JP7016119B2 - Porous metal oxide, manufacturing method of porous metal oxide - Google Patents

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Description

本発明は、金属酸化物多孔体、金属酸化物多孔体の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal oxide porous body and a method for producing a metal oxide porous body.

メソポーラス構造の材料はその細孔の均一性から、選択性の良い触媒等、種々の物理化学的な機能を有する材料として期待されている。また、多孔質材料のナノ構造の細孔は量子効果を発現するため、メソポーラス構造の材料は、係る観点からも種々の分野で注目されている。 A material having a mesoporous structure is expected as a material having various physicochemical functions such as a catalyst having good selectivity due to the uniformity of its pores. In addition, since the nanostructured pores of the porous material exhibit a quantum effect, the mesoporous structure material is attracting attention in various fields from this viewpoint as well.

メソポーラス構造の材料としてメソポーラス酸化物があるが、メソポーラス酸化物はシリカを中心に開発が行われてきた。メソポーラスシリカは高表面積であることから、様々なガス、液体および毒性重金属の吸着に有効である。メソポーラスシリカ等のメソポーラス構造の材料を吸着剤として利用する場合、例えば水からの汚染物質の除去や、二酸化炭素や水素、酸素、メタン、二酸化硫黄などのガス吸着、生体物質や医薬品の分離などに利用されている。しかし、メソポーラスシリカは、物質がシリカであるために触媒作用などの機能はない。 There are mesoporous oxides as materials for mesoporous structures, and mesoporous oxides have been developed mainly for silica. Due to its high surface area, mesoporous silica is effective in adsorbing various gases, liquids and toxic heavy metals. When using mesoporous materials such as mesoporous silica as an adsorbent, for example, for removing pollutants from water, adsorbing gases such as carbon dioxide, hydrogen, oxygen, methane, and sulfur dioxide, and separating biological substances and pharmaceuticals. It's being used. However, mesoporous silica does not have a function such as catalysis because the substance is silica.

一方、遷移金属酸化物の粉末は様々な触媒特性を有するものが多い。遷移金属酸化物は、ルイス酸点、ルイス塩基点、ブレンステッド酸点、ブレンステッド塩基点を有しており、様々な触媒機能を発揮する活性点となっている。しかし、その性能の多くは粉末の表面積に大きく依存する。一般に、酸化物の表面積が大きいほど、これらの活性点は多くなり、単位質量当たりの触媒機能は高くなるため価値は高くなる。 On the other hand, many transition metal oxide powders have various catalytic properties. The transition metal oxide has a Lewis acid point, a Lewis base point, a Bronsted acid point, and a Bronsted base point, and is an active point that exerts various catalytic functions. However, much of its performance depends largely on the surface area of the powder. In general, the larger the surface area of an oxide, the more active sites these are, and the higher the catalytic function per unit mass, the higher the value.

そこで、非シリカ系メソポーラス酸化物についても検討が行われてきた。 Therefore, studies have also been conducted on non-silica mesoporous oxides.

例えば特許文献1には、少なくともテンプレート剤が存在する有機溶媒の溶液にドープする金属の酸化物を添加し、前記添加した溶液を撹拌して前記金属酸化物を均一に分散させ、前記分散液にゾル-ゲル法によりメソポーラス構造酸化物を形成する遷移金属化合物またはメソポーラス構造酸化物を形成する遷移金属化合物および酸を加え前記ドープ金属酸化物を可溶化する酸性条件にする工程を含むことを特徴とするゾル-ゲル法により前記金属酸化物由来の金属を原子レベルの均一性で存在させた金属ドープ型メソポーラス遷移金属酸化物の合成方法が提案されている。特許文献1では、Feドープメソポーラス酸化ニオブを調製した例等が開示されている。 For example, in Patent Document 1, at least a metal oxide to be doped in a solution of an organic solvent in which a template agent is present is added, and the added solution is stirred to uniformly disperse the metal oxide in the dispersion liquid. It is characterized by including a step of adding a transition metal compound forming a mesoporous structure oxide or a transition metal compound forming a mesoporous structure oxide and an acid by a sol-gel method to make the doped metal oxide solubilized under acidic conditions. A method for synthesizing a metal-doped mesoporous transition metal oxide in which a metal derived from the metal oxide is present with atomic level uniformity by the sol-gel method has been proposed. Patent Document 1 discloses an example in which Fe-doped mesoporous niobium oxide is prepared.

特許文献2には、光導波路の表層に設置された光増幅層の表面を、メソポーラス金属酸化物薄膜で被覆したことを特徴とするメソポーラス金属酸化物複合光導波路センサーが提案されている。特許文献2では、メソポーラス金属酸化物WOを調製した例等が開示されている。 Patent Document 2 proposes a mesoporous metal oxide composite optical waveguide sensor characterized in that the surface of an optical amplification layer installed on the surface layer of the optical waveguide is coated with a mesoporous metal oxide thin film. Patent Document 2 discloses an example in which a mesoporous metal oxide WO 3 is prepared.

特開2004-250277号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-250277 特開2006-098284号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-098284

特許文献1、2等において提案されているように、非シリカ系の、遷移金属酸化物を含むメソポーラス構造を有する材料について各種検討がなされてきた。 As proposed in Patent Documents 1 and 2, various studies have been made on non-silica-based materials having a mesoporous structure containing transition metal oxides.

しかしながら、近年ではメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体について、触媒だけではなく、ナノデバイス等の各種用途に用いることが検討されている。そして、構造規則性に優れた金属酸化物多孔体が求められていた。 However, in recent years, it has been studied to use a metal oxide porous body having a mesoporous structure not only for a catalyst but also for various applications such as nanodevices. Then, there has been a demand for a metal oxide porous body having excellent structural regularity.

上記従来技術の問題に鑑み、本発明の一側面では、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を提供することを目的とする。 In view of the above problems of the prior art, one aspect of the present invention is to provide a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity.

上記課題を解決するため本発明の一側面では、
骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有し、
前記骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有し、
BET比表面積が100m/g以上である金属酸化物多孔体を提供する。
In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention,
It has a skeleton and mesopores with a two-dimensional hexagonal structure.
The skeleton contains an amorphous oxide containing manganese and tantalum.
Provided is a metal oxide porous body having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more.

本発明の一側面によれば、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity.

二次元ヘキサゴナル構造の説明図。Explanatory drawing of two-dimensional hexagonal structure. 実施例2で得られた金属酸化物多孔体のTEM観察画像。TEM observation image of the metal oxide porous body obtained in Example 2. 比較例1で得られた試料のTEM観察画像。TEM observation image of the sample obtained in Comparative Example 1. 比較例2で得られた試料のTEM観察画像。TEM observation image of the sample obtained in Comparative Example 2.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[金属酸化物多孔体]
以下、本実施形態の金属酸化物多孔体について説明する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments and does not deviate from the scope of the present invention. Can be modified and substituted in various ways.
[Metal oxide porous body]
Hereinafter, the metal oxide porous body of the present embodiment will be described.

本実施形態の金属酸化物多孔体は、骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有し、骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有し、BET比表面積は100m/g以上とすることができる。 The metal oxide porous body of the present embodiment has a skeleton portion and mesopores having a two-dimensional hexagonal structure, and the skeleton portion contains an amorphous oxide containing manganese and tantalum, and has a BET specific surface area. Can be 100 m 2 / g or more.

本実施形態の金属酸化物多孔体は、骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有することができる。 The metal oxide porous body of the present embodiment can have a skeleton portion and mesopores having a two-dimensional hexagonal structure.

本実施形態の金属酸化物多孔体の骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有することができる。なお、本実施形態の金属酸化物多孔体の骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物から構成することもできる。本発明の発明者らの検討によれば、従来検討されていなかったマンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有する骨格部を備えた金属酸化物多孔体とすることで、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔を形成し易くなる。このため、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。 The skeleton portion of the porous metal oxide of the present embodiment can contain an amorphous oxide containing manganese and tantalum. The skeleton of the porous metal oxide of the present embodiment can also be composed of an amorphous oxide containing manganese and tantalum. According to the studies by the inventors of the present invention, a metal oxide porous body having a skeleton portion containing an amorphous oxide containing manganese and tantalum, which has not been studied in the past, is formed into a two-dimensional metal oxide porous body. It becomes easy to form mesopores of hexagonal structure. Therefore, it is possible to obtain a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity.

なお、本実施形態の金属酸化物多孔体について、例えば透過型電子顕微鏡を用いた電子線回折を測定した場合に、骨格部に含まれる酸化物がハローパターンを示すことで、マンガンとタンタルとを含む酸化物が非晶質であることを確認することができる。 Regarding the metal oxide porous body of the present embodiment, for example, when electron beam diffraction is measured using a transmission electron microscope, the oxide contained in the skeleton shows a halo pattern, whereby manganese and tantalum are separated. It can be confirmed that the contained oxide is amorphous.

二次元ヘキサゴナル構造は、メソ孔が、メソ孔の長手方向と垂直な断面において、ヘキサゴナル状に配列した構造をいう。図1に、メソ孔11の長手方向と垂直な断面を模式的に示した図を示す。二次元ヘキサゴナル構造は、図1に示す様にメソ孔11が、ヘキサゴナル状、すなわち点線12で示した六角形状に規則配置された構造を意味する。二次元へキサゴナル構造を有することで、比表面積が大きく、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。 The two-dimensional hexagonal structure refers to a structure in which mesopores are arranged in a hexagonal manner in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the mesopores. FIG. 1 shows a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the mesohole 11. The two-dimensional hexagonal structure means a structure in which the mesopores 11 are regularly arranged in a hexagonal shape, that is, in a hexagonal shape shown by a dotted line 12, as shown in FIG. By having a two-dimensional hexagonal structure, it is possible to obtain a metal oxide porous body having a large specific surface area and a mesoporous structure having excellent structural regularity.

なお、金属酸化物多孔体について、低角X線回折測定を行い、メソ孔の規則配列の骨格構造に起因した回折ピークの有無により、二次元ヘキサゴナル構造を有するかを判定することができる。また、透過型電子顕微鏡を用いた観察等によっても、金属酸化物多孔体のメソ孔が二次元ヘキサゴナル構造を有するかを判定することができる。 It should be noted that the metal oxide porous body can be subjected to low-angle X-ray diffraction measurement, and it can be determined whether or not it has a two-dimensional hexagonal structure based on the presence or absence of a diffraction peak due to the skeletal structure of the ordered arrangement of mesopores. It is also possible to determine whether the mesopores of the metal oxide porous body have a two-dimensional hexagonal structure by observation using a transmission electron microscope or the like.

そして、本実施形態の金属酸化物多孔体は、BET比表面積が100m/g以上であることが好ましい。これはBET比表面積を100m/g以上とすることで、例えば触媒や、ナノデバイス等の各種用途において特に優れた特性を発揮することができるからである。 The metal oxide porous body of the present embodiment preferably has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more. This is because by setting the BET specific surface area to 100 m 2 / g or more, particularly excellent properties can be exhibited in various applications such as catalysts and nanodevices.

BET比表面積は大きいほど好ましいことからその上限は特に限定されないが、例えば200m/g以下とすることが、金属酸化物多孔体の機械的強度を発揮する観点から好ましい。 The larger the BET specific surface area is, the more preferable it is. Therefore, the upper limit thereof is not particularly limited, but for example, 200 m 2 / g or less is preferable from the viewpoint of exhibiting the mechanical strength of the metal oxide porous body.

BET比表面積は、例えば窒素吸着法による吸脱着等温線測定を行い、等温線から算出することができる。なお、窒素吸着法による吸脱着等温線がIUPACのIV型に帰属される形状を有することで、測定に供した金属酸化物多孔体がメソ孔を有することを確認することもできる。 The BET specific surface area can be calculated from the isotherm by measuring the adsorption / desorption isotherm by, for example, the nitrogen adsorption method. It is also possible to confirm that the metal oxide porous body used for the measurement has mesopores because the adsorption / desorption isotherm by the nitrogen adsorption method has a shape belonging to the IV type of IUPAC.

以上に説明した本実施形態の金属酸化物多孔体によれば、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。
[金属酸化物多孔体の製造方法]
次に、本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法について説明する。なお、本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法により、既述の金属酸化物多孔体を製造することができる。このため、既に説明した事項の一部については説明を省略する。
According to the metal oxide porous body of the present embodiment described above, it is possible to obtain a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity.
[Manufacturing method of porous metal oxide]
Next, a method for producing the metal oxide porous body of the present embodiment will be described. The above-mentioned metal oxide porous body can be produced by the method for producing the metal oxide porous body of the present embodiment. Therefore, some of the matters already described will be omitted.

本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法は、以下の工程を有することができる。 The method for producing a metal oxide porous body of the present embodiment can have the following steps.

中性ブロック共重合体と水と塩化マンガンと塩化タンタルとがエタノールに溶解したエタノール溶液を調製する、エタノール溶液調製工程。
前記エタノール溶液中の溶媒と水とを乾燥させて乾燥物を得る乾燥工程。
前記乾燥物を、酸素を含む雰囲気下、450℃以上600℃以下にて焼成する焼成工程。
そして、エタノール溶液調製工程で調製するエタノール溶液中の各成分は、以下の割合を充足することが好ましい。
An ethanol solution preparation step of preparing an ethanol solution in which a neutral block copolymer, water, manganese chloride, and tantalum chloride are dissolved in ethanol.
A drying step of drying the solvent and water in the ethanol solution to obtain a dried product.
A firing step of firing the dried product at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower in an atmosphere containing oxygen.
Then, it is preferable that each component in the ethanol solution prepared in the ethanol solution preparation step satisfies the following ratio.

中性ブロック共重合体のエタノールに対する質量比である中性ブロック共重合体/エタノールが0.09以上0.11以下。
水のエタノールに対する質量比である水/エタノールが0.00以上0.015以下。
塩化マンガンのエタノールに対する質量比である塩化マンガン/エタノールが0.020以上0.030以下。
塩化タンタルのエタノールに対する質量比である塩化タンタル/エタノールが0.130以上0.190以下。
The mass ratio of the neutral block copolymer to ethanol is 0.09 or more and 0.11 or less for the neutral block copolymer / ethanol.
Water / ethanol, which is the mass ratio of water to ethanol, is 0.00 or more and 0.015 or less.
Manganese chloride / ethanol, which is the mass ratio of manganese chloride to ethanol, is 0.020 or more and 0.030 or less.
The mass ratio of tantalum chloride to ethanol is 0.130 or more and 0.190 or less.

本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法では、ゾル-ゲル法により、メソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体、具体的には骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有する金属酸化物多孔体を製造することができる。 In the method for producing a metal oxide porous body of the present embodiment, a metal oxide porous body having a mesoporous structure, specifically a skeleton portion, and a mesopore having a two-dimensional hexagonal structure are oxidized by a sol-gel method. A porous body can be produced.

従来から、メソポーラス構造遷移金属酸化物などの合成にゾル-ゲル法は用いられていた。従来のメソポーラス構造遷移金属酸化物の合成において使用される基本材料としては、例えばゲル化の過程で自己組織化し、メソポーラス構造遷移金属酸化物の、メソポーラス構造の鋳型となる界面活性剤、特に中性ブロック共重合体のようなテンプレート剤が挙げられる。また、テンプレート剤を溶解する有機溶媒、特にアルコール類、及びメソポーラス構造遷移金属酸化物を形成する遷移金属の塩、例えば塩化物、酸化物、硝酸塩、アルコキシドなどが挙げられる。 Conventionally, the sol-gel method has been used for the synthesis of mesoporous structure transition metal oxides and the like. Basic materials used in the synthesis of conventional mesoporous structure transition metal oxides include, for example, surfactants that are self-assembled in the process of gelation and serve as a template for mesoporous structure transition metal oxides, especially neutral. Examples include template agents such as block copolymers. In addition, organic solvents that dissolve template agents, especially alcohols, and salts of transition metals that form mesoporous structure transition metal oxides, such as chlorides, oxides, nitrates, and alkoxides, can be mentioned.

しかしながら、従来のメソポーラス構造遷移金属酸化物の製造方法では、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を製造することは困難であった。 However, it has been difficult to produce a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity by the conventional method for producing a mesoporous structure transition metal oxide.

そこで、本発明の発明者らは鋭意検討を行い、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を製造できる金属酸化物多孔体の製造方法を見出し、本発明を完成させた。 Therefore, the inventors of the present invention have made diligent studies, found a method for producing a metal oxide porous body capable of producing a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity, and completed the present invention.

以下、本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法の反応メカニズムについて説明しつつ、各工程について詳述する。 Hereinafter, each step will be described in detail while explaining the reaction mechanism of the method for producing a porous metal oxide of the present embodiment.

エタノール溶液調製工程では、金属酸化物多孔体の原料となる成分を混合し、エタノール溶液を調製することができる。具体的には、エタノール溶液調製工程では、エタノールに、中性ブロック共重合体と、水と、塩化マンガンと、塩化タンタルとを混合し、エタノール溶液を調製できる。なお、エタノールや、金属塩に水分が含まれている場合があるため、エタノール等に含まれている水分により十分な量の水を供給できる場合には、エタノール溶液を調製する際に水を添加しないこともできる。 In the ethanol solution preparation step, an ethanol solution can be prepared by mixing the components that are the raw materials of the metal oxide porous body. Specifically, in the ethanol solution preparation step, an ethanol solution can be prepared by mixing ethanol with a neutral block copolymer, water, manganese chloride, and tantalum chloride. Since ethanol and metal salts may contain water, if a sufficient amount of water can be supplied by the water contained in ethanol, etc., add water when preparing the ethanol solution. You can also not.

エタノール溶液調製工程において調製したエタノール溶液を、乾燥工程において乾燥させ、溶媒と水を乾燥させていくと、中性ブロック共重合体はミセルを形成し、ロッド状に配列する。ロッド状に配列したミセルは、分子間力で引き合って二次元ヘキサゴナル構造に規則配列する。 When the ethanol solution prepared in the ethanol solution preparation step is dried in the drying step and the solvent and water are dried, the neutral block copolymer forms micelles and is arranged in a rod shape. The rod-shaped micelles are attracted by an intramolecular force and are regularly arranged in a two-dimensional hexagonal structure.

そして、本発明の発明者らの検討によれば、タンタル源として塩化タンタルを用いることで、上述の様にロッド状に配列したミセルが二次元ヘキサゴナル構造に規則配列することができる。このため、本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法によれば、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を再現性よく製造できる。 According to the study by the inventors of the present invention, by using tantalum chloride as a tantalum source, the micelles arranged in a rod shape as described above can be regularly arranged in a two-dimensional hexagonal structure. Therefore, according to the method for producing a metal oxide porous body of the present embodiment, a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity can be produced with good reproducibility.

また、エタノール溶液に含まれる塩化マンガンと塩化タンタルとは、エタノール溶液に溶解した時点で塩酸を発生し、塩化物イオンの一つがエトキシドに置換され、金属化合物モノマーとなる。本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法において、マンガン源に塩化マンガンを用いているのはこのように金属化合物モノマーを得るためである。そして、エタノール溶液調製工程や、後述する乾燥工程において熟成されている間に、金属化合物モノマーは少量の水によって加水分解され、さらに加水分解によってモノマーに生じた水酸基同士が脱水縮合してモノマー間での架橋反応が起こる。以上の加水分解と、脱水縮合が繰り返されることで無機相が形成される。 Further, manganese chloride and tantalum chloride contained in the ethanol solution generate hydrochloric acid when dissolved in the ethanol solution, and one of the chloride ions is replaced with ethoxydo to become a metal compound monomer. In the method for producing a porous metal oxide of the present embodiment, manganese chloride is used as a manganese source in order to obtain a metal compound monomer in this way. Then, during the aging in the ethanol solution preparation step and the drying step described later, the metal compound monomer is hydrolyzed by a small amount of water, and the hydroxyl groups generated in the monomer by hydrolysis are dehydrated and condensed between the monomers. Cross-linking reaction occurs. An inorganic phase is formed by repeating the above hydrolysis and dehydration condensation.

このように、エタノール溶液内での有機相であるミセルの形成、自己組織化、すなわち二次元ヘキサゴナル構造の配列の形成と、無機相の形成とのタイミングが合致することで、無機相のマトリックスの中に自己組織化された有機相が含まれる状態となる。 In this way, the timing of the formation of micelles, which are organic phases, that is, the formation of sequences of two-dimensional hexagonal structures and the formation of inorganic phases in an ethanol solution is matched, so that the matrix of inorganic phases can be formed. It becomes a state in which a self-organized organic phase is contained.

そして、後述する乾燥工程により、上記形態を維持した乾燥物が得られ、さらに後述する焼成工程を実施することで有機相が焼き飛ばされ、無機相がその形を維持して非晶質(アモルファス)酸化物となる。このため、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。 Then, a dried product that maintains the above-mentioned form is obtained by the drying step described later, and the organic phase is burned off by further carrying out the firing step described later, and the inorganic phase maintains its shape and is amorphous (amorphous). ) It becomes an oxide. Therefore, it is possible to obtain a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity.

そして、本発明の発明者らの検討によれば、エタノール溶液中の各成分がエタノールに対して所定の割合で含まれていることが、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を得る上で重要である。 According to the studies by the inventors of the present invention, the fact that each component in the ethanol solution is contained in a predetermined ratio with respect to ethanol is a porous metal oxide having a mesoporous structure having excellent structural regularity. It is important to get the body.

具体的には、上述の様に、中性ブロック共重合体のエタノールに対する質量比、すなわちエタノール溶液に添加した中性ブロック共重合体の質量割合をエタノールの質量割合で除した値である中性ブロック共重合体/エタノールが0.09以上0.11以下であることが好ましい。 Specifically, as described above, it is a value obtained by dividing the mass ratio of the neutral block copolymer to ethanol, that is, the mass ratio of the neutral block copolymer added to the ethanol solution by the mass ratio of ethanol. The block copolymer / ethanol is preferably 0.09 or more and 0.11 or less.

これは、中性ブロック共重合体/エタノールを0.09以上とすることで、無機相に対する有機相の割合を十分に大きくすることができ、隣り合うロッド状のミセル間の距離の分子間力を十分に働かせ、二次元ヘキサゴナル構造に自己配列できるからである。なお、中性ブロック共重合体/エタノールを0.09未満とした場合、メソ孔は形成されるが二次元ヘキサゴナル構造を有しない金属酸化物多孔体が形成される場合あり、好ましくない。 This is because the ratio of the organic phase to the inorganic phase can be sufficiently increased by setting the neutral block copolymer / ethanol to 0.09 or more, and the intramolecular force of the distance between adjacent rod-shaped micelles can be sufficiently increased. This is because it can work sufficiently and self-arrange into a two-dimensional hexagonal structure. When the neutral block copolymer / ethanol is set to less than 0.09, a metal oxide porous body having mesopores but not a two-dimensional hexagonal structure may be formed, which is not preferable.

また、中性ブロック共重合体/エタノールの質量比を0.11以下とすることで、二次元ヘキサゴナル構造に自己配列したロッド状のミセル間に十分な量の無機相を供給することができ、所望の骨格構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。 Further, by setting the mass ratio of the neutral block copolymer / ethanol to 0.11 or less, a sufficient amount of the inorganic phase can be supplied between the rod-shaped micelles self-arranged in the two-dimensional hexagonal structure. It can be a metal oxide porous body having a desired skeletal structure.

また、水のエタノールに対する質量比、すなわちエタノール溶液に添加した水の質量割合をエタノールの質量割合で除した値である水/エタノールが0.00以上0.015以下であることが好ましい。 Further, it is preferable that water / ethanol, which is the mass ratio of water to ethanol, that is, the mass ratio of water added to the ethanol solution divided by the mass ratio of ethanol, is 0.00 or more and 0.015 or less.

これは、水/エタノールを0.015以下とすることで、塩化物イオンの一つについて、水酸化物の生成を抑制し、より確実にエトキシドに置換し、金属化合物モノマーを得ることができるためである。このため、ロッド状のミセル間に十分な量の無機相を供給し、メソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができる。なお、水/エタノールが0.015を超えると、メソ孔が形成されずに通常のナノ粒子の集合体しか形成されない場合があり好ましくない。 This is because by setting water / ethanol to 0.015 or less, it is possible to suppress the formation of hydroxide for one of the chloride ions and more reliably replace it with ethoxide to obtain a metal compound monomer. Is. Therefore, a sufficient amount of the inorganic phase can be supplied between the rod-shaped micelles to form a metal oxide porous body having a mesoporous structure. If the amount of water / ethanol exceeds 0.015, mesopores may not be formed and only an aggregate of ordinary nanoparticles may be formed, which is not preferable.

なお、水はエタノール溶液を調製する際に添加した水に限られず、例えばエタノールに含まれる水や、金属塩に含まれる水分を含めて、水/エタノールが上記範囲を満たすことが好ましい。 The water is not limited to the water added when preparing the ethanol solution, and it is preferable that water / ethanol satisfies the above range, for example, including water contained in ethanol and water contained in a metal salt.

塩化マンガンのエタノールに対する質量比、すなわちエタノール溶液に添加した塩化マンガンの質量割合をエタノールの質量割合で除した値である塩化マンガン/エタノールは0.020以上0.030以下であることが好ましい。また、塩化タンタルのエタノールに対する質量比、すなわちエタノール溶液に添加した塩化タンタルの質量割合をエタノールの質量割合で除した値である塩化タンタル/エタノールが0.130以上0.190以下であることが好ましい。 Manganese chloride / ethanol, which is the mass ratio of manganese chloride to ethanol, that is, the mass ratio of manganese chloride added to the ethanol solution divided by the mass ratio of ethanol, is preferably 0.020 or more and 0.030 or less. Further, it is preferable that tantalum chloride / ethanol, which is the mass ratio of tantalum chloride to ethanol, that is, the mass ratio of tantalum chloride added to the ethanol solution divided by the mass ratio of ethanol, is 0.130 or more and 0.190 or less. ..

これは、塩化マンガン/エタノールを0.020以上、塩化タンタル/エタノールを0.130以上とすることで、配列したロッド状ミセル間に十分な量の無機相を供給することができる。このため、焼成工程後に、骨格構造が維持できずにメソ孔が形成されず、通常のナノ粒子の集合体となることをより確実に防ぐことができる。 By setting the manganese chloride / ethanol to 0.020 or more and the tantalum / ethanol chloride to 0.130 or more, a sufficient amount of the inorganic phase can be supplied between the arranged rod-shaped micelles. Therefore, after the firing step, the skeleton structure cannot be maintained and mesopores are not formed, so that it can be more reliably prevented from forming an aggregate of ordinary nanoparticles.

塩化マンガン/エタノールを0.030以下、塩化タンタル/エタノールを0.190以下とすることで、有機相に対する無機相の割合が過剰に大きくなることを防ぎ、隣り合うロッド状のミセル間の距離の分子間力を十分に働かせ、二次元ヘキサゴナル構造に自己配列できるからである。このため、焼成工程後に、メソ孔は形成されるが二次元ヘキサゴナル構造が得られない金属酸化物多孔体となることを確実に防ぐことができる。 By setting manganese chloride / ethanol to 0.030 or less and tantalum chloride / ethanol to 0.190 or less, the ratio of the inorganic phase to the organic phase can be prevented from becoming excessively large, and the distance between adjacent rod-shaped micelles can be prevented. This is because the intermolecular force can be fully exerted and self-arranged into a two-dimensional hexagonal structure. Therefore, after the firing step, it is possible to surely prevent the metal oxide porous body from which the mesopores are formed but the two-dimensional hexagonal structure cannot be obtained.

中性ブロック共重合体としては特に限定されないが、ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖-ポリエチレンオキサイド(EO)鎖-ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖のトリブロックコポリマー((PO)(EO)(PO))であることが好ましい。 The neutral block copolymer is not particularly limited, but is a triblock copolymer of polypropylene oxide (PO) chain-polyethylene oxide (EO) chain-polypropylene oxide (PO) chain ((PO) x (EO) y (PO) x . ) Is preferable.

なお、ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖は、(CHCH(CH)O)で表され、「PO」とも記載する。また、ポリエチレンオキサイド(EO)鎖は、(CHCHO)で表され、「EO」とも記載する。 The polypropylene oxide (PO) chain is represented by (CH 2 CH (CH 3 ) O) x and is also referred to as “PO”. Further, the polyethylene oxide (EO) chain is represented by (CH 2 CH 2 O) y and is also referred to as “EO”.

上記式中のx、yは特に限定されないが、xは5以上110以下であることが好ましく15以上20以下であることがより好ましい。また、yは15以上70以下であることが好ましく、50以上70以下であることがより好ましい。 Although x and y in the above formula are not particularly limited, x is preferably 5 or more and 110 or less, and more preferably 15 or more and 20 or less. Further, y is preferably 15 or more and 70 or less, and more preferably 50 or more and 70 or less.

このようなトリブロックコポリマーとしては、例えば、(EO)(PO)70(EO)、(EO)13(PO)30(EO)13、(EO)20(PO)30(EO)20、(EO)26(PO)39(EO)26、(EO)17(PO)56(EO)17、(EO)17(PO)58(EO)17、(EO)20(PO)70(EO)20、(EO)80(PO)30(EO)80等が挙げられる。特に(EO)20(PO)70(EO)20を好ましく用いることができる。 Examples of such triblock copolymers include (EO) 5 (PO) 70 (EO) 5 , (EO) 13 (PO) 30 (EO) 13 , (EO) 20 (PO) 30 (EO) 20 , (EO) 26 (PO) 39 (EO) 26 , (EO) 17 (PO) 56 (EO) 17 , (EO) 17 (PO) 58 (EO) 17 , (EO) 20 (PO) 70 (EO) 20 , (EO) 80 (PO) 30 (EO) 80 and the like can be mentioned. In particular, (EO) 20 (PO) 70 (EO) 20 can be preferably used.

そして、本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法では、さらに乾燥工程、焼成工程を実施することができる。 Then, in the method for producing a metal oxide porous body of the present embodiment, a drying step and a firing step can be further carried out.

乾燥工程ではエタノール溶液中の溶媒と水とを乾燥させて乾燥物を得ることができる。なお、溶媒としてはエタノール等が挙げられる。 In the drying step, the solvent in the ethanol solution and water can be dried to obtain a dried product. Examples of the solvent include ethanol and the like.

この際の乾燥条件は特に限定されないが、特に得られる金属酸化物多孔体の構造規則性を高める観点から、急激に乾燥を進行させないことが好ましい。このため、乾燥工程における乾燥は、例えば20℃以上80℃以下の環境下で実施することが好ましい。また、エタノール溶液を入れた容器の開口部にラップ等の蓋を配置し、該蓋部に孔を複数開けて、乾燥速度を調整することが好ましい。 The drying conditions at this time are not particularly limited, but it is preferable not to proceed with the drying rapidly from the viewpoint of enhancing the structural regularity of the obtained metal oxide porous body. Therefore, it is preferable that the drying in the drying step is carried out in an environment of, for example, 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower. Further, it is preferable to arrange a lid such as a wrap in the opening of the container containing the ethanol solution and to make a plurality of holes in the lid to adjust the drying speed.

焼成工程では、乾燥工程で得られた乾燥物を、酸素を含む雰囲気下、例えば大気雰囲気下、450℃以上600℃以下にて焼成することができる。 In the firing step, the dried product obtained in the drying step can be fired in an atmosphere containing oxygen, for example, in an atmospheric atmosphere at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.

以上に説明した本実施形態の金属酸化物多孔体の製造方法によれば、所定のエタノール溶液を用いることにより、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体を、再現性良く安定して製造することができる。 According to the method for producing a metal oxide porous body of the present embodiment described above, by using a predetermined ethanol solution, a metal oxide porous body having a mesoporous structure having excellent structural regularity can be stably produced with good reproducibility. Can be manufactured.

以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(評価方法について)
以下の実施例、比較例で作製した試料について以下の評価を行った。
(1)窒素吸脱着等温線の形、BET比表面積
各実施例、比較例で作製した試料について、比表面積・細孔分布測定装置(Beckman Coulter社製 型式:SA3100)を用いて、窒素吸着法による吸脱着等温線測定を行い、等温線がメソポーラス構造を有している場合に見られるIUPACのIV型の形を有しているか調べた。IUPACのIV型の形を有していた場合には、表1の「窒素吸脱着等温線の形」の欄に「IUPACのIV型」と記載し、それ以外の場合には×と記載している。なお、IUPACのIV型の形を有する場合には、該試料はメソ孔を有することになる。
Specific examples will be given below, but the present invention is not limited to these examples.
(About evaluation method)
The following evaluations were performed on the samples prepared in the following examples and comparative examples.
(1) Nitrogen adsorption / desorption isotherm shape, BET specific surface area For the samples prepared in each Example and Comparative Example, a nitrogen adsorption method using a specific surface area / pore distribution measuring device (Beckman Coulter model: SA3100). The adsorption and desorption isotherms were measured by the above-mentioned method, and it was investigated whether the isotherms had the type IV shape of IUPAC, which was observed when the isotherms had a mesoporous structure. If it has the IV type of IUPAC, enter "IUPAC IV type" in the "Nitrogen adsorption / desorption isotherm shape" column of Table 1, and in other cases, enter x. ing. If the sample has the IV type of IUPAC, the sample will have mesopores.

また、この際得られた等温線からBET法による比表面積を見積もった。表1には「BET比表面積」の欄に評価結果を記載している。
(2)メソ孔の規則配列の骨格構造に起因した低角X線回折ピークの有無
各実施例、比較例で作製した試料について、X線回折装置(Rigaku社製 型式:RINT2100、CuKα線)を用いて低角X線回折測定を行い、メソ孔の規則配列の骨格構造に起因した回折ピークの有無を調べた。係る回折ピークが観察された場合には、メソ孔が二次元ヘキサゴナル構造を有していることになる。このため、表2において「メソ孔の規則配列の骨格構造に起因した低角X線回折ピークの有無」の欄が「有」となっている試料は、メソ孔が二次元ヘキサゴナル構造を有していることになる。該欄が「無」となっている試料は、メソ孔の規則配列の骨格構造に起因した回折ピークが確認できず、二次元ヘキサゴナル構造に配置されたメソ孔を有さないことになる。
(3)TEM観察による二次元ヘキサゴナル構造を有するメソ孔の有無
各実施例、比較例で得られた試料について、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)(日本電子社製 型式:JEOL JEM2010)によるメソ孔形成の観察も行った。表2において「TEM観察による二次元ヘキサゴナル構造を有するメソ孔の有無」が「有」となっている試料は、TEMで観察した場合に、メソ孔が二次元ヘキサゴナル構造を有していることを確認できたことを意味する。該欄が「無」となっている試料は、TEM観察した場合に二次元ヘキサゴナル構造を有していることを確認できず、二次元ヘキサゴナル構造に配置されたメソ孔を有さないことになる。
In addition, the specific surface area by the BET method was estimated from the isotherms obtained at this time. Table 1 shows the evaluation results in the column of "BET specific surface area".
(2) Presence or absence of low-angle X-ray diffraction peaks due to the skeletal structure of the ordered arrangement of mesopores For the samples prepared in each Example and Comparative Example, an X-ray diffractometer (Rigaku model: RINT2100, CuKα ray) was used. Low-angle X-ray diffraction measurements were performed using this to examine the presence or absence of diffraction peaks due to the skeletal structure of the ordered arrangement of mesopores. When such a diffraction peak is observed, the mesopore has a two-dimensional hexagonal structure. Therefore, in the sample in which the column of "presence or absence of low-angle X-ray diffraction peak due to the skeletal structure of the ordered arrangement of mesopores" is "Yes" in Table 2, the mesopores have a two-dimensional hexagonal structure. It will be. The sample in which the column is "None" cannot confirm the diffraction peak due to the skeletal structure of the ordered arrangement of the mesopores, and does not have the mesopores arranged in the two-dimensional hexagonal structure.
(3) Presence or absence of mesopores having a two-dimensional hexagonal structure by TEM observation For the samples obtained in each Example and Comparative Example, a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope) (JEOL JEM2010). The formation of mesopores was also observed. In Table 2, the sample in which "presence or absence of mesopores having a two-dimensional hexagonal structure by TEM observation" is "yes" indicates that the mesopores have a two-dimensional hexagonal structure when observed by TEM. It means that it was confirmed. A sample whose column is "None" cannot be confirmed to have a two-dimensional hexagonal structure when observed by TEM, and does not have mesopores arranged in the two-dimensional hexagonal structure. ..

また、電子線回折から、全ての酸化物はハローパターンを示したことから、非晶質構造を有していることを確認した。
[実施例1]
以下の手順により、金属酸化物多孔体の製造、評価を行った。
In addition, electron diffraction revealed that all oxides showed a halo pattern, confirming that they had an amorphous structure.
[Example 1]
The metal oxide porous body was produced and evaluated by the following procedure.

テフロン(登録商標)製ビーカーに溶媒としてエタノール(超脱水、99.5%)を10g秤取した。次いで、上記エタノールに、HO(CHCHO)20(CHCH(CH)O)70(CHCHO)20Hで表される中性ブロック共重合体P123(アルドリッチ社製)1gを入れてマグネチックスターラーにて撹拌して完全に溶解させた。 10 g of ethanol (super-dehydrated, 99.5%) was weighed in a Teflon (registered trademark) beaker as a solvent. Next, the neutral block copolymer P123 (manufactured by Aldrich) represented by HO (CH 2 CH 2 O) 20 (CH 2 CH (CH 3 ) O) 70 (CH 2 CH 2 O) 20 H in the above ethanol was added. ) 1 g was added and stirred with a magnetic stirrer to completely dissolve.

そして、エタノールに中性ブロック共重合体を溶解させた溶液に、塩化マンガンと塩化タンタル(高純度化学社製)を添加して撹拌して完全に溶解させてエタノール溶液を調製した(エタノール溶液調製工程)。 Then, manganese chloride and tantalum chloride (manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd.) were added to a solution in which a neutral block copolymer was dissolved in ethanol, and the mixture was stirred and completely dissolved to prepare an ethanol solution (ethanol solution preparation). Process).

なお塩化マンガンには、塩化マンガン(II)無水物(STREM CHEMICALS, INC)を用いた。 As manganese chloride, manganese chloride (II) anhydride (STREM CHEMICALS, INC) was used.

エタノール溶液中の中性ブロック共重合体、水、塩化マンガン、塩化タンタルのエタノールに対する質量比、具体的には中性ブロック共重合体/エタノール、水/エタノール、塩化マンガン/エタノール、塩化タンタル/エタノールを表1に示す。表1中の水/エタノールを算出する際の水の量は、エタノール中の水に由来している。なお、エタノール中の水は、純度から算出しており、0.5%として計算を行っている。 Mass ratio of neutral block copolymer, water, manganese chloride, tantalum chloride in ethanol solution to ethanol, specifically neutral block copolymer / ethanol, water / ethanol, manganese chloride / ethanol, tantalum chloride / ethanol Is shown in Table 1. The amount of water in calculating water / ethanol in Table 1 is derived from the water in ethanol. The water in ethanol is calculated from the purity and is calculated as 0.5%.

調製したエタノール溶液を直径100mmのビーカーに移し、適度に溶媒が揮発するよう針で均等に20箇所だけ小穴を開けたラップで覆い、40℃の恒温槽に入れて1週間、乾燥させた(乾燥工程)。 The prepared ethanol solution was transferred to a beaker having a diameter of 100 mm, covered with a wrap having 20 small holes evenly with a needle so that the solvent volatilized appropriately, and placed in a constant temperature bath at 40 ° C. and dried for 1 week (drying). Process).

乾燥工程で得られた乾燥物をシャーレから剥がし取り、坩堝に入れて電気炉にセットし、大気中にて550℃で30時間加熱、焼成して酸化物を得た(焼成工程)。 The dried product obtained in the drying step was peeled off from the petri dish, placed in a crucible, set in an electric furnace, heated in the air at 550 ° C. for 30 hours, and calcined to obtain an oxide (calcination step).

この酸化物に対し、既述の評価を実施した。結果を表2に示す。 The above-mentioned evaluation was carried out for this oxide. The results are shown in Table 2.

また、得られた金属酸化物多孔体についてICP発光分析装置(島津製作所製 型式:ICPS-800)を用い、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光法で定量分析し、マンガンとタンタルはほぼ仕込み通りの組成比になっていることを確認した。
[実施例2~実施例5]
エタノール溶液調製工程において、各原料の質量比が表1に示した値となるようにした点以外は、実施例1と同様にして、金属酸化物多孔体を調製し、既述の評価を行った。
In addition, the obtained metal oxide porous body was quantitatively analyzed by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy using an ICP emission spectrometer (model: ICPS-800 manufactured by Shimadzu Corporation), and manganese and tantalum were almost as prepared. It was confirmed that the composition ratio was set.
[Examples 2 to 5]
In the ethanol solution preparation step, a metal oxide porous body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of each raw material was set to the value shown in Table 1, and the evaluation described above was performed. rice field.

なお、実施例3では、塩化マンガンとして、塩化マンガン(II)無水物に替えて、塩化マンガン(II)四水和物(特級、和光純薬工業株式会社)を用いた。このため、水/エタノールを算出する際の水の量は、エタノール中の水と、塩化マンガン(II)四水和物に由来する水とを合算して算出している。 In Example 3, as manganese chloride, manganese (II) chloride tetrahydrate (special grade, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of manganese (II) chloride anhydride. Therefore, the amount of water when calculating water / ethanol is calculated by adding the water in ethanol and the water derived from manganese (II) chloride tetrahydrate.

評価結果を表2に示す。 The evaluation results are shown in Table 2.

また、得られた金属酸化物多孔体についてICP発光分光法で定量分析し、マンガンとタンタルはほぼ仕込み通りの組成比になっていることを確認した。
[比較例1~比較例5]
エタノール溶液調製工程において、各原料の質量比が表1に示した値となるようにした点以外は、実施例1と同様にして、金属酸化物多孔体を調製し、既述の評価を行った。
In addition, the obtained porous metal oxide was quantitatively analyzed by ICP emission spectroscopy, and it was confirmed that the composition ratios of manganese and tantalum were almost as prepared.
[Comparative Example 1 to Comparative Example 5]
In the ethanol solution preparation step, a metal oxide porous body was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of each raw material was set to the value shown in Table 1, and the evaluation described above was performed. rice field.

なお、比較例3では、塩化マンガンとして、塩化マンガン(II)無水物(STREM CHEMICALS, INC)に替えて、塩化マンガン(II)四水和物(特級、和光純薬工業株式会社)を用い、イオン交換水を滴下してエタノール溶液を調整した。このため、水/エタノールを算出する際の水の量は、エタノール中の水と、塩化マンガン(II)四水和物に由来する水と、滴下したイオン交換水とを合算して算出している。 In Comparative Example 3, manganese chloride (II) tetrahydrate (special grade, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as manganese chloride instead of manganese (II) chloride anhydride (STREM CHEMICALS, INC). Ion-exchanged water was added dropwise to prepare an ethanol solution. Therefore, the amount of water when calculating water / ethanol is calculated by adding up the water in ethanol, the water derived from manganese (II) chloride tetrahydrate, and the dropped ion-exchanged water. There is.

評価結果を表2に示す。 The evaluation results are shown in Table 2.

また、得られた金属酸化物多孔体についてICP発光分光法で定量分析し、マンガンとタンタルはほぼ仕込み通りの組成比になっていることを確認した。 In addition, the obtained porous metal oxide was quantitatively analyzed by ICP emission spectroscopy, and it was confirmed that the composition ratios of manganese and tantalum were almost as prepared.

Figure 0007016119000001
Figure 0007016119000001

Figure 0007016119000002
表2に示したように、実施例1~実施例5では、骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有し、骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有し、BET比表面積が100m/g以上である金属酸化物多孔体を得られることが確認できた。
Figure 0007016119000002
As shown in Table 2, Examples 1 to 5 have a skeleton portion and mesopores having a two-dimensional hexagonal structure, and the skeleton portion contains an amorphous oxide containing manganese and tantalum. It was confirmed that a metal oxide porous body containing and having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more could be obtained.

これはエタノール溶液内の各成分を所定の質量比となるように混合することで、エタノール溶液内で、有機相であるミセルの形成、自己組織化、すなわち二次元ヘキサゴナル構造配列の形成が生じ、有機相間に十分な無機相を供給できたためと考えられる。そして、乾燥工程により、上記形態を維持した乾燥物が得られ、さらに焼成工程を実施することで有機相が焼き飛ばされ、無機相がその形を維持して非晶質(アモルファス)酸化物となったため、構造規則性に優れたメソポーラス構造を有する金属酸化物多孔体とすることができたと考えられる。 By mixing each component in the ethanol solution so as to have a predetermined mass ratio, the formation of micelles, which are organic phases, self-assembly, that is, the formation of a two-dimensional hexagonal structural sequence occurs in the ethanol solution. This is probably because a sufficient inorganic phase could be supplied between the organic phases. Then, a dried product maintaining the above-mentioned form is obtained by the drying step, and the organic phase is burned off by further carrying out the firing step, and the inorganic phase maintains its shape to form an amorphous oxide. Therefore, it is considered that a metal oxide porous body having a meso-porous structure with excellent structural regularity could be obtained.

また、TEM観察の結果から、実施例1~実施例5では、細孔径は約3.9nm~4.5nm、壁の厚みが3.3nm~3.8nmの二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔が形成されていることも確認できた。 Further, from the results of TEM observation, in Examples 1 to 5, mesopores having a two-dimensional hexagonal structure having a pore diameter of about 3.9 nm to 4.5 nm and a wall thickness of 3.3 nm to 3.8 nm were formed. It was also confirmed that it was done.

TEM写真の例として図2に、実施例2のTEM写真を示す。図2に示すように、メソ孔21が二次元ヘキサゴナル構造となるように配列された、構造規則性に優れたメソポーラス金属酸化物多孔体が得られていることを確認できた。なお、ここでは、実施例2のTEM画像のみを示しているが、他の実施例1、実施例3~5においても同様の構造を有することが確認できている。 As an example of the TEM photograph, FIG. 2 shows the TEM photograph of Example 2. As shown in FIG. 2, it was confirmed that a mesoporous metal oxide porous body having excellent structural regularity in which the mesopores 21 were arranged so as to have a two-dimensional hexagonal structure was obtained. Although only the TEM image of Example 2 is shown here, it has been confirmed that the other Examples 1 and 3 to 5 have the same structure.

一方比較例1は、メソ孔は形成されていたが二次元ヘキサゴナル構造は見られなかった。これはエタノール溶液中の金属塩化物の質量割合が多かったためであり、界面活性剤のミセルが分子間力によって規則配列しなかったことによると考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 1, a mesopore was formed, but a two-dimensional hexagonal structure was not observed. It is considered that this is because the mass ratio of the metal chloride in the ethanol solution was large, and the micelles of the surfactant were not regularly arranged due to the intramolecular force.

比較例1で得られた試料のTEM観察画像を図3に示す。図3に示すようにメソ孔は確認されるものの、構造規則性は確認できなかった。 The TEM observation image of the sample obtained in Comparative Example 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the mesopores were confirmed, but the structural regularity could not be confirmed.

比較例2は窒素吸脱着等温線の形がIUPACのIV型ではなくメソ孔が形成されてない。これはエタノール溶液中の金属塩化物の質量割合が小さかったことから、焼成時にミセルが焼き飛ばされたときに無機相の骨格が消失してしまったことによるものと考えられる。 In Comparative Example 2, the shape of the nitrogen adsorption isotherm is not IUPAC type IV and no mesopores are formed. It is considered that this is because the mass ratio of the metal chloride in the ethanol solution was small, and the skeleton of the inorganic phase disappeared when the micelles were burned off during firing.

比較例2で得られた試料のTEM観察画像を図4に示す。 The TEM observation image of the sample obtained in Comparative Example 2 is shown in FIG.

比較例3で得られた試料は、比表面積が小さく窒素吸脱着等温線の形がIUPACのIV型ではなかった。これはエタノール溶液中の水の量が多かったため、金属塩化物の加水分解が早すぎて、水酸化物の沈殿が生成されてしまったことによるものと考えられる。 The sample obtained in Comparative Example 3 had a small specific surface area and the shape of the nitrogen adsorption isotherm was not IUPAC type IV. It is considered that this is because the amount of water in the ethanol solution was large, so that the metal chloride was hydrolyzed too quickly and a hydroxide precipitate was formed.

比較例4で得られた試料はIUPACのIV型の窒素吸脱着等温線が得られており、メソ孔が形成されていることが確認できた。しかしながら、低角X線回折、TEM観察結果から、メソ孔が二次元ヘキサゴナル構造に配列していないことが確認できた。これは、エタノール溶液中の中性ブロック共重合体の質量割合が小さく、相対的に金属塩化物量の質量割合が大きかったことにより、界面活性剤のミセルが分子間力によって規則配列しなかったことによるものと考えらえる。 The sample obtained in Comparative Example 4 had an IUPAC type IV nitrogen adsorption isotherm, and it was confirmed that mesopores were formed. However, from the low-angle X-ray diffraction and TEM observation results, it was confirmed that the mesopores were not arranged in the two-dimensional hexagonal structure. This is because the mass ratio of the neutral block copolymer in the ethanol solution was small and the mass ratio of the amount of metal chloride was relatively large, so that the micelles of the surfactant were not regularly arranged by the intramolecular force. It can be considered that it is due to.

比較例5で得られた試料は、窒素吸脱着等温線の形がIUPACのIV型ではなくメソ孔が形成されてないことが確認できた。これは、エタノール溶液中の中性ブロック共重合体の質量割合が大きすぎ、相対的に金属塩化物の質量割合が小さすぎて、焼成時にミセルが焼き飛ばされたときに無機相の骨格が消失してしまったことによるものと思われる。 In the sample obtained in Comparative Example 5, it was confirmed that the shape of the nitrogen adsorption isotherm was not IUPAC type IV and no mesopores were formed. This is because the mass ratio of the neutral block copolymer in the ethanol solution is too large and the mass ratio of the metal chloride is relatively small, and the skeleton of the inorganic phase disappears when the micelles are burned off during firing. It seems that this is due to the fact that it has been done.

11、21 メソ孔 11, 21 meso holes

Claims (3)

骨格部と、二次元ヘキサゴナル構造のメソ孔とを有し、
前記骨格部は、マンガンとタンタルとを含む非晶質の酸化物を含有し、
BET比表面積が100m/g以上である金属酸化物多孔体。
It has a skeleton and mesopores with a two-dimensional hexagonal structure.
The skeleton contains an amorphous oxide containing manganese and tantalum.
A metal oxide porous body having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more.
中性ブロック共重合体と水と塩化マンガンと塩化タンタルとがエタノールに溶解したエタノール溶液を調製する、エタノール溶液調製工程と、
前記エタノール溶液中の溶媒と水とを乾燥させて乾燥物を得る乾燥工程と、
前記乾燥物を、酸素を含む雰囲気下、450℃以上600℃以下にて焼成する焼成工程と、を有し、
前記エタノール溶液中の、
前記中性ブロック共重合体の前記エタノールに対する質量比である中性ブロック共重合体/エタノールが0.09以上0.11以下、
前記水の前記エタノールに対する質量比である水/エタノールが0.00より大きく0.015以下、
前記塩化マンガンの前記エタノールに対する質量比である塩化マンガン/エタノールが0.020以上0.030以下、
前記塩化タンタルの前記エタノールに対する質量比である塩化タンタル/エタノールが0.130以上0.190以下である金属酸化物多孔体の製造方法。
An ethanol solution preparation step of preparing an ethanol solution in which a neutral block copolymer, water, manganese chloride, and tantalum chloride are dissolved in ethanol, and
A drying step of drying the solvent and water in the ethanol solution to obtain a dried product,
It has a baking step of baking the dried product at 450 ° C. or higher and 600 ° C. or lower in an atmosphere containing oxygen.
In the ethanol solution,
The mass ratio of the neutral block copolymer to the ethanol is 0.09 or more and 0.11 or less for the neutral block copolymer / ethanol.
Water / ethanol, which is the mass ratio of the water to the ethanol, is greater than 0.00 and 0.015 or less.
Manganese chloride / ethanol, which is the mass ratio of the manganese chloride to the ethanol, is 0.020 or more and 0.030 or less.
A method for producing a metal oxide porous body in which tantalum chloride / ethanol, which is the mass ratio of tantalum chloride to ethanol, is 0.130 or more and 0.190 or less.
前記中性ブロック共重合体が、ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖-ポリエチレンオキサイド(EO)鎖-ポリプロピレンオキサイド(PO)鎖のトリブロックコポリマーである請求項2に記載の金属酸化物多孔体の製造方法。 The method for producing a metal oxide porous body according to claim 2, wherein the neutral block copolymer is a triblock copolymer of polypropylene oxide (PO) chain-polyethylene oxide (EO) chain-polypropylene oxide (PO) chain.
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