えるステップであって、前記シェル試薬錯体は式II Where M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is synthesized by a method involving a value greater than zero. The method also includes adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, wherein the shell reagent complex has the formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値であるステップを包含する。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X and includes a step where y is greater than zero.

別の態様では、電気化学セルが開示される。本電気化学セルは、コア−シェル金属ナノ粒子を含む電極を有する。該電極が含むコア−シェル金属ナノ粒子は、界面活性剤をコア試薬錯体に加えてコアナノ粒子を生成することであって、前記コア試薬錯体は式I   In another aspect, an electrochemical cell is disclosed. The electrochemical cell has an electrode comprising core-shell metal nanoparticles. The core-shell metal nanoparticles included in the electrode are formed by adding a surfactant to the core reagent complex to form core nanoparticles, wherein the core reagent complex has the formula I

によって表され、ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値であることを包含する方法によって合成される。該方法はまた、コアナノ粒子の存在下で界面活性剤をシェル試薬錯体に加えるステップであって、前記シェル試薬錯体は式II Where M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is synthesized by a method involving a value greater than zero. The method also includes adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, wherein the shell reagent complex has the formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値である方法を包含する。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X, and includes methods where y is greater than zero.

図面の簡単な説明
本発明の様々な態様および利点は、添付の図面と併せて示される実施形態の以下の説明から明らかとなりまたより容易に理解されよう。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Various aspects and advantages of the present invention will become apparent and more readily appreciated from the following description of embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

ここで述べる方法によって合成されたスズナノ粒子のX線回折スペクトルである。It is an X-ray-diffraction spectrum of the tin nanoparticle synthesize | combined by the method described here. Sn粉末のX線光電子スペクトルである。Sn is an X-ray photoelectron spectrum of 0 powder. ここで述べるプロセスによって調製されたSn・(LiBH錯体のX線光電子スペクトルである。Here Sn · (LiBH 4) prepared by the process described is an X-ray photoelectron spectrum of the 2 complex. 図2AのSn粉末のX線スペクトルと、図2の図2Bのプロセスによって調製されたSn・(LiBH錯体のX線光電子スペクトルとを重ねたものである。2A is an overlay of the X-ray spectrum of the Sn 0 powder of FIG. 2A and the X-ray photoelectron spectrum of the Sn. (LiBH 4 ) 2 complex prepared by the process of FIG. 2B of FIG. ここで述べる方法によって合成されたSn−Biコア−シェルナノ粒子を含むアノードを有するMgイオン電気化学セルに対する第1サイクルマグネシウム化曲線である。2 is a first cycle magnesiumation curve for an Mg ion electrochemical cell having an anode comprising Sn—Bi core-shell nanoparticles synthesized by the method described herein. ここで述べる方法によって合成されたBi−Snコア−シェルナノ粒子を含むアノードを有するMgイオン電気化学セルに対する第1サイクルマグネシウム化曲線である。2 is a first cycle magnesiumation curve for an Mg ion electrochemical cell having an anode comprising Bi—Sn core-shell nanoparticles synthesized by the method described herein.

詳細な説明
金属ナノ粒子を合成する方法、このように合成されたナノ粒子、およびナノ粒子を含む電気化学装置について述べる。以下に説明するように、この方法は、界面活性剤と、ゼロ価金属および水素化物を含む新規の試薬錯体との間の反応を伴う。「ゼロ価金属」は、代替的に元素金属または酸化状態がゼロの金属として表現され得る。新規の試薬錯体は代替的に錯体として表現され得る。
DETAILED DESCRIPTION A method for synthesizing metal nanoparticles, the nanoparticles thus synthesized, and an electrochemical device comprising the nanoparticles are described. As explained below, this method involves a reaction between a surfactant and a novel reagent complex comprising a zerovalent metal and a hydride. A “zero valent metal” may alternatively be expressed as an elemental metal or a metal with a zero oxidation state. New reagent complexes can alternatively be expressed as complexes.

ここで用いる「金属」は、アルカリ土類金属、アルカリ金属、遷移金属、またはポスト遷移金属を指し得る。語句「遷移金属」は、第3〜12族のいかなるDブロック金属を指し得る。語句「ポスト遷移金属」は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、タリウム、鉛、またはビスマスを含む第13〜16族のいかなる金属を指し得る。いくつかの変形例では、金属は遷移金属またはポスト遷移金属であり、いくつかの例では、金属はスズである。   As used herein, “metal” may refer to an alkaline earth metal, alkali metal, transition metal, or post-transition metal. The phrase “transition metal” can refer to any D-block metal of Groups 3-12. The phrase “post-transition metal” may refer to any group 13-16 metal including aluminum, gallium, indium, tin, thallium, lead, or bismuth. In some variations, the metal is a transition metal or post-transition metal, and in some examples, the metal is tin.

ここで用いる「水素化物」は、固形金属水素化物(例えば、NaHまたはMgH)、半金属水素化物(例えば、BH)、錯体金属水素化物(例えば、LiAlH)、または塩水素化物とも呼ばれる塩半金属水素化物(例えば、LiBH)であり得る。用語「半金属」は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルリウム、またはポロニウムのいずれかを指し得る。いくつかの例において、水素化物はLiBHである。錯体金属水素化物および塩半金属水素化物よりなる群に属するいかなるものは「錯体水素化物」と呼び得る。ここで用いる水素化物という用語はまた、対応する重水素化物またはトリチウム化物も包含し得ることを理解されたい。 As used herein, “hydride” is also referred to as solid metal hydride (eg, NaH or MgH 2 ), metalloid hydride (eg, BH 3 ), complex metal hydride (eg, LiAlH 4 ), or salt hydride. It may be a salt metalloid hydride (eg LiBH 4 ). The term “metalloid” may refer to either boron, silicon, germanium, arsenic, antimony, tellurium, or polonium. In some examples, the hydride is LiBH 4 . Any member of the group consisting of complex metal hydrides and salt metalloid hydrides may be referred to as “complex hydrides”. It should be understood that the term hydride as used herein can also encompass the corresponding deuteride or tritide.

金属ナノ粒子を合成する方法は、界面活性剤をコア試薬錯体に加えてコアナノ粒子を生成するステップを含み、コア試薬錯体は式I   The method of synthesizing metal nanoparticles includes adding a surfactant to the core reagent complex to produce core nanoparticles, wherein the core reagent complex has the formula I

によって表され、ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい整数または小数値である。場合によっては、yは4以下の整数または小数値となる。 Where M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is an integer greater or less than zero. In some cases, y is an integer of 4 or less or a decimal value.

金属ナノ粒子を合成する方法は、界面活性剤を、コアナノ粒子の存在下でシェル試薬錯体に加える別のステップを含み、シェル試薬錯体は式II   The method of synthesizing the metal nanoparticles includes another step of adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, the shell reagent complex having the formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値である。多くの場合、yは0より大きく且つ4以下の値であり得る。yによって表される値は、整数値または2.5などの小数値であり得る。上記2つのステップで使用される界面活性剤は、アイデンティティが同じであっても異なっていてもよい。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X, and y is a value greater than zero. In many cases, y can be a value greater than 0 and less than or equal to 4. The value represented by y can be an integer value or a decimal value such as 2.5. The surfactants used in the above two steps may be the same or different.

本方法のいくつかの変形例においては、Mcore およびMshell はスズおよびビスマスよりなる群から選択される。いくつかのこのような変形例では、Mcore がスズであり、Mshell がビスマスである。他のこのような変形例では、Mcore がビスマスであり、Mshell がスズである。 In some variations of the method, M core 0 and M shell 0 are selected from the group consisting of tin and bismuth. In some such variations, M core 0 is tin and M shell 0 is bismuth. In other such variations, M core 0 is bismuth and M shell 0 is tin.

いかなる特定の説に束縛されることなく、2つのステップを有する上記の方法によって生成される金属ナノ粒子はコア−シェル金属ナノ粒子であると考えられる。ここで用いる語句「コア−シェル」は、Mcore に関連するゼロ価金属がナノ粒子の質量中心で濃縮され、一方、Mshell に関連するゼロ価金属が表面で濃縮される特性を指す。場合によっては、語句「コア−シェル」は、Mcore に関連するゼロ価金属の個々のコアが、Mshell に関連するゼロ価金属の個々の層で部分的にまたは完全に表面被覆される構造を指し得る。よって、開示した方法によって合成された金属ナノ粒子は、ここでは「コア−シェル金属ナノ粒子」と呼ばれることがある。 Without being bound by any particular theory, it is believed that the metal nanoparticles produced by the above method having two steps are core-shell metal nanoparticles. As used herein, the phrase “core-shell” refers to the property that the zero valent metal associated with M core 0 is concentrated at the center of mass of the nanoparticle while the zero valent metal associated with M shell 0 is enriched at the surface. . In some cases, the phrase “core-shell” means that an individual core of zero valent metal associated with M core 0 is partially or fully surface coated with an individual layer of zero valent metal associated with M shell 0. May refer to the structure. Thus, metal nanoparticles synthesized by the disclosed method may be referred to herein as “core-shell metal nanoparticles”.

任意選択に、上述の第2のステップは、複数のシェル層を持つナノ粒子を合成するために繰り返すことができる。シェル試薬錯体および界面活性剤を連続して使用する場合には、次の使用では、直前に使用されたシェル試薬錯体と比べて異なるMshell を有するシェル試薬錯体を利用すべきである。 Optionally, the second step described above can be repeated to synthesize nanoparticles with multiple shell layers. If the shell reagent complex and surfactant are used in succession, the next use should utilize a shell reagent complex having a different M shell 0 compared to the shell reagent complex used immediately before.

ここで用いる用語「試薬錯体」は、コア試薬錯体、シェル試薬錯体、または両方を指し得る。試薬錯体は、1つ以上の水素化物分子と複合した酸化状態ゼロの単一の金属原子などの、個々の分子的実体の錯体であり得る。あるいは、試薬錯体は、水素化物分子が散在している酸化状態ゼロの金属原子のクラスター、または酸化状態ゼロの金属原子クラスターであって、クラスター全体に散在している水素化物分子または水素化塩で表面被覆されたクラスターなどの分子クラスターとして存在し得る。 As used herein, the term “reagent complex” may refer to a core reagent complex, a shell reagent complex, or both. A reagent complex can be a complex of individual molecular entities, such as a single metal atom with zero oxidation state complexed with one or more hydride molecules . Alternatively, the reagent complexes, clusters of zero oxidation state of the metal atom hydride molecules are scattered or a zero oxidation state of the metal atom clusters, with a hydride molecules or hydrogenated salts are scattered throughout the cluster, It can exist as a molecular cluster such as a surface coated cluster.

金属ナノ粒子を合成する方法のいくつかの態様では、試薬錯体は溶媒または溶媒系と懸濁接触し得る。いくつかの変形例では、適切な溶媒または溶媒系は、試薬錯体の懸濁液が不活性環境で少なくとも1日の間安定するものを含む。いくつかの変形例では、適切な溶媒または溶媒系は、試薬錯体の懸濁液が不活性環境で少なくとも1時間の間安定するものを含む。いくつかの変形例では、適切な溶媒または溶媒系は、試薬錯体の懸濁液が不活性環境で少なくとも5分の間安定するものを含む。   In some embodiments of the method of synthesizing metal nanoparticles, the reagent complex can be in suspension contact with a solvent or solvent system. In some variations, suitable solvents or solvent systems include those in which the suspension of reagent complexes is stable for at least one day in an inert environment. In some variations, suitable solvents or solvent systems include those in which the suspension of reagent complexes is stable for at least 1 hour in an inert environment. In some variations, suitable solvents or solvent systems include those in which the suspension of reagent complexes is stable for at least 5 minutes in an inert environment.

ここで用いる語句「不活性環境」は、無水の大気環境を含み得る。ここで用いる語句「不活性環境」は、無酸素の大気環境を含み得る。ここで用いる語句「不活性環境」は、無水且つ無酸素の大気環境を含み得る。ここで用いる語句「不活性環境」は、アルゴンなどの不活性ガスを含む雰囲気中への封じ込め、または真空下の空間内への封じ込めを含み得る。   As used herein, the phrase “inert environment” may include an anhydrous atmospheric environment. As used herein, the phrase “inert environment” may include an anoxic atmospheric environment. As used herein, the phrase “inert environment” may include an anhydrous and anoxic atmospheric environment. As used herein, the phrase “inert environment” may include containment in an atmosphere containing an inert gas such as argon, or containment in a space under vacuum.

語句「試薬錯体がある期間安定する」で用いられる用語「安定」は、試薬錯体が目につくほどに分離または共有結合変換しないことを意味し得る。   The term “stable” as used in the phrase “reagent complex is stable for a period of time” can mean that the reagent complex does not appreciably separate or covalently convert.

ここで開示される特定の様々な態様で用いられる溶媒または溶媒系は、試薬錯体に含まれる水素化物に対して無反応な材料であり得る。上記語句「水素化物に対して無反応な材料」で用いられる用語「無反応」は、材料、すなわち溶媒または溶媒系が、熱力学的に有意な程度に試薬錯体の水素化物の共有結合反応に直接加わるかまたはこれを引き起こすことはないことを意味し得る。このような基準によれば、適切な溶媒または溶媒系は、使用されている水素化物に依存して変動し得る。いくつかの変形例では、これは、非プロトン性、非酸化性、またはこれらの両方である溶媒または溶媒系を含み得る。   The solvent or solvent system used in the various particular embodiments disclosed herein can be a material that is unreactive with the hydride contained in the reagent complex. The term “no reaction” as used in the above phrase “material non-reactive with hydride” refers to the covalent reaction of the hydride of the reagent complex to the extent that the material, ie the solvent or solvent system, is thermodynamically significant. It can mean joining directly or not causing this. According to such criteria, the appropriate solvent or solvent system may vary depending on the hydride being used. In some variations, this may include a solvent or solvent system that is aprotic, non-oxidizing, or both.

適切な溶媒または溶媒系成分の例としては、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、1−ブタノール、2−ブタノール、2−ブタノン、t−ブチルアルコール、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、1,2−ジクロロエタン、ジエチルエーテル、ジエチレングリコール、ジグライム(ジエチレングリコール,ジメチルエーテル)、1,2−ジメトキシ−エタン(グライム、DME)、ジメチルエーテル、ジメチル−ホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジオキサン、エタノール、エチルアセテート、エチレングリコール、グリセリン、ヘプタン、ヘキサメチルリン酸アミド(HMPA)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPT)、ヘキサン、メタノール、メチルt−ブチルエーテル(MTBE)、塩化メチレン、N−メチル−2−ピロリジノン(NMP)、ニトロメタン、ペンタン、石油エーテル(リグロイン)、1−プロパノール、2−プロパノール、ピリジン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、トリエチルアミン、o−キシレン、m−キシレン、またはp−キシレンがあり得るが、これらに限定されない。   Examples of suitable solvents or solvent system components include acetone, acetonitrile, benzene, 1-butanol, 2-butanol, 2-butanone, t-butyl alcohol, carbon tetrachloride, chlorobenzene, chloroform, cyclohexane, 1,2-dichloroethane. , Diethyl ether, diethylene glycol, diglyme (diethylene glycol, dimethyl ether), 1,2-dimethoxy-ethane (glyme, DME), dimethyl ether, dimethyl-formamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dioxane, ethanol, ethyl acetate, ethylene glycol , Glycerin, heptane, hexamethylphosphoric acid amide (HMPA), hexamethylphosphoric acid triamide (HMPT), hexane, methanol, methyl t-butyl ether ( TBE), methylene chloride, N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), nitromethane, pentane, petroleum ether (ligroin), 1-propanol, 2-propanol, pyridine, tetrahydrofuran (THF), toluene, triethylamine, o-xylene, There can be, but is not limited to, m-xylene or p-xylene.

いくつかの例ではハロゲン化アルキル溶媒が、いくつかの例ではアルキルスルホキシドが、他の例ではエーテル性溶媒が許容され得るが、これらに限定されない。いくつかの変形例では、THFが適切な溶媒または溶媒系成分であり得る。   In some examples, an alkyl halide solvent may be tolerated, in some examples an alkyl sulfoxide, and in other examples an ethereal solvent may be tolerated, but not limited thereto. In some variations, THF may be a suitable solvent or solvent system component.

金属ナノ粒子を合成する方法のいくつかの態様では、界面活性剤を溶媒または溶媒系中に懸濁または溶解させ得る。試薬錯体が溶媒または溶媒系と懸濁接触し、界面活性剤が溶媒または溶媒系中に懸濁または溶解する異なる変形例では、試薬錯体は、界面活性剤が溶解または懸濁する溶媒または溶媒系に対して同じまたは異なる組成の溶媒または溶媒系と懸濁接触し得る。   In some embodiments of the method of synthesizing metal nanoparticles, the surfactant can be suspended or dissolved in a solvent or solvent system. In a different variation in which the reagent complex is in suspension contact with a solvent or solvent system and the surfactant is suspended or dissolved in the solvent or solvent system, the reagent complex is a solvent or solvent system in which the surfactant is dissolved or suspended. In suspension contact with a solvent or solvent system of the same or different composition.

金属ナノ粒子を合成する方法のいくつかの態様では、試薬錯体は、溶媒の不在下で界面活性剤と結合し得る。いくつかのこのような場合には、このような結合の後で溶媒または溶媒系を加えることができる。他の態様では、溶媒または溶媒系中に懸濁または溶解していない界面活性剤を、溶媒または溶媒系と懸濁接触している試薬錯体に加えることができる。さらに別の態様では、溶媒または溶媒系中に懸濁または溶解している界面活性剤を、溶媒または溶媒系と懸濁接触していない試薬錯体に加えることができる。   In some embodiments of the method of synthesizing metal nanoparticles, the reagent complex can be combined with a surfactant in the absence of a solvent. In some such cases, a solvent or solvent system can be added after such coupling. In other embodiments, a surfactant that is not suspended or dissolved in a solvent or solvent system can be added to the reagent complex that is in suspension contact with the solvent or solvent system. In yet another aspect, a surfactant suspended or dissolved in a solvent or solvent system can be added to a reagent complex that is not in suspending contact with the solvent or solvent system.

ここで用いる語句「界面活性剤」は、コア−シェルナノ粒子を合成する方法に対して開示されたステップのいずれかまたは両方で用いられる界面活性剤を指し得る。界面活性剤は当該分野において既知のいかなるものであってもよい。利用可能な界面活性剤としては、非イオン、陽イオン、陰イオン、両性、双性、および高分子界面活性剤、ならびにこれらの組み合わせを含み得る。このような界面活性剤は、典型的には、炭化水素ベース、有機シランベース、またはフッ化炭素ベースの脂肪親和性部分を有する。適切であり得る界面活性剤のタイプの例としては、硫酸およびスルホン酸アルキル、石油およびリグニンスルホン酸塩、リン酸エステル、スルホコハク酸エステル、カルボン酸エステル、アルコール、エトキシ化アルコールおよびアルキルフェノール、脂肪酸エステル、エトキシ化酸、アルカノールアミド、エトキシ化アミン、酸化アミン、アルキルアミン、ニトリル、第四アンモニウム塩、カルボキシベタイン、スルホベタイン、または高分子界面活性剤があるが、これらに限定されない。   As used herein, the phrase “surfactant” may refer to a surfactant used in either or both of the steps disclosed for the method of synthesizing core-shell nanoparticles. The surfactant may be any known in the art. Available surfactants can include nonionic, cationic, anionic, amphoteric, zwitterionic, and polymeric surfactants, and combinations thereof. Such surfactants typically have a hydrocarbon-based, organosilane-based, or fluorocarbon-based lipophilic moiety. Examples of types of surfactants that may be suitable include sulfuric acid and alkyl sulfonates, petroleum and lignin sulfonates, phosphate esters, sulfosuccinate esters, carboxylic acid esters, alcohols, ethoxylated alcohols and alkylphenols, fatty acid esters, Examples include, but are not limited to, ethoxylated acids, alkanolamides, ethoxylated amines, amine oxides, alkylamines, nitriles, quaternary ammonium salts, carboxybetaines, sulfobetaines, or polymeric surfactants.

いくつかの例では、金属ナノ粒子を合成する方法で用いられる界面活性剤は、試薬錯体に含まれる水素化物を酸化、プロトン化、もしくは共有結合修飾することができるものである。いくつかの変形例では、界面活性剤はカルボン酸塩、ニトリル、またはアミンであり得る。いくつかの実施例では、界面活性剤はオクチルアミンであり得る。   In some examples, the surfactant used in the method of synthesizing the metal nanoparticles is one that can oxidize, protonate, or covalently modify the hydride contained in the reagent complex. In some variations, the surfactant can be a carboxylate, a nitrile, or an amine. In some examples, the surfactant can be octylamine.

いくつかの変形例では、金属ナノ粒子を合成する方法は、無水環境、無酸素環境、または無水および無酸素の環境下で行われ得る。例えば、金属ナノ粒子を合成する方法はアルゴンガスまたは真空下で行われ得る。ゼロ価金属Mは金属酸化物などのいくつかの不純物を含み得るが、金属ナノ粒子を合成する方法は、いくつかの例では、酸化物種を含まない純金属ナノ粒子を生成することができる。このような例を図1の、本方法によって生成されたゼロ価スズナノ粒子のX線回折スペクトルで示す。尚、図1の回折スペクトルは、酸化物を含まない純粋なゼロ価のスズを示し、また平均最大粒子寸法11nmを測定していることを理解されたい。 In some variations, the method of synthesizing the metal nanoparticles can be performed in an anhydrous environment, an anoxic environment, or an anhydrous and anoxic environment. For example, the method of synthesizing metal nanoparticles can be performed under argon gas or under vacuum. Although the zero-valent metal M 0 may contain some impurities such as metal oxides, the method of synthesizing metal nanoparticles can in some instances produce pure metal nanoparticles that do not contain oxide species. . Such an example is shown in the X-ray diffraction spectrum of the zerovalent tin nanoparticles produced by the method of FIG. It should be understood that the diffraction spectrum of FIG. 1 shows pure zero-valent tin with no oxide, and measures an average maximum particle size of 11 nm.

試薬錯体はいかなる適切なプロセスによって生成することができる。試薬錯体を調製する適切なプロセスの例としては、水素化物をゼロ価金属よりなる調製物と共にボールミル粉砕を行うステップを含むが、これに限定されない。試薬錯体生成のこのステップを用いるプロセスをここでは「実例プロセス」と呼ぶことにする。多くの例では、実例プロセスで用いられるゼロ価金属よりなる調製物は高い表面積対質量比率を有する。いくつかの例では、ゼロ価金属よりなる調製物は金属粉末である。ゼロ価金属よりなる調製物は有孔率の高い金属、ハニカム構造の金属、または表面積対質量比率が高い他の調製物であり得ることが考えられる。   The reagent complex can be generated by any suitable process. An example of a suitable process for preparing a reagent complex includes, but is not limited to, ball milling a hydride with a preparation comprising a zerovalent metal. The process using this step of reagent complex formation will be referred to herein as the “exemplary process”. In many instances, preparations composed of zero valent metals used in the example process have a high surface area to mass ratio. In some examples, the preparation consisting of a zero valent metal is a metal powder. It is contemplated that the preparation consisting of a zero valent metal can be a highly porous metal, a honeycomb metal, or other preparation with a high surface to mass ratio.

いくつかの例では、ゼロ価金属を含有する調製物はゼロ価遷移金属を含み得る。適切な遷移金属としは、カドミウム、コバルト、銅、クロム、鉄、マンガン、金、銀、白金、チタン、ニッケル、ニオビウム、モリブデン、ロジウム、パラジウム、スカンジウム、バナジウム、および亜鉛を含むがこれらに限定されない。いくつかの例では、ゼロ価金属を含有する調製物は、ゼロ価ポスト遷移金属を含み得る。適切なポスト遷移金属としては、アルミニウム、ガリウム、インジウム、スズ、タリウム、鉛、またはビスマスを含み得る。   In some examples, a preparation containing a zero valent metal can include a zero valent transition metal. Suitable transition metals include, but are not limited to, cadmium, cobalt, copper, chromium, iron, manganese, gold, silver, platinum, titanium, nickel, niobium, molybdenum, rhodium, palladium, scandium, vanadium, and zinc. . In some examples, a preparation containing a zero valent metal may include a zero valent post transition metal. Suitable post transition metals can include aluminum, gallium, indium, tin, thallium, lead, or bismuth.

ゼロ価金属は、それが遷移金属、ポスト遷移金属、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属であろうと、酸化状態でゼロであることは理解されたい。ここで用いる「ゼロ価」および「酸化状態でゼロ」は、材料が実質的なしかし必ずしも完全ではないゼロ酸化状態を示し得ることを意味するとされる。例えば、ゼロ価金属を含有する調整物は、酸化物などのいくつかの表面不純物を含み得る。   It should be understood that a zero valent metal is zero in the oxidation state, whether it is a transition metal, post-transition metal, alkali metal, or alkaline earth metal. As used herein, “zero valence” and “zero in oxidation state” are intended to mean that the material may exhibit a substantial but not necessarily complete zero oxidation state. For example, a preparation containing a zero valent metal may include some surface impurities such as oxides.

語句「高い表面積対質量比率」とは幅広い範囲の表面積対質量比率を包含し、通常は、用いられるゼロ価金属よりなる調製物の表面積対質量比率が実例プロセスの時間制約によって必要とされるものであると考えられる。多くの例では、ゼロ価金属よりなる調製物の表面積対質量比率が高いほど、実例プロセスの完了がより速くなる。ゼロ価金属よりなる調製物が例えば金属粉末である場合は、金属粉末の粒径が小さいほど、実例プロセスの完了およびこれに伴う試薬錯体の生成がより速くなる傾向となり得る。   The phrase “high surface area to mass ratio” encompasses a wide range of surface area to mass ratios, usually where the surface area to mass ratio of the preparation of the zero-valent metal used is required by the time constraints of the example process It is thought that. In many instances, the higher the surface area to mass ratio of a zero-valent metal preparation, the faster the example process will complete. If the preparation of zero-valent metal is, for example, a metal powder, the smaller the particle size of the metal powder, the more likely the completion of the example process and the associated reagent complex formation will be faster.

実例プロセスで使用するのに適した水素物の例としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBAL)、水素化トリエチルホウ素リチウム(超水素化物)、水素化ナトリウムおよび水素化カリウム、水素化カルシウム、水素化リチウム、またはボロンがあるがこれらに限定されない。   Examples of hydrides suitable for use in the example process include sodium borohydride, lithium aluminum hydride, diisobutylaluminum hydride (DIBAL), lithium triethylborohydride (super hydride), sodium hydride and hydrogen. Examples include but are not limited to potassium hydride, calcium hydride, lithium hydride, or boron.

実例プロセスのいくつかの変形例では、水素化物は、水素化物分子対金属原子の化学量論比1:1でゼロ価金属よりなる調製物と混合され得る。他の変形例では、化学量論比は2:1、3:1、4:1、またはこれより高くすることができる。いくつかの変形例では、ゼロ価金属よりなる調製物中の水素化物分子対金属原子の化学量論比はまた、2.5:1などの小数量を含み得る。試薬錯体の生成のために実例プロセスを用いる場合は、実例プロセスでの混合物の化学量論は、式Iによる錯体のyの値で示されるものとしての化学量論を制御する傾向にあることは理解されたい。 In some variations of the example process, the hydride can be mixed with a preparation of zero valent metal at a 1: 1 hydride molecule to metal atom stoichiometry. In other variations, the stoichiometric ratio can be 2: 1, 3: 1, 4: 1, or higher. In some variations, the stoichiometric ratio of hydride molecules to metal atoms in a preparation consisting of a zerovalent metal may also include a small quantity, such as 2.5: 1. When using an example process for the formation of a reagent complex, the stoichiometry of the mixture in the example process tends to control the stoichiometry as indicated by the y value of the complex according to Formula I. I want you to understand.

実例プロセスで使用されるボールミルはいかなるタイプのものでもよいと考えられる。例えば、用いられるボールミルはドラムボールミル、ジェットミル、ビーズミス、横型ロータリーボールミル、振動ボールミル、または遊星ボールミルであり得る。いくつかの例では、実例プロセスで用いられるボールミルは遊星ボールミルである。   It is contemplated that the ball mill used in the example process may be of any type. For example, the ball mill used can be a drum ball mill, a jet mill, a bead miss, a horizontal rotary ball mill, a vibrating ball mill, or a planetary ball mill. In some examples, the ball mill used in the example process is a planetary ball mill.

実例プロセスで使用されるボールミル粉砕媒体はいかなる組成であってもよいと考えられる。例えば、用いられるボールミル粉砕媒体は、ステンレススチール、真鍮、もしくは硬化鉛などの金属よりなるか、またはアルミナもしくはシリカなどのセラミックよりなってもよい。いくつかの変形例では、実例プロセスでのボールミル粉砕媒体はステンレススチールである。ボールミル粉砕媒体は様々な形状、例えば円柱状または球状であり得ることは理解されたい。いくつかの変形例では、ボールミル粉砕媒体は球状である。   It is contemplated that the ball mill grinding media used in the example process can be of any composition. For example, the ball mill grinding media used may be made of a metal such as stainless steel, brass or hardened lead, or may be made of a ceramic such as alumina or silica. In some variations, the ball mill grinding media in the example process is stainless steel. It should be understood that the ball mill grinding media can be of various shapes, such as cylindrical or spherical. In some variations, the ball mill grinding media is spherical.

任意選択に、様々な解析的技法を用いて実例プロセスを監視しまたそれが成功裏に完了したことを決定することができる。X線光電子分光法(XPS)およびX線回折(XRD)などのいくつかのこのような技法について以下に述べるが、当該分野で有用であると知られているいかなる解析的アプローチも任意選択に用いることができる。   Optionally, various analytical techniques can be used to monitor the example process and determine that it has been successfully completed. Several such techniques, such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray diffraction (XRD) are described below, but any analytical approach known to be useful in the art is optionally used. be able to.

元素スズ粉末および試薬錯体Sn・(LiBHに対して、スズ領域でのXPSスキャンをそれぞれ図2Aおよび図2Bに示す。図2Aおよび図2Bにおいて、太い実線は生のXPSデータを、細い実線は調整後データを示す。破線および/または点線は、スペクトルの個々のデコンボリューションされたピークを示す。デコンボリューションされたピーク最大値の電子ボルトの中心点を矢印で示す。 XPS scans in the tin region for elemental tin powder and reagent complex Sn. (LiBH 4 ) 2 are shown in FIGS. 2A and 2B, respectively. 2A and 2B, a thick solid line indicates raw XPS data, and a thin solid line indicates adjusted data. Dashed lines and / or dotted lines indicate individual deconvoluted peaks of the spectrum. The center point of the deconvoluted peak maximum electron volt is indicated by an arrow.

図2Cは、図2Aからの錯体を形成していないスズの調整後スペクトル(点線)の、図2BからのSn・(LiBH錯体の調整後スペクトル(実線)との重ね合わせを示す。図2Cで分かるように、ゼロ価スズと水素化ホウ素リチウムとの間の錯体形成の結果、新しいピークが出現し、またスペクトルがゼロ価金属の確認電子の電子エネルギーの低い方へ全体的に移行している。試薬錯体を実例プロセスによって調製するいくつかの例では、試薬錯体に含まれるゼロ価金属のX線光電子スペクトルは、錯体を形成していないゼロ価金属のスペクトルに比べて、低エネルギーの方へ全体的に移行する。いくつかの例では、MがスズでXが水素化ホウ素リチウムである試薬錯体は、中心が約484eVのX線光電子分光法ピークの存在によって識別することができる。 FIG. 2C shows an overlay of the adjusted spectrum (dotted line) of tin not forming the complex from FIG. 2A with the adjusted spectrum (solid line) of the Sn. (LiBH 4 ) 2 complex from FIG. 2B. As can be seen in FIG. 2C, as a result of complex formation between zero-valent tin and lithium borohydride, a new peak appears and the spectrum is entirely transferred to the lower electron energy of the confirmation electrons of the zero-valent metal. doing. In some examples where the reagent complex is prepared by an example process, the X-ray photoelectron spectrum of the zero valent metal contained in the reagent complex is entirely lower toward the lower energy than the spectrum of the non-complexed zero valent metal. Move on. In some examples, reagent complexes in which M 0 is tin and X is lithium borohydride can be distinguished by the presence of an X-ray photoelectron spectroscopy peak centered at about 484 eV.

いくつかの変形例では、実例プロセスは無水環境、無酸素環境、または無水および無酸素環境下で行われ得る。例えば、実例プロセスはアルゴンガスまたは真空下で行われ得る。この任意選択的特徴は、例えば、実例プロセスで使用する水素化物が、分子酸素、水、または両方に影響されやすい水素化物であるときに含めることができる。   In some variations, the example process may be performed in an anhydrous environment, an oxygen-free environment, or an anhydrous and oxygen-free environment. For example, the example process can be performed under argon gas or under vacuum. This optional feature can be included, for example, when the hydride used in the example process is a hydride that is sensitive to molecular oxygen, water, or both.

上述の方法によって合成されたコア−シェル金属ナノ粒子を含む電池電極について開示する。上述のように、スズベースのアノードを用いるMgイオン電池は、従来のLiイオン電池に対する高エネルギー密度の代替物として有望であることが示されている(N.Singhら、Chem.Commun.、2013、49、149−151;ここではその全体が参考として援用される)。特に、約100nmのSn粉末に基づくスズアノードは、このようなシステムにおいて目覚ましい容量および挿入/脱離電圧を示している。当該アノードのスズナノ構造が飛躍的に縮小すると、当該システムの可能出力率およびサイクル性を向上させることができるが、無酸素のスズナノ粒子を必要とする。ここに開示し図1に示す11nmの無酸素スズナノ粒子などのナノ粒子は、このような電池システムにおいて有用なアノード材料となることができる。加えて、スズのコア回りにビスマスのシェルを形成することによって、スズの低いイオン拡散速度によって生じる欠陥を、マグネシウム化ビスマスの超伝導特性を利用することで緩和することが可能となる。 Disclosed is a battery electrode comprising core-shell metal nanoparticles synthesized by the method described above. As noted above, Mg ion batteries using tin-based anodes have shown promise as high energy density alternatives to conventional Li ion batteries (N. Singh et al., Chem. Commun., 2013, 49, 149-151; hereby incorporated by reference in its entirety). In particular, Suzuanodo based on Sn 0 powder of approximately 100nm shows a remarkable capacity and insertion / extraction voltage in such a system. A dramatic reduction in the tin nanostructure of the anode can improve the potential output rate and cycleability of the system, but requires oxygen-free tin nanoparticles. Nanoparticles such as the 11 nm oxygen-free tin nanoparticles disclosed herein and shown in FIG. 1 can be useful anode materials in such battery systems. In addition, by forming a bismuth shell around the tin core, defects caused by the low ion diffusion rate of tin can be mitigated by utilizing the superconducting properties of magnesium bismuth.

電極は、上記に開示したコア−シェルナノ粒子を合成する方法によって合成されたコア−シェルナノ粒子を含む活性物質を含み得る。この方法は、界面活性剤を式Iによる試薬錯体に加えるステップを含み、   The electrode may comprise an active material comprising core-shell nanoparticles synthesized by the method of synthesizing core-shell nanoparticles disclosed above. The method includes the step of adding a surfactant to the reagent complex according to Formula I;

ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値である。多くの場合、yは0より大きく且つ4以下の値であり得る。yによって表される値は、整数値または2.5などの小数値であり得る。このステップの産物は「コアナノ粒子」と呼ぶことができる。 Here, M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is a value greater than zero. In many cases, y can be a value greater than 0 and less than or equal to 4. The value represented by y can be an integer value or a decimal value such as 2.5. The product of this step can be called “core nanoparticles”.

電極が含むコア−シェル金属ナノ粒子の合成は、界面活性剤を、コアナノ粒子の存在下でシェル試薬錯体に加える追加のステップを含み、シェル試薬錯体は式II   The synthesis of the core-shell metal nanoparticles that the electrode comprises includes the additional step of adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, wherein the shell reagent complex has the formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値である。多くの場合、yは0より大きく且つ4以下の値であり得る。yによって表される値は、整数値または2.5などの小数値であり得る。上記2つのステップで使用される界面活性剤は、アイデンティティが同じであっても異なっていてもよい。いくつかの例では、Mcore およびMshell はそれぞれSnおよびBiであり得
る。他の例では、Mcore およびMshell はそれぞれBiおよびSnであり得る。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X, and y is a value greater than zero. In many cases, y can be a value greater than 0 and less than or equal to 4. The value represented by y can be an integer value or a decimal value such as 2.5. The surfactants used in the above two steps may be the same or different. In some examples, M core 0 and M shell 0 can be Sn and Bi, respectively. In another example, M core 0 and M shell 0 can be Bi and Sn, respectively.

電極はいかなる適切な技法、例えば、圧紛膜法によって製造することができ、カーボンブラックおよび結合剤などの非活性物質を含むことができる。いくつかの例では、電極は平均最大寸法が50nm未満の金属ナノ粒子を含み得る。いくつかの例では、電極は平均最大寸法が20nm未満の金属ナノ粒子を含み得る。いくつかの例では、電極は平均最大寸法が約10nmの金属ナノ粒子を含み得る。いくつかの例では、電極は平均最大寸法が10nm未満の金属ナノ粒子を含み得る。   The electrode can be made by any suitable technique, such as a compacted membrane method, and can include non-active materials such as carbon black and binders. In some examples, the electrode can include metal nanoparticles with an average maximum dimension of less than 50 nm. In some examples, the electrode can include metal nanoparticles having an average maximum dimension of less than 20 nm. In some examples, the electrode can include metal nanoparticles with an average maximum dimension of about 10 nm. In some examples, the electrode can include metal nanoparticles with an average maximum dimension of less than 10 nm.

電極は遷移金属またはポスト遷移金属のナノ粒子を含むことができる。いくつかの変形例では、電極はスズナノ粒子を含み得る。いくつかの特定の変形例では、電極は平均最大寸法が約10nmスズナノ粒子を含み得る。   The electrodes can include transition metal or post-transition metal nanoparticles. In some variations, the electrode may include tin nanoparticles. In some particular variations, the electrode may include tin nanoparticles with an average maximum dimension of about 10 nm.

また、上記に開示したタイプの電極を有する電気化学セルが開示される。上述のように、電極が含むコア−シェルナノ粒子は、界面活性剤を式Iによる試薬に加えるステップを含む方法によって合成され、   Also disclosed is an electrochemical cell having an electrode of the type disclosed above. As described above, the core-shell nanoparticles that the electrode comprises are synthesized by a method comprising the step of adding a surfactant to the reagent according to Formula I;

ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値である。多くの場合、yは0より大きく且つ4以下の値であり得る。yによって表される値は、整数値または2.5などの小数値であり得る。このステップの産物は「コアナノ粒子」と呼ぶことができる。 Here, M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is a value greater than zero. In many cases, y can be a value greater than 0 and less than or equal to 4. The value represented by y can be an integer value or a decimal value such as 2.5. The product of this step can be called “core nanoparticles”.

電気化学セル内に含まれる電極が含むコア−シェルナノ粒子の合成は、界面活性剤を、コアナノ粒子の存在下でシェル試薬錯体に加える追加のステップを含み、シェル試薬錯体は式II   The synthesis of the core-shell nanoparticles contained by the electrodes contained within the electrochemical cell includes the additional step of adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of the core nanoparticles, where the shell reagent complex is of formula II

によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと比べてアイデンティティが同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値である。多くの場合、yは0より大きく且つ4以下の値であり得る。yによって表される値は、整数値または2.5などの小数値であり得る。上記2つのステップで使用される界面活性剤は、アイデンティティが同じであっても異なっていてもよい。いくつかの例では、Mcore およびMshell はそれぞれSnおよびBiであり得
る。他の例では、Mcore およびMshell はそれぞれBiおよびSnであり得る。
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may have the same or different identity compared to X, and y is a value greater than zero. In many cases, y can be a value greater than 0 and less than or equal to 4. The value represented by y can be an integer value or a decimal value such as 2.5. The surfactants used in the above two steps may be the same or different. In some examples, M core 0 and M shell 0 can be Sn and Bi, respectively. In another example, M core 0 and M shell 0 can be Bi and Sn, respectively.

上記の電気化学セルの電極は、アノードであってもカソードであってもよいが、いくつかの特定の場合ではアノードであり得る。このような特定の場合では、電極は挿入タイプのアノードであり得る。電気化学セルはいかなる電気化学反応でも用いることができ、またリチウムイオン電池で使用可能なリチウムセルなどの電池での使用に適したタイプ、または水素燃料セルなどの燃料セルとしての使用に適したタイプであることができる。   The electrode of the electrochemical cell described above may be an anode or a cathode, but in some particular cases may be an anode. In these particular cases, the electrode may be an insertion type anode. The electrochemical cell can be used in any electrochemical reaction, and is suitable for use in a battery such as a lithium cell that can be used in a lithium ion battery, or suitable for use as a fuel cell such as a hydrogen fuel cell. Can be.

いくつかの例では、電気化学セルは、反応I   In some examples, the electrochemical cell is a reaction I

によって部分的に表されるタイプの一般的な半電池反応を有する、マグネシウム電気化学セルすなわちMgイオン電気化学セルであり得る。 May be a magnesium electrochemical cell or Mg ion electrochemical cell having a common half-cell reaction of the type partially represented by

いくつかの特定の例では、電気化学セルは、本開示により合成されたナノ粒子を含む挿入タイプのアノードを有し、また反応II   In some specific examples, the electrochemical cell has an insertion-type anode comprising nanoparticles synthesized according to the present disclosure, and reaction II

による有効な半電池反応を含むMgイオン電気化学セルであり得、ここで、Mは、本開示によるコア−シェル金属ナノ粒子のシェル層へと組み込まれたゼロ価金属を表し、χは0より大きい整数値であり得る化学量論的量であり、ωは0より大きい整数値であり得る化学量論的量である。このような特定の例では、χは1、2、および3のいずれかであり、またωは1、2、および3のいずれかであり得る。 Can be an Mg ion electrochemical cell with an effective half-cell reaction according to where M 0 represents a zero valent metal incorporated into the shell layer of the core-shell metal nanoparticles according to the present disclosure, and χ is 0 A stoichiometric amount that can be a larger integer value, and ω is a stoichiometric amount that can be an integer value greater than zero. In such a specific example, χ can be any of 1, 2, and 3, and ω can be any of 1, 2, and 3.

いくつかの別の特定の例では、電気化学セルは、本開示により合成されたスズ−ビスマスのコア−シェルナノ粒子またはビスマス−スズのコア−シェルナノ粒子を含む挿入タイプのアノードを有し、また反応IIIおよび反応IV   In some other specific examples, the electrochemical cell has an insertion type anode comprising tin-bismuth core-shell nanoparticles or bismuth-tin core-shell nanoparticles synthesized according to the present disclosure, and the reaction III and reaction IV

の少なくとも一方による有効な半電池反応を含むMgイオン電気化学セルであり得る。
本開示の様々な態様を以下の実施例に関してさらに述べる。これらの実施例は、本開示の特定の実施形態を示すために提供されるものであって、本開示の範囲をいかなる特定の態様においてもまたはこれへと制限するものと解釈すべきでないことは理解されたい。
Mg ion electrochemical cell comprising an effective half-cell reaction by at least one of the following.
Various aspects of the disclosure are further described with reference to the following examples. These examples are provided to illustrate specific embodiments of the present disclosure and should not be construed as limiting the scope of the present disclosure in any particular manner or to any particular aspect. I want you to understand.

実施例1 スズコアナノ粒子の合成
スズ金属粉末0.53gおよび水素化ホウ素リチウム0.187gを遊星ボールミルで混合する。混合物を、1−3/4インチ、3−1/2インチ、および5−1/4インチの316ステンレススチール製ボールベアリングを備えた250mLのステンレススチール製気密ボールミルジャー内において、遊星ボールミルで4時間、400rpmで(Fritschのpulervisette7ボールミルを使用して)ボールミル粉砕を行って、Sn・(LiBH試薬錯体を生成する。得られるボールミル粉砕した錯体をTHF中に懸濁させる。懸濁液を10mLの0.443gオクチルアミンのTHF溶液で滴定する。続いて起こる反応が周囲温度で進行して約3時間で完了し、この結果、図1のX線回折スペクトルに示すように、平均粒径約11nmのゼロ価スズナノ粒子が得られる。図1のスペクトルは酸素種のない純粋なスズ金属を指し示す。この合成手順全体は、酸化を避けるため不活性条件下でグローブボックス内で行われる。
Example 1 Synthesis of Tin Core Nanoparticles 0.53 g of tin metal powder and 0.187 g of lithium borohydride are mixed in a planetary ball mill. The mixture is placed on a planetary ball mill for 4 hours in a 250 mL stainless steel airtight ball mill jar equipped with 1-3 / 4 inch, 3-1 / 2 inch, and 5-1 / 4 inch 316 stainless steel ball bearings. Ball milling is performed at 400 rpm (using a Fritsch pullervette 7 ball mill) to produce a Sn. (LiBH 4 ) 2 reagent complex. The resulting ball milled complex is suspended in THF. The suspension is titrated with 10 mL of 0.443 g octylamine in THF. The subsequent reaction proceeds at ambient temperature and is completed in about 3 hours, resulting in zero-valent tin nanoparticles having an average particle size of about 11 nm, as shown in the X-ray diffraction spectrum of FIG. The spectrum in FIG. 1 indicates pure tin metal without oxygen species. The entire synthesis procedure is performed in a glove box under inert conditions to avoid oxidation.

実施例2 Sn−Biコア−シェルナノ粒子の合成
ビスマス粉末および水素化ホウ素リチウムを混合し、遊星ボールミルで4時間、400rpmでボールミル粉砕を行って、Bi・(LiBH試薬錯体を生成する。Bi・(LiBH試薬錯体を、THF中に実施例1のスズナノ粒子と共に懸濁させ、2:1のモル過剰のオクチルアミン:Bi・(LiBH試薬錯体で滴定して、Sn−Biコア−シェルナノ粒子を生成する。この合成手順全体は、酸化を避けるため不活性条件下でグローブボックス内で行われる。
Example 2 Synthesis of Sn-Bi core-shell nanoparticles Bismuth powder and lithium borohydride are mixed and ball milled at 400 rpm in a planetary ball mill for 4 hours to produce a Bi. (LiBH 4 ) 2 reagent complex. The Bi. (LiBH 4 ) 2 reagent complex is suspended with the tin nanoparticles of Example 1 in THF and titrated with a 2: 1 molar excess of octylamine: Bi. (LiBH 4 ) 2 reagent complex to form Sn. -Bi core-shell nanoparticles are produced. The entire synthesis procedure is performed in a glove box under inert conditions to avoid oxidation.

実施例3 Bi−Snコア−シェルナノ粒子の合成
実施例2のBi・(LiBH試薬錯体をTHF中に懸濁させ、2:1のモル過剰のオクチルアミン:Bi・(LiBH試薬錯体で滴定して、Biコアナノ粒子を生成する。実施例1のSn・(LiBH試薬錯体をTHF中でBiコアナノ粒子と共に懸濁させ、2:1のモル過剰のオクチルアミン:Sn・(LiBH試薬錯体で滴定して、Bi−Snコア−シェルナノ粒子を生成する。この合成手順全体は、酸化を避けるため不活性条件下でグローブボックス内で行われる。
Example 3 Synthesis of Bi-Sn core-shell nanoparticles The Bi · (LiBH 4 ) 2 reagent complex of Example 2 was suspended in THF and a 2: 1 molar excess of octylamine: Bi · (LiBH 4 ) 2. Titration with reagent complex produces Bi core nanoparticles. The Sn · (LiBH 4 ) 2 reagent complex of Example 1 was suspended with Bi core nanoparticles in THF and titrated with a 2: 1 molar excess of octylamine: Sn · (LiBH 4 ) 2 reagent complex to give Bi. -Sn core-shell nanoparticles are produced. The entire synthesis procedure is performed in a glove box under inert conditions to avoid oxidation.

実施例4 電極製造
電極を、実施例2で合成したタイプのSn−Biナノ粒子から圧紛膜法によって形成する。簡単に述べると、実施例2によるSn−Biナノ粒子(ここでは「活性物質」とも呼ぶ)、カーボンブラック、およびフッ化ポリビニリデン(ここでは「結合剤」とも呼ぶ)を、活性物質70%、カーボンブラック20%、および結合剤10%、全て百分率(w/w)で合わせて圧紛した。この方法によりSn−Bi電極を生成した。
Example 4 Electrode Production Electrodes are formed from Sn-Bi nanoparticles of the type synthesized in Example 2 by the compaction membrane method. Briefly, Sn-Bi nanoparticles according to Example 2 (also referred to herein as “active substance”), carbon black, and polyvinylidene fluoride (also referred to herein as “binder”) are 70% active substance, Carbon black 20% and binder 10%, all in percentage (w / w), were compressed together. An Sn-Bi electrode was produced by this method.

同様に、電極を、実施例3で合成されたタイプのBi−Snナノ粒子から圧紛膜法によって形成する。簡単に述べると、実施例3によるBi−Snナノ粒子(ここでは「活性物質」とも呼ぶ)、カーボンブラック、およびフッ化ポリビニリデン(ここでは「結合剤」とも呼ぶ)を、活性物質70%、カーボンブラック20%、および結合剤10%、全て百分率(w/w)で合わせて圧紛した。この方法によりBi−Sn電極を生成した。全ての電極製造手順は、材料の酸化を避けるため不活性条件下でグローブボックス内で行われる。   Similarly, electrodes are formed from the Bi-Sn nanoparticles of the type synthesized in Example 3 by the compacted film method. Briefly, Bi-Sn nanoparticles according to Example 3 (also referred to herein as "active substance"), carbon black, and polyvinylidene fluoride (also referred to herein as "binder") are 70% active substance, Carbon black 20% and binder 10%, all in percentage (w / w), were compressed together. Bi-Sn electrodes were produced by this method. All electrode manufacturing procedures are performed in a glove box under inert conditions to avoid oxidation of the material.

実施例5 電気化学セル組み立ておよび試験
2つの電気化学セルを、一方は実施例4のSn−Bi電極を、他方は実施例4のBi−Sn電極をその電極として用いて組み立てた。各電気化学セルはトムセル(Tomcell)構造体を使用した。簡単に述べると、実施例4の電極(Sn−BiまたはBi−Snのいずれか)をグラスファイバーのセパレータを挟んでMg箔電極の反対側とした。電解質溶液は、1,2−ジメトキシエタン中に3:1のLiBH:Mg(BHとした。
Example 5 Electrochemical Cell Assembly and Testing Two electrochemical cells were assembled, one using the Sn—Bi electrode of Example 4 and the other using the Bi—Sn electrode of Example 4 as its electrodes. Each electrochemical cell used a Tomcell structure. Briefly, the electrode of Example 4 (either Sn-Bi or Bi-Sn) was placed on the opposite side of the Mg foil electrode with a glass fiber separator in between. The electrolyte solution was 3: 1 LiBH 4 : Mg (BH 4 ) 2 in 1,2-dimethoxyethane.

1サイクルのアノードマグネシウム化を50℃およびC/200のCレートで試験した。Sn−Bi電極のための第1サイクルマグネシウム化曲線を図3に示し、Bi−Sn電極のための第1サイクルマグネシウム化曲線を図4に示す。尚、電圧は、ビスマスまたはスズアノード活性物質のいずれに対してもセルの理論電圧において実質的に横ばい状態になることはなく、2つのアノードタイプのそれぞれに対してコア−シェル界面でのある程度の合金合成が示唆される。   One cycle of anodic magnesium was tested at 50 ° C. and C / 200 C rate. The first cycle magnesiumation curve for the Sn-Bi electrode is shown in FIG. 3, and the first cycle magnesiumation curve for the Bi-Sn electrode is shown in FIG. It should be noted that the voltage does not substantially level at the theoretical cell voltage for either the bismuth or tin anode active material, and some alloy at the core-shell interface for each of the two anode types. Synthesis is suggested.

以上の記載は最も具体的な実施形態であると現時点で考えられるものに関する。しかし、本開示はこれらの実施形態に制限されず、反対に、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な改変および等価の配置を含むよう意図され、この範囲には、このような改変および等価の構造すべてを包含するように、法律の下で許される最も広い解釈が与えられることは理解されたい。   The above description relates to what is presently considered to be the most specific embodiment. However, the present disclosure is not limited to these embodiments and, conversely, is intended to include various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims, which fall within this scope. It is to be understood that the broadest interpretation permitted under law is provided to encompass all such modifications and equivalent structures.

Claims (4)

金属ナノ粒子を合成する方法であって、
界面活性剤をコア試薬錯体に加えてコアナノ粒子を生成することであって、前記コア試薬錯体は式I
によって表され、ここでMcore はゼロ価金属であり、Xは水素化物分子であり、yは0より大きい値であることと、
コアナノ粒子の存在下で界面活性剤をシェル試薬錯体に加えることであって、前記シェル試薬錯体は式II
によって表され、ここでMshell はMcore とは異なる原子番号のゼロ価金属であり、
X’はXと同じであっても異なっていてもよい水素化物分子であり、yは0より大きい値であることと、を包含する方法。
A method of synthesizing metal nanoparticles,
Adding a surfactant to the core reagent complex to form core nanoparticles, wherein the core reagent complex has the formula I
Where M core 0 is a zero-valent metal, X is a hydride molecule , and y is greater than 0;
Adding a surfactant to the shell reagent complex in the presence of core nanoparticles, said shell reagent complex having the formula II
Where M shell 0 is a zero-valent metal with a different atomic number than M core 0 ,
X ′ is a hydride molecule that may be the same as or different from X, and y is a value greater than 0.
core およびMshell はそれぞれ、ゼロ価遷移金属およびゼロ価ポスト遷移金属を含む群から選択される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein M core 0 and M shell 0 are each selected from the group comprising a zero-valent transition metal and a zero-valent post-transition metal. core およびMshell はそれぞれ、スズおよびビスマスを含む群から選択される、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein M core 0 and M shell 0 are each selected from the group comprising tin and bismuth. core はスズであり、Mshell はビスマスである、請求項3に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein M core 0 is tin and M shell 0 is bismuth.
JP2015054673A 2014-03-19 2015-03-18 Method for synthesizing metal nanoparticles, electrode comprising core-shell nanoparticles and electrochemical cell having said electrode Active JP6240115B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/219,831 2014-03-19
US14/219,831 US9281518B2 (en) 2013-10-04 2014-03-19 Metal nanoparticles synthesized via a novel reagent and application to electrochemical devices

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015178677A JP2015178677A (en) 2015-10-08
JP2015178677A5 JP2015178677A5 (en) 2017-09-21
JP6240115B2 true JP6240115B2 (en) 2017-11-29

Family

ID=54053762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015054673A Active JP6240115B2 (en) 2014-03-19 2015-03-18 Method for synthesizing metal nanoparticles, electrode comprising core-shell nanoparticles and electrochemical cell having said electrode

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6240115B2 (en)
CN (1) CN104934631B (en)
DE (1) DE102015103720B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9546192B2 (en) * 2015-01-09 2017-01-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Ligated anionic-element reagent complexes (LAERCs) as novel reagents
WO2018139493A1 (en) * 2017-01-24 2018-08-02 株式会社 東芝 Electrode body, electrode group, secondary battery, battery module and vehicle
JP6946902B2 (en) * 2017-09-27 2021-10-13 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of metal negative electrode secondary battery

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4839573B2 (en) * 2004-02-13 2011-12-21 ソニー株式会社 Electrochemical device and electrode
JP2006152376A (en) * 2004-11-29 2006-06-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Nano transition metal particle, its production method, and hydrogen absorption composite material composited with nano transition metal particle
US20060177660A1 (en) 2005-02-09 2006-08-10 Challa Kumar Core-shell nanostructures and microstructures
EP2041030A2 (en) 2006-05-09 2009-04-01 Basf Se Method for the production of suspensions of nanoparticulate solids
US9786944B2 (en) 2008-06-12 2017-10-10 Massachusetts Institute Of Technology High energy density redox flow device
US20130133483A1 (en) 2010-03-08 2013-05-30 University Of Rochester Synthesis of Nanoparticles Using Reducing Gases
JP5206758B2 (en) * 2010-07-15 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 Negative electrode material, metal secondary battery, and negative electrode material manufacturing method
US9490486B2 (en) 2012-01-05 2016-11-08 Brookhaven Science Associates, Llc Method for removing strongly adsorbed surfactants and capping agents from metal to facilitate their catalytic applications
US9437370B2 (en) 2012-02-27 2016-09-06 Nanotek Instruments, Inc. Lithium-ion cell having a high-capacity anode and a high-capacity cathode
KR101295415B1 (en) * 2012-04-23 2013-08-09 주식회사 엘지화학 Method of fabricating core-shell particles and core-shell particles fabricated by the method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015103720A1 (en) 2015-09-24
CN104934631A (en) 2015-09-23
JP2015178677A (en) 2015-10-08
CN104934631B (en) 2018-05-22
DE102015103720B4 (en) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9281518B2 (en) Metal nanoparticles synthesized via a novel reagent and application to electrochemical devices
Park et al. Sn-based nanocomposite for Li-ion battery anode with high energy density, rate capability, and reversibility
US9761904B2 (en) Electrodes and electrochemical cells employing metal nanoparticles synthesized via a novel reagent
Puthusseri et al. Conversion-type anode materials for alkali-ion batteries: State of the art and possible research directions
Zhao et al. Improved sodium-ion storage performance of ultrasmall iron selenide nanoparticles
Sun et al. Promises and challenges of nanomaterials for lithium-based rechargeable batteries
Eftekhari Lithium-ion batteries with high rate capabilities
Yan et al. Selective deposition and stable encapsulation of lithium through heterogeneous seeded growth
Li et al. Controllable electrochemical synthesis of copper sulfides as sodium-ion battery anodes with superior rate capability and ultralong cycle life
US9296043B2 (en) Synthesis of metal nanoparticles
US9142834B2 (en) Magnesium ion batteries and magnesium electrodes employing magnesium nanoparticles synthesized via a novel reagent
Weng et al. Ultrasound assisted design of sulfur/carbon cathodes with partially fluorinated ether electrolytes for highly efficient Li/S batteries
US8192866B2 (en) Tin nanoparticles and methodology for making same
Xu et al. Antimony‐and Bismuth‐Based Chalcogenides for Sodium‐Ion Batteries
Allcorn et al. NiSb–Al2O3–C nanocomposite anodes with long cycle life for Li-ion batteries
Xu et al. Ultrafine ZnS nanoparticles in the nitrogen-doped carbon matrix for long-life and high-stable potassium-ion batteries
Hwa et al. Enhancement of the cyclability of a Si anode through Co3O4 coating by the Sol–Gel method
Wu et al. Dealloyed Nanoporous Materials for Rechargeable Post‐Lithium Batteries
Mo et al. Three-dimensional double-walled ultrathin graphite tube conductive scaffold with encapsulated germanium nanoparticles as a high-areal-capacity and cycle-stable anode for lithium-ion batteries
Xu et al. Copper‐based nanomaterials for high‐performance lithium‐ion batteries
US20150099118A1 (en) Metal-air batteries and electrodes therefore utilizing metal nanoparticle synthesized via a novel mechanicochemical route
Hu et al. Titanium monoxide-stabilized silicon nanoparticles with a litchi-like structure as an advanced anode for Li-ion batteries
Wang et al. Hierarchical sulfur-doped graphene foam embedded with Sn nanoparticles for superior lithium storage in LiFSI-based electrolyte
Weeks et al. Facile synthesis of a tin oxide-carbon composite lithium-ion battery anode with high capacity retention
JP6240115B2 (en) Method for synthesizing metal nanoparticles, electrode comprising core-shell nanoparticles and electrochemical cell having said electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170316

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20170316

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20170329

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170509

A524 Written submission of copy of amendment under section 19 (pct)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A524

Effective date: 20170808

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: 20171010

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171102

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6240115

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350