JP7248242B2 - 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 - Google Patents
黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7248242B2 JP7248242B2 JP2019120261A JP2019120261A JP7248242B2 JP 7248242 B2 JP7248242 B2 JP 7248242B2 JP 2019120261 A JP2019120261 A JP 2019120261A JP 2019120261 A JP2019120261 A JP 2019120261A JP 7248242 B2 JP7248242 B2 JP 7248242B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- black phosphorus
- phosphorus
- black
- containing composition
- red phosphorus
- 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
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 170
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 73
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 31
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 22
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 19
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 5
- AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N propylenediamine Chemical compound CC(N)CN AOHJOMMDDJHIJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 239000012847 fine chemical Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N cadaverine Chemical compound NCCCCCN VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- KIDHWZJUCRJVML-UHFFFAOYSA-N putrescine Chemical compound NCCCCN KIDHWZJUCRJVML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N trimethylenediamine Chemical compound NCCCN XFNJVJPLKCPIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- JUXXCHAGQCBNTI-UHFFFAOYSA-N 1-n,1-n,2-n,2-n-tetramethylpropane-1,2-diamine Chemical compound CN(C)C(C)CN(C)C JUXXCHAGQCBNTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical class CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical compound CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ULEAQRIQMIQDPJ-UHFFFAOYSA-N butane-1,2-diamine Chemical compound CCC(N)CN ULEAQRIQMIQDPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007716 flux method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N nickel phosphide Chemical compound [Ni]=P#[Ni] FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920003196 poly(1,3-dioxolane) Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- QPBYLOWPSRZOFX-UHFFFAOYSA-J tin(iv) iodide Chemical compound I[Sn](I)(I)I QPBYLOWPSRZOFX-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/02—Preparation of phosphorus
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
特許法第３０条第２項適用 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ２０１８ プログラムブック（発行所：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ２０１８、発行日：平成３０年１２月１０日） Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ２０１８（開催場所：チュラーロンコーン大学、開催日：平成３０年１２月１１日） 複合アニオンシンポジウム第５回若手スクール概要集（発行所：新学術領域研究「複合アニオン化合物の創製と新機能」、発行日：平成３１年１月１５日） 複合アニオンシンポジウム第５回若手スクール（開催場所：関西セミナーハウス、開催日：平成３１年１月１５日） 第１０回ＯＣＡＲＩＮＡ国際シンポジウム要旨集（発行所：大阪市立大学複合先端研究機構、発行日：平成３１年３月５日） 第１０回ＯＣＡＲＩＮＡ国際シンポジウム（開催場所：大阪市立大学（杉本キャンパス）学術情報総合センター、開催日：平成３１年３月５日） 第１２３回触媒討論会講演予稿集（発行所：一般社団法人 触媒学会、発行日：平成３１年３月８日） 第１２３回触媒討論会（開催場所：大阪市立大学 杉本キャンパス、開催日：平成３１年３月２１日）
本発明は、黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物に関する。より詳しくは、電池材料、光触媒材料、熱電変換材料、光検出センサー、電界効果トランジスタ等に有用な黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物に関する。
黒リンはリンの同素体の１つであり、元素半導体として知られている。黒リンは、グラフェンと同様に層状構造を有し、バンドギャップを持たないグラフェンとは対照的にバンドギャップを持つ。また黒リンは、紫外、可視、近赤外光領域に幅広い吸収を持つため、種々の用途に利用されることが期待されている。具体的には、水素や炭化水素生成のための光触媒材料、リチウムイオン電池のアノード等の電池材料、熱電変換材料、光検出センサー、電界効果トランジスタ等への利用が検討されている。
このような黒リンの合成法として、例えば非特許文献１及び２には、赤リンを高温・高圧化で処理する方法が開示されている。非特許文献３には、真空下で赤リンをヨウ化スズ中で加熱するフラックス法が開示されている。非特許文献４には、真空下で赤リンをＣＶＤ法により黒リンを合成する方法が開示されている。特許文献１には、赤リンを原料とするメカノケミカル法が開示されている。非特許文献５には、白リンを原料とするソルボサーマル反応法が開示されている。特許文献２には、赤リンを原料とするソルボサーマル反応法が開示されている。
このような黒リンの合成法として、例えば非特許文献１及び２には、赤リンを高温・高圧化で処理する方法が開示されている。非特許文献３には、真空下で赤リンをヨウ化スズ中で加熱するフラックス法が開示されている。非特許文献４には、真空下で赤リンをＣＶＤ法により黒リンを合成する方法が開示されている。特許文献１には、赤リンを原料とするメカノケミカル法が開示されている。非特許文献５には、白リンを原料とするソルボサーマル反応法が開示されている。特許文献２には、赤リンを原料とするソルボサーマル反応法が開示されている。
Ｈ クレブス（Ｈ．Ｋｒｅｂｓ）他２名「Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ｆｕｒ ａｎｏｒｇａｎｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ａｌｌｇｅｍｅｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｅ」（ドイツ）１９５５年、第２８０巻、ｐ１１９－１３３
Ｄ．ハンロン（Ｄ．Ｈａｎｌｏｎ）他２５名「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（英国）２０１５年、第６巻、８５６３
Ｓ ラング（Ｓ．Ｌａｎｇｅ）他２名「Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」（米国）２００７年、第４６巻、ｐ４０２８－４０３５
Ｊ．Ｂ．スミス（Ｊ．Ｂ．Ｓｍｉｔｈ）他２名「Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（英国）２０１６年、第２７巻、２１５６０２
Ｔ．ビン（Ｔ．Ｂｉｎ）他８名「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＴＨＥ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ」（米国）２０１８年、第１１５巻、ｐ４３４５－４３５０
上述のとおり、従来種々の黒リンの合成法が開発されている。しかし、非特許文献１～４及び特許文献１に開示されている方法は、高温高圧処理又は真空での反応が必要であるため、大量合成には不向きであった。また非特許文献５に開示されている方法は、毒性がある白リンが原料として用いられているため、安全性に問題があった。更に、特許文献２に記載されている方法で得られた黒リンは光触媒活性において十分でなく、改善の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、従来の方法よりも、安全性に優れ、大量合成も可能であり、かつ、得られる黒リン含有組成物が光触媒活性に優れる黒リン含有組成物の製造方法を提供することを目的とする。更に、光触媒活性に優れる新規な黒リン含有組成物を提供することも目的とする。
本発明者らは、黒リンの製造方法について種々検討したところ、赤リンを含む原料組成物を、１３０℃よりも高く、１８０℃未満の温度でソルボサーマル反応を行う方法が、従来の方法よりも安全性に優れ、大量合成も可能であり、かつ、得られる黒リンを含む組成物が光触媒活性に優れること見いだした。更に本発明者らは、黒リンのアスペクト比（平均板面径の長径／平均厚み）が特定の範囲である黒リンを含む組成物が、光触媒活性に優れること見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち第１の本発明は、黒リンを含む組成物を製造する方法であって、該製造方法は、赤リンを含む原料組成物をソルボサーマル反応させる工程を含み、該ソルボサーマル反応温度は、１３０℃よりも高く、１８０℃未満である黒リン含有組成物の製造方法である。
上記赤リンを含む原料組成物は、赤リンの濃度が１０ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。
上記赤リンを含む原料組成物は、ジアミンを含むことが好ましい。
上記赤リンは、平均粒子径Ｄ５０が１０μｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。
また第２の本発明は、黒リンを含む組成物であって、該黒リンは、アスペクト比（平均板面径の長径／平均厚み）が３～３０である黒リン含有組成物である。
第１の本発明の黒リン含有組成物の製造方法は、上述の構成よりなり、従来の方法よりも安全性に優れ、大量合成も可能であり、かつ、得られる黒リンを含む組成物が光触媒活性に優れる。また、第２の本発明の黒リン含有組成物は、上述の構成よりなり、光触媒活性に優れる。このため、これらの黒リン含有組成物は光触媒等の原料等に好適に用いることができる。
以下に本発明の好ましい形態について具体的に説明するが、本発明は以下の記載のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。本明細書中において単に「本発明」という場合には第１、第２の本発明に共通する事項を意味するものとする。なお、以下に記載される本発明の個々の好ましい形態を２又は３以上組み合わせた形態も、本発明の好ましい形態に該当する。
＜黒リン含有組成物の製造方法＞
第１の本発明の黒リン含有組成物の製造方法は、赤リンを含む原料組成物をソルボサーマル反応させる工程を含む。
上記ソルボサーマル反応工程における反応温度は、１３０℃よりも高く、１８０℃未満である。ソルボサーマル反応温度を上記範囲とすることにより、従来の方法により得られる組成物よりも光触媒活性に優れた黒リン含有組成物が得られる。これは光触媒活性を発揮する黒リンを高い割合で生成することによるものと考えられる。
ソルボサーマル反応温度として好ましくは１３０～１７５℃であり、より好ましくは１４０～１７０℃であり、更に好ましくは１５０～１６０℃である。上記反応温度が１３０℃未満では黒リンの収率がわずかであり、１８０℃以上では白色の不純物結晶の生成量が増加し、黒リンの収率が低くなる。
第１の本発明の黒リン含有組成物の製造方法は、赤リンを含む原料組成物をソルボサーマル反応させる工程を含む。
上記ソルボサーマル反応工程における反応温度は、１３０℃よりも高く、１８０℃未満である。ソルボサーマル反応温度を上記範囲とすることにより、従来の方法により得られる組成物よりも光触媒活性に優れた黒リン含有組成物が得られる。これは光触媒活性を発揮する黒リンを高い割合で生成することによるものと考えられる。
ソルボサーマル反応温度として好ましくは１３０～１７５℃であり、より好ましくは１４０～１７０℃であり、更に好ましくは１５０～１６０℃である。上記反応温度が１３０℃未満では黒リンの収率がわずかであり、１８０℃以上では白色の不純物結晶の生成量が増加し、黒リンの収率が低くなる。
上記赤リンとしては、特に制限されないが、平均粒子径Ｄ５０が１０μｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、得られる組成物中の黒リンの割合をより高めることができ、光触媒活性をより向上させることができる。また赤リンのＤ５０は１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、赤リンの粒子内部における黒リンへの反応をより十分に進行させることができる。赤リンの平均粒子径Ｄ５０としてより好ましくは１０～８００μｍであり、更に好ましくは２０～７００μｍであり、特に好ましくは３０～６００μｍである。
上記赤リンを含む原料組成物における赤リンの濃度は、１０ｇ／Ｌ以上であることが好ましい。赤リンの濃度を１０ｇ／Ｌ以上とすることにより、ソルボサーマル反応時において溶媒中へ赤リンが安定的に溶解し、黒リン以外の結晶相が生成することを十分に抑制し、黒リンの収率をより向上させることができる。これにより得られる組成物中の黒リンの割合をより高めることができ、光触媒活性をより向上させることができる。また、赤リンの濃度の上限は特に制限されないが、６０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。これにより、原料組成物の粘度が高くなり反応系内が不均一となることを十分に抑制し、黒リンの結晶性を高めることができる。上記赤リンの濃度としてより好ましくは１０～６０ｇ／Ｌであり、更に好ましくは１５～４５ｇ／Ｌであり、特に好ましくは３０～４５ｇ／Ｌである。
上記ソルボサーマル反応において用いる溶媒は、特に制限されないが、ジアミンを用いることが好ましい。すなわち、上記赤リンを含む原料組成物はジアミンを含むことが好ましい。これにより得られる組成物中の黒リンの割合をより高めることができ、光触媒活性をより向上させることができる。
上記ジアミンとしては特に制限されないが、例えば、下記式（１）；
上記ジアミンとしては特に制限されないが、例えば、下記式（１）；
（式中、Ｒ１～Ｒ４は、同一又は異なって、水素原子、又は、炭素数１～３のアルキル基を表す。Ｒ５は、炭素数１～６のアルキレン基を表す。）で表される化合物が挙げられる。
Ｒ１～Ｒ４がアルキル基の場合の炭素数は、１～３が好ましく、より好ましくは１～２であり、最も好ましくは１である。Ｒ１～Ｒ４の炭素数が３以下であれば式（１）で表される化合物の融点が好適な範囲となり、１８０℃未満での反応に好適に用いることができる。
上記Ｒ１～Ｒ４として好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
上記Ｒ１～Ｒ４のすべてが水素原子である形態は、本発明の好適な実施形態の１つである。
上記Ｒ５におけるアルキレン基は直鎖であっても分岐鎖を有していてもよい。
上記Ｒ５におけるアルキレン基の炭素数は、１～６が好ましく、より好ましくは２～５であり、更に好ましくは２～４であり、特に好ましくは２～３であり、最も好ましくは２である。上記Ｒ５におけるアルキレン基の炭素数が６以下であれば、溶媒中に赤リンが安定に溶解し、黒リンの収率をより向上させることができる。
Ｒ１～Ｒ４がアルキル基の場合の炭素数は、１～３が好ましく、より好ましくは１～２であり、最も好ましくは１である。Ｒ１～Ｒ４の炭素数が３以下であれば式（１）で表される化合物の融点が好適な範囲となり、１８０℃未満での反応に好適に用いることができる。
上記Ｒ１～Ｒ４として好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
上記Ｒ１～Ｒ４のすべてが水素原子である形態は、本発明の好適な実施形態の１つである。
上記Ｒ５におけるアルキレン基は直鎖であっても分岐鎖を有していてもよい。
上記Ｒ５におけるアルキレン基の炭素数は、１～６が好ましく、より好ましくは２～５であり、更に好ましくは２～４であり、特に好ましくは２～３であり、最も好ましくは２である。上記Ｒ５におけるアルキレン基の炭素数が６以下であれば、溶媒中に赤リンが安定に溶解し、黒リンの収率をより向上させることができる。
上記ジアミンとして具体的には、エチレンジアミン、１，２－プロパンジアミン、１，３－プロパンジアミン、１,２－ブタンジアミン、１，４－ブタンジアミン、１，５－ジアミノペンタン、１，６－ジアミノヘキサン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルプロピレンジアミン等が挙げられる。中でも好ましくはエチレンジアミン、１，２－プロパンジアミンである。エチレンジアミン、１，２－プロパンジアミンを用いることで、より高い収率で黒リンを得ることができる。
上記赤リンを含む原料組成物は、赤リン、溶媒以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、例えば金属硝酸塩、金属酢酸塩、金属塩化物塩、金属アセチルセトナート塩、金属イソプロポキシド等が挙げられる。
その他の成分の含有量は、原料組成物１００質量％に対して、０～２０質量％であることが好ましい。より好ましくは０～１０質量％であり、更に好ましくは０～５質量％であり、最も好ましくは０～３質量％である。金属塩を溶媒中に含むことで、ワンポット反応で助触媒を担持することもできる。
その他の成分としては、例えば金属硝酸塩、金属酢酸塩、金属塩化物塩、金属アセチルセトナート塩、金属イソプロポキシド等が挙げられる。
その他の成分の含有量は、原料組成物１００質量％に対して、０～２０質量％であることが好ましい。より好ましくは０～１０質量％であり、更に好ましくは０～５質量％であり、最も好ましくは０～３質量％である。金属塩を溶媒中に含むことで、ワンポット反応で助触媒を担持することもできる。
上記ソルボサーマル反応における圧力は特に制限されず、反応温度における溶媒の蒸気圧で反応を行うことができるが、具体的には０．１～１５ＭＰａであることが好ましい。より好ましくは０．１～１０ＭＰａであり、更に好ましくは０．１～５ＭＰａである。
上記ソルボサーマル反応における反応時間は、特に制限されないが、１～１６８時間であることが好ましい。この時間であれば、黒リンの生成が十分に進行し、生産性にも優れる。より好ましくは６～４８時間であり、更に好ましくは１２～２４時間である。
本発明の黒リン含有組成物の製造方法は、上記ソルボサーマル反応工程における反応温度、赤リンの平均粒子径Ｄ５０、赤リンの濃度、溶媒の好ましい形態を組み合わせることで、得られる黒リンの割合をより十分に高めることができ、単相の黒リンを得ることもできる。このような黒リン含有組成物の製造方法は本発明の好ましい実施形態の１つである。
本発明の黒リン含有組成物の製造方法は、ソルボサーマル反応工程の後に、ソルボサーマル反応工程で得られた生成物の洗浄工程や乾燥工程、粉砕工程を含んでいてもよい。
上記洗浄工程は、ソルボサーマル反応工程で得られた生成物を洗浄することができる限り特に制限されないが、上記生成物をろ過し、溶媒に分散させた後、減圧、常圧又は加圧ろ過や遠心沈降やデカンテーションにより分散液から生成物を分離することにより行うことが好ましい。
洗浄工程を行う回数は特に制限されず、通常１～１０回である。
洗浄に用いる溶媒としては、水やエタノール等のアルコールが好ましい。水やエタノールを用いることで安全に洗浄でき、生成物への溶媒の残存を抑制できる。
エタノール、水の順番で２回洗浄工程を行う形態は本発明の好適な実施形態の１つである。
洗浄工程を行う回数は特に制限されず、通常１～１０回である。
洗浄に用いる溶媒としては、水やエタノール等のアルコールが好ましい。水やエタノールを用いることで安全に洗浄でき、生成物への溶媒の残存を抑制できる。
エタノール、水の順番で２回洗浄工程を行う形態は本発明の好適な実施形態の１つである。
上記乾燥工程は、ソルボサーマル反応工程又は洗浄工程で得られた生成物から溶媒を蒸発させ、乾燥することができる限り特に制限されないが、例えば、真空乾燥機又は凍結乾燥機等を用いて乾燥することが好ましい。
乾燥温度は特に制限されず、－６０℃～１５０℃で行うことができる。
乾燥工程は、常圧下でも減圧下で行ってもよいが、真空乾燥させる形態は本発明の好適な実施形態の１つである。真空乾燥させることで、揮発成分を効率的に除去することができる。
乾燥時間は特に制限されず、通常１～２４時間であり、好ましくは５～１５時間である。乾燥時間が１時間以上であれば揮発成分の残留をより十分に抑制することができ、２４時間以下であれば生産性の低下をより十分に抑制することができる。
乾燥温度は特に制限されず、－６０℃～１５０℃で行うことができる。
乾燥工程は、常圧下でも減圧下で行ってもよいが、真空乾燥させる形態は本発明の好適な実施形態の１つである。真空乾燥させることで、揮発成分を効率的に除去することができる。
乾燥時間は特に制限されず、通常１～２４時間であり、好ましくは５～１５時間である。乾燥時間が１時間以上であれば揮発成分の残留をより十分に抑制することができ、２４時間以下であれば生産性の低下をより十分に抑制することができる。
上記粉砕工程は、ソルボサーマル反応工程で得られた生成物を粉砕することができる限り特に制限されないが、例えば乳鉢やボールミル、遊星ボールミル等を用いて粉砕することができる。また得られた生成物を、超音波を照射して粉砕してもよい。超音波を照射して粉砕することで、粉砕メディアから混入する不純物を低く抑えることができる。
第１の本発明の製造方法により得られる黒リンの平均粒子径Ｄ５０は、０．１～１０００μｍであることが好ましい。より好ましくは０．５～５００μｍであり、更に好ましくは１～２００μｍであり、特に好ましくは１～１００μｍである。０．１～１０００μｍであれば、黒リン粒子を塗料等へ加工する際、分散媒への分散が良くなるため好ましい。上記平均粒子径Ｄ５０は、実施例に記載の方法により測定することができる。
第１の本発明の製造方法により得られる黒リンの比表面積は、０．１～１００ｍ２／ｇであることが好ましい。より好ましくは０．１～３０ｍ２／ｇであり、更に好ましくは０．１～１０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは０．１～５ｍ２／ｇである。比表面積が０．１～１００ｍ２／ｇである黒リンは、塗料等へ加工する際、分散性がよく、最適な粘度に調整することができる。
上記比表面積は、実施例に記載の方法により測定することができる。
上記比表面積は、実施例に記載の方法により測定することができる。
＜黒リン含有組成物＞
第２の本発明はまた、黒リンを含む組成物であって、該黒リンは、アスペクト比（平均板面径の長径／平均厚み）が３～３０である黒リン含有組成物である。
上記アスペクト比が３～３０である黒リンは、形状が板状であり、無定形の黒リンよりも光触媒活性に優れる。
上記アスペクト比として好ましくは３～３０であり、より好ましくは５～３０であり、更に好ましくは１０～３０である。アスペクト比が３～３０であれば、粒子の形状が壊れたり、結晶性が低下することをより十分に抑制し、塗料などに好適に加工することができる。上記アスペクト比は、実施例に記載の方法により測定する。
第２の本発明はまた、黒リンを含む組成物であって、該黒リンは、アスペクト比（平均板面径の長径／平均厚み）が３～３０である黒リン含有組成物である。
上記アスペクト比が３～３０である黒リンは、形状が板状であり、無定形の黒リンよりも光触媒活性に優れる。
上記アスペクト比として好ましくは３～３０であり、より好ましくは５～３０であり、更に好ましくは１０～３０である。アスペクト比が３～３０であれば、粒子の形状が壊れたり、結晶性が低下することをより十分に抑制し、塗料などに好適に加工することができる。上記アスペクト比は、実施例に記載の方法により測定する。
上記黒リン含有組成物は不純物として赤リンを含んでいてもよい。
第２の本発明の黒リンの平均粒子径Ｄ５０は、０．１～１０００μｍであることが好ましい。より好ましくは０．５～５００μｍであり、更に好ましくは１～２００μｍであり、特に好ましくは１～１００μｍである。上記平均粒子径Ｄ５０は、実施例に記載の方法により測定することができる。黒リンの平均粒子径Ｄ５０は、０．１～１０００μｍであれば、塗料などに加工する際の分散性がより向上する。
第２の本発明の黒リンの比表面積は、０．１～１００ｍ２／ｇであることが好ましい。より好ましくは０．１～３０ｍ２／ｇであり、更に好ましくは０．１～１０ｍ２／ｇであり、特に好ましくは０．１～５ｍ２／ｇである。比表面積が０．１～１００ｍ２／ｇである黒リンは、塗料などに加工する際において、最適な粘度に調整することができる。
上記比表面積は、実施例に記載の方法により測定することができる。
上記比表面積は、実施例に記載の方法により測定することができる。
第２の本発明の黒リンを含む組成物の製造方法は、特に制限されないが、第１の本発明の黒リン含有組成物の製造方法により製造することが好ましい。
より好ましくは、ソルボサーマル反応工程において、反応温度が１３０℃よりも高く、１８０℃未満であり、原料組成物がジアミンを含むものであり、赤リンの濃度が１０ｇ／Ｌ以上である形態である。
このような第２の本発明の黒リンを含む組成物の製造方法もまた、本発明の１つである。黒リンのアスペクト比をより好適な範囲とする観点から、上記ジアミンとしては、１，２－プロパンジアミンが好ましい。
より好ましくは、ソルボサーマル反応工程において、反応温度が１３０℃よりも高く、１８０℃未満であり、原料組成物がジアミンを含むものであり、赤リンの濃度が１０ｇ／Ｌ以上である形態である。
このような第２の本発明の黒リンを含む組成物の製造方法もまた、本発明の１つである。黒リンのアスペクト比をより好適な範囲とする観点から、上記ジアミンとしては、１，２－プロパンジアミンが好ましい。
＜黒リン含有組成物の用途＞
第１の本発明の製造方法により得られた黒リン含有組成物や第２の本発明の黒リン含有組成物の用途は特に制限されず、電池材料、光触媒材料、熱電変換材料、光検出センサー、電界効果トランジスタ等に好適に用いることができる。中でも光触媒用途に用いられることが好ましい。
第１の本発明の製造方法により得られた黒リン含有組成物や第２の本発明の黒リン含有組成物の用途は特に制限されず、電池材料、光触媒材料、熱電変換材料、光検出センサー、電界効果トランジスタ等に好適に用いることができる。中でも光触媒用途に用いられることが好ましい。
上記黒リン含有組成物を含む光触媒材料はまた、本発明の１つである。
上記光触媒材料は、黒リン含有組成物を含む限り特に制限されないが、その含有量は、光触媒材料１００質量％に対して５～１００質量％であることが好ましい。より好ましくは３０～１００質量％である。
上記光触媒材料は、黒リン含有組成物を含む限り特に制限されないが、その含有量は、光触媒材料１００質量％に対して５～１００質量％であることが好ましい。より好ましくは３０～１００質量％である。
上記光触媒材料は、黒リン含有組成物以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、助触媒、メディエーター、黒リン以外の光触媒等が挙げられる。
上記助触媒としては白金、金、銀、ルテニウム、ルテニウム酸化物、コバルト酸化物、リン化ニッケル、リン化コバルト等が挙げられる。中でも好ましくは白金である。上記メディエーターとしては、導電性物質がよく、例えば金微粒子やグラフェン等が挙げられる。黒リン以外の光触媒としては、荷電子帯の位置が水／酸素の酸化還元電位より貴な位置に存在するものがよく、黒リン含有組成物と併せて用いることで水の光触媒的全分解が可能となる。黒リン以外の光触媒としては、酸化チタン、酸化タングステン、バナジン酸ビスマス、窒化タンタル等が挙げられる。
上記光触媒材料におけるその他の成分の合計の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～６０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．１～５０質量％である。
上記光触媒材料における助触媒の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～５質量％であることが好ましい。より好ましくは０．２～３質量％である。
上記光触媒材料におけるメディエーターの含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～２０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．２～１０質量％である。
上記光触媒材料における黒リン以外の光触媒の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～６０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．１～５０質量％である。
その他の成分としては、助触媒、メディエーター、黒リン以外の光触媒等が挙げられる。
上記助触媒としては白金、金、銀、ルテニウム、ルテニウム酸化物、コバルト酸化物、リン化ニッケル、リン化コバルト等が挙げられる。中でも好ましくは白金である。上記メディエーターとしては、導電性物質がよく、例えば金微粒子やグラフェン等が挙げられる。黒リン以外の光触媒としては、荷電子帯の位置が水／酸素の酸化還元電位より貴な位置に存在するものがよく、黒リン含有組成物と併せて用いることで水の光触媒的全分解が可能となる。黒リン以外の光触媒としては、酸化チタン、酸化タングステン、バナジン酸ビスマス、窒化タンタル等が挙げられる。
上記光触媒材料におけるその他の成分の合計の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～６０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．１～５０質量％である。
上記光触媒材料における助触媒の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～５質量％であることが好ましい。より好ましくは０．２～３質量％である。
上記光触媒材料におけるメディエーターの含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～２０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．２～１０質量％である。
上記光触媒材料における黒リン以外の光触媒の含有量は、光触媒材料１００質量％に対して０．１～６０質量％であることが好ましい。より好ましくは０．１～５０質量％である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜実施例１＞
赤リン（ＰＰＥ０２ＰＢ、株式会社高純度化学研究所製）０．３ｇとエチレンジアミン（富士フィルム和光純薬株式会社製）２０ｍＬとをオートクレーブに封入し、テフロン（登録商標）ライニングされた静置式オートクレーブ容器に上記スラリーを移し、１６０℃で２４時間、加熱した。加熱後上記スラリーをろ過し、エタノール、イオン交換水の順番で洗浄し、５０℃で１２時間真空乾燥し黒色粉末を得た。
赤リン（ＰＰＥ０２ＰＢ、株式会社高純度化学研究所製）０．３ｇとエチレンジアミン（富士フィルム和光純薬株式会社製）２０ｍＬとをオートクレーブに封入し、テフロン（登録商標）ライニングされた静置式オートクレーブ容器に上記スラリーを移し、１６０℃で２４時間、加熱した。加熱後上記スラリーをろ過し、エタノール、イオン交換水の順番で洗浄し、５０℃で１２時間真空乾燥し黒色粉末を得た。
＜実施例２＞
赤リンの質量を０．６ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
赤リンの質量を０．６ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
＜実施例３＞
赤リンの質量を０．９ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
赤リンの質量を０．９ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
＜実施例４＞
加熱温度を１４０℃に変更した以外は実施例２と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
加熱温度を１４０℃に変更した以外は実施例２と同様に製造を行い、黒色粉末を得た。
＜実施例５＞
赤リンを３０μｍのメッシュを通過したものに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、茶褐色粉末を得た。
赤リンを３０μｍのメッシュを通過したものに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、茶褐色粉末を得た。
＜実施例６＞
赤リンの粒子径を１．３ｍｍに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、赤褐色の塊状粒子を得た。
赤リンの粒子径を１．３ｍｍに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、赤褐色の塊状粒子を得た。
＜実施例７＞
赤リンの質量を０．２ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、茶褐色粉末を得た。
赤リンの質量を０．２ｇに変更した以外は実施例１と同様に製造を行い、茶褐色粉末を得た。
＜実施例８＞
溶媒を１，２－プロパンジアミン(富士フィルム和光純薬株式会社製)に変更した以外は、実施例２と同様に製造を行い、赤褐色の粉末を得た。この粉末の形状は板状であり、アスペクト比は１２．１であった。
溶媒を１，２－プロパンジアミン(富士フィルム和光純薬株式会社製)に変更した以外は、実施例２と同様に製造を行い、赤褐色の粉末を得た。この粉末の形状は板状であり、アスペクト比は１２．１であった。
＜実施例９＞
赤リンを３０μｍのメッシュを通過したものに変更した以外は実施例８と同様に製造を行い、赤褐色の粉末を得た。この粉末の形状は板状であり、アスペクト比は１９．５であった。
赤リンを３０μｍのメッシュを通過したものに変更した以外は実施例８と同様に製造を行い、赤褐色の粉末を得た。この粉末の形状は板状であり、アスペクト比は１９．５であった。
＜比較例１＞
加熱温度を１８０℃に変更した以外は実施例５と同様に反応を行った。反応後スラリーをろ過し、黄白色の結晶を得た。得られた結晶をエタノール、イオン交換水の順番で洗浄すると、生成物は何も得られなかった。
加熱温度を１８０℃に変更した以外は実施例５と同様に反応を行った。反応後スラリーをろ過し、黄白色の結晶を得た。得られた結晶をエタノール、イオン交換水の順番で洗浄すると、生成物は何も得られなかった。
＜比較例２＞
赤リンの質量を０．６ｇに変更した以外は比較例１と同様に製造を行い、黒褐色粉末を得た。
赤リンの質量を０．６ｇに変更した以外は比較例１と同様に製造を行い、黒褐色粉末を得た。
＜比較例３＞
市販の赤リン（ＰＰＥ０２ＰＢ、株式会社高純度化学研究所製）を乳鉢で粉砕し粉末を得た。
市販の赤リン（ＰＰＥ０２ＰＢ、株式会社高純度化学研究所製）を乳鉢で粉砕し粉末を得た。
＜比較例４＞
市販の黒リン（Black Phosphorus Art. Nr. 003944、smart elements製）を乳鉢で粉砕し粉末を得た。
市販の黒リン（Black Phosphorus Art. Nr. 003944、smart elements製）を乳鉢で粉砕し粉末を得た。
実施例、比較例で得られた試料の各種物性の測定は以下のようにして行った。
＜平均粒子径Ｄ５０（粒度分布）＞
レーザー回折型粒度分布測定装置（日機装社製、マイクロトラックＭＴ３０００）により各試料の粒度分布を測定し、粒度分布曲線を得た。この測定ではまず、測定対象の粉末（粉体）を、透過率が０．７０～０．９９になるように投入し、流速６０％にて、超音波分散及び循環させながら測定を行った。測定時の分散媒としては水、分散剤としてはヘキサメタリン酸ナトリウムを用いた。
得られた体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値を、平均粒子径Ｄ５０とした。
＜平均粒子径Ｄ５０（粒度分布）＞
レーザー回折型粒度分布測定装置（日機装社製、マイクロトラックＭＴ３０００）により各試料の粒度分布を測定し、粒度分布曲線を得た。この測定ではまず、測定対象の粉末（粉体）を、透過率が０．７０～０．９９になるように投入し、流速６０％にて、超音波分散及び循環させながら測定を行った。測定時の分散媒としては水、分散剤としてはヘキサメタリン酸ナトリウムを用いた。
得られた体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値を、平均粒子径Ｄ５０とした。
＜ＳＥＭ観察＞
走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ－７０００Ｆ）を用いて、加速電圧５ｋＶで実施例５、８、９の表面状態およびその形状を観察した。結果を図１～３に示す。
図２及び３のＳＥＭ像では粒子が板状となっていることがわかる。
実施例８、９の粒子のアスペクト比（平均板面径/平均厚み）について、ＳＥＭ画像より無作為に粒子１０個の板面径及び厚みを計測し、その平均値をアスペクト比とした。表１及び２に、実施例８、９の粒子１０個の板面径、厚み及びアスペクト比を示す。
走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＳＭ－７０００Ｆ）を用いて、加速電圧５ｋＶで実施例５、８、９の表面状態およびその形状を観察した。結果を図１～３に示す。
図２及び３のＳＥＭ像では粒子が板状となっていることがわかる。
実施例８、９の粒子のアスペクト比（平均板面径/平均厚み）について、ＳＥＭ画像より無作為に粒子１０個の板面径及び厚みを計測し、その平均値をアスペクト比とした。表１及び２に、実施例８、９の粒子１０個の板面径、厚み及びアスペクト比を示す。
＜比表面積（ＢＥＴ）の測定＞
比表面積測定装置（株式会社マウンテック製Ｍａｃｓｏｒｂ ＨＭ－１２２０）を用いて、純窒素ガス気流下、５０℃で３０分間保持して脱気後、窒素３０％ヘリウム７０％の混合ガスを流通して、ＢＥＴ流動法（１点法）により測定した。
比表面積測定装置（株式会社マウンテック製Ｍａｃｓｏｒｂ ＨＭ－１２２０）を用いて、純窒素ガス気流下、５０℃で３０分間保持して脱気後、窒素３０％ヘリウム７０％の混合ガスを流通して、ＢＥＴ流動法（１点法）により測定した。
＜Ｘ線回折パターン（ＸＲＤ）＞
実施例１、５、７、８で得られた生成物及び市販の赤リン（比較例３）についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤ）を、ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００（株式会社リガク製）を用いて、集中光学系、サンプリング幅：０．０２°、スキャン速度：１０°／分、測定範囲２θ＝５～７０°の条件で測定した。結果を図４、５に示す。
統合粉末Ｘ線解析ソフトウェア ＰＤＸＬ（株式会社リガク）を用いてピーク位置及びピーク強度の解析を行い、結晶相を決定した。
実施例１、５、７、８で得られた生成物及び市販の赤リン（比較例３）についてのＸ線回折パターン（ＸＲＤ）を、ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００（株式会社リガク製）を用いて、集中光学系、サンプリング幅：０．０２°、スキャン速度：１０°／分、測定範囲２θ＝５～７０°の条件で測定した。結果を図４、５に示す。
統合粉末Ｘ線解析ソフトウェア ＰＤＸＬ（株式会社リガク）を用いてピーク位置及びピーク強度の解析を行い、結晶相を決定した。
＜ラマンスペクトルの測定＞
レーザーラマン分光光度計ＮＲＳ－３１００(日本分光株式会社)を用いて、実施例１～３、７で得られた黒リン含有組成物及び市販の赤リン（比較例３）、市販の黒リン（比較例４）についてラマンスペクトルを測定した。結果を図６に示す。
レーザーラマン分光光度計ＮＲＳ－３１００(日本分光株式会社)を用いて、実施例１～３、７で得られた黒リン含有組成物及び市販の赤リン（比較例３）、市販の黒リン（比較例４）についてラマンスペクトルを測定した。結果を図６に示す。
＜光触媒能の評価＞
実施例１～９、比較例２で得られた組成物又は比較例３として市販の赤リンに、助触媒として白金微粒子を光析出法で０．５質量％担持させ、測定試料を調製した。２０ｍＬの石英製のセルに０．０５ｇの測定試料と２０体積％のメタノール水溶液１０ｍｌを入れ、光を照射したときの水素をガスクロマトグラフィー（島津製作所ＴＣＤ－ＧＣ,ＧＣ－８Ａ）にて分析した。３００Ｗのキセノンランプから可視光コールドミラーで反射させ、シャープカットフィルター（シグマ光機株式会社ＳＣＦ－５０Ｓ－４２Ｌ）を通過した光を光源として用いた。光照射から１時間後及び５時間後の単位時間当たりの水素の生成速度を算出し、光触媒能（触媒活性）を評価した。
実施例１～９、比較例２で得られた組成物又は比較例３として市販の赤リンに、助触媒として白金微粒子を光析出法で０．５質量％担持させ、測定試料を調製した。２０ｍＬの石英製のセルに０．０５ｇの測定試料と２０体積％のメタノール水溶液１０ｍｌを入れ、光を照射したときの水素をガスクロマトグラフィー（島津製作所ＴＣＤ－ＧＣ,ＧＣ－８Ａ）にて分析した。３００Ｗのキセノンランプから可視光コールドミラーで反射させ、シャープカットフィルター（シグマ光機株式会社ＳＣＦ－５０Ｓ－４２Ｌ）を通過した光を光源として用いた。光照射から１時間後及び５時間後の単位時間当たりの水素の生成速度を算出し、光触媒能（触媒活性）を評価した。
実施例１～９及び比較例１、２における製造条件及びこれらの生成物並びに比較例３として市販の赤リン、比較例４として市販の黒リンの物性を表３に示す。
図１～３より、実施例８、９で得られた黒リン含有組成物における粒子は、板状であることが確認された。
図４より、実施例１における１０°及び３１°付近のピークは黒リンのナノ粒子が配向したことによる二次構造による回折線であり、黒リン由来のものである。また、ＸＲＤで１５～１６°のピークは赤リンに由来し、実施例１における試料の赤リン含有量は検出限界以下であった。このことから、実施例１については黒リンに由来する回折線のみが観測された。
板状黒リンは２θが１５．６°のピーク強度が特異的に高くなっている。このピークは黒リンの（０２０）面に帰属される。図５における（０２０）面の高いピーク強度、及び、図１のＳＥＭ画像を考慮すると、実施例８の黒リンは（０２０）面が成長した板状形状を有することがわかる。
図６より、市販の赤リンは３５２、３９５、４６３ｃｍ－１にピークを示し、市販の黒リンは３６２、４３８、４６６ｃｍ－１付近にピークを示す。３９５ｃｍ－１のピークはＰ－Ｏの結合に由来するピークであり、赤リン及び実施例で得られた試料の表面が酸化していることを示唆している。そのため３５２ｃｍ－１と３６２ｃｍ－１のピークの有無により黒リンと赤リンとを区別することができる。実施例７は３５２ｃｍ－１と３６２ｃｍ－１のピークが混在しているのに対し、実施例１～３は３６２、３９５、４３８、４６６ｃｍ－１付近のみにピークが見られている。そのため実施例１～３では赤リンを含有せず黒リンのみで構成されていることが確認できた。
表３の触媒活性の結果より、比較例３の市販の赤リン、比較例４の市販の黒リンは、光照射から１時間後においても触媒活性がほとんどなく、比較例２で得られた生成物は、光照射から１時間後には触媒活性を示すものの光照射から５時間までの間に触媒活性が失われている。これに対して、本願実施例の生成物は、光照射から５時間経過しても、触媒活性が十分に維持されている。したがって、本発明の製造方法により得られた黒リン含有組成物は、従来の方法により得られた組成物よりも長時間触媒活性を発揮することができるといえる。
Claims (5)
- 黒リンを含む組成物を製造する方法であって、
該製造方法は、赤リンを含む原料組成物をソルボサーマル反応させる工程を含み、
該ソルボサーマル反応温度は、１３０℃よりも高く、１８０℃未満であることを特徴とする黒リン含有組成物の製造方法。 - 前記赤リンを含む原料組成物は、赤リンの濃度が１０ｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１に記載の黒リン含有組成物の製造方法。
- 前記赤リンを含む原料組成物は、ジアミンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の黒リン含有組成物の製造方法。
- 前記赤リンは、平均粒子径Ｄ５０が１０μｍ以上、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか記載の黒リン含有組成物の製造方法。
- 黒リンを含む組成物であって、
該黒リンは、アスペクト比（平均板面径の長径／平均厚み）が３～３０であることを特徴とする黒リン含有組成物。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019120261A JP7248242B2 (ja) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 |
| PCT/JP2020/023168 WO2020262035A1 (ja) | 2019-06-27 | 2020-06-12 | 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019120261A JP7248242B2 (ja) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021004161A JP2021004161A (ja) | 2021-01-14 |
| JP7248242B2 true JP7248242B2 (ja) | 2023-03-29 |
Family
ID=74061914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019120261A Active JP7248242B2 (ja) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7248242B2 (ja) |
| WO (1) | WO2020262035A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113477267B (zh) * | 2021-06-09 | 2023-05-26 | 东华理工大学 | 氮氧化磷光催化还原含铀废水的应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009184861A (ja) | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Seoul National Univ Industry Foundation | 黒燐及び黒燐炭素複合体の製造方法、製造された黒燐及び黒燐炭素複合体及びそれを含むリチウム二次電池とその使用方法 |
| CN104310326A (zh) | 2014-10-29 | 2015-01-28 | 浙江大学 | 一种具有高转化率的黑磷制备方法 |
| CN104630879A (zh) | 2015-02-28 | 2015-05-20 | 安庆美晶新材料有限公司 | 一种常压下利用高纯红磷制备黑磷单晶的方法 |
| CN104787736A (zh) | 2015-04-04 | 2015-07-22 | 成都育芽科技有限公司 | 一种大规模制备双层结构黑磷的方法 |
| WO2016056661A1 (ja) | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 学校法人東京理科大学 | 黒リン原子膜、熱電材料、熱電変換素子、及び半導体素子 |
| JP2019516650A (ja) | 2016-04-01 | 2019-06-20 | 中国科学院蘇州納米技術与納米▲ファン▼生研究所 | 高い光電応答率を有する黒リン結晶、二次元黒リンｐｎ接合及びその製造方法並びに応用 |
-
2019
- 2019-06-27 JP JP2019120261A patent/JP7248242B2/ja active Active
-
2020
- 2020-06-12 WO PCT/JP2020/023168 patent/WO2020262035A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009184861A (ja) | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Seoul National Univ Industry Foundation | 黒燐及び黒燐炭素複合体の製造方法、製造された黒燐及び黒燐炭素複合体及びそれを含むリチウム二次電池とその使用方法 |
| WO2016056661A1 (ja) | 2014-10-10 | 2016-04-14 | 学校法人東京理科大学 | 黒リン原子膜、熱電材料、熱電変換素子、及び半導体素子 |
| CN104310326A (zh) | 2014-10-29 | 2015-01-28 | 浙江大学 | 一种具有高转化率的黑磷制备方法 |
| CN104630879A (zh) | 2015-02-28 | 2015-05-20 | 安庆美晶新材料有限公司 | 一种常压下利用高纯红磷制备黑磷单晶的方法 |
| CN104787736A (zh) | 2015-04-04 | 2015-07-22 | 成都育芽科技有限公司 | 一种大规模制备双层结构黑磷的方法 |
| JP2019516650A (ja) | 2016-04-01 | 2019-06-20 | 中国科学院蘇州納米技術与納米▲ファン▼生研究所 | 高い光電応答率を有する黒リン結晶、二次元黒リンｐｎ接合及びその製造方法並びに応用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021004161A (ja) | 2021-01-14 |
| WO2020262035A1 (ja) | 2020-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jalalah et al. | Comparative study on photocatalytic performances of crystalline α-and β-Bi2O3 nanoparticles under visible light | |
| Mohamed et al. | Unprecedented high photocatalytic activity of nanocrystalline WO3/NiWO4 hetero-junction towards dye degradation: effect of template and synthesis conditions | |
| Zang et al. | Facile synthesis of composite g-C 3 N 4/WO 3: a nontoxic photocatalyst with excellent catalytic activity under visible light | |
| Paszkiewicz et al. | The ILs-assisted solvothermal synthesis of TiO2 spheres: The effect of ionic liquids on morphology and photoactivity of TiO2 | |
| Wang et al. | Rapid room-temperature synthesis of nanosheet-assembled ZnO mesocrystals with excellent photocatalytic activity | |
| Ozawa et al. | Black phosphorus synthesized by solvothermal reaction from red phosphorus and its catalytic activity for water splitting | |
| Dai et al. | Novel MoSe 2 hierarchical microspheres for applications in visible-light-driven advanced oxidation processes | |
| Lin et al. | Graphene quantum dot sensitized leaf-like InVO 4/BiVO 4 nanostructure: a novel ternary heterostructured QD-RGO/InVO 4/BiVO 4 composite with enhanced visible-light photocatalytic activity | |
| Chang et al. | Facet-controlled self-assembly of ZnO nanocrystals by non-hydrolytic aminolysis and their photodegradation activities | |
| Das et al. | Fabrication of different morphologies of ZnO superstructures in presence of synthesized ethylammonium nitrate (EAN) ionic liquid: synthesis, characterization and analysis | |
| Aslam et al. | Synthesis of three-dimensional WO 3 octahedra: characterization, optical and efficient photocatalytic properties | |
| Astuti et al. | Bismuth oxide prepared by sol-gel method: variation of physicochemical characteristics and photocatalytic activity due to difference in calcination temperature | |
| Chen et al. | Facile and rapid synthesis of a novel spindle-like heterojunction BiVO 4 showing enhanced visible-light-driven photoactivity | |
| Girija et al. | Organic additives assisted synthesis of mesoporous β-Ga2O3 nanostructures for photocatalytic dye degradation | |
| Togashi et al. | Solvent-free synthesis of monodisperse Cu nanoparticles by thermal decomposition of an oleylamine-coordinated Cu oxalate complex | |
| Jafari et al. | Structural and optical properties of Ce 3+-Doped TiO 2 nanocrystals prepared by sol–gel precursors | |
| Dalvand et al. | Controlling morphology and structure of nanocrystalline cadmium sulfide (CdS) by tailoring solvothermal processing parameters | |
| Chen et al. | Highly reactive anatase nanorod photocatalysts synthesized by calcination of hydrogen titanate nanotubes: Effect of calcination conditions on photocatalytic performance for aqueous dye degradation and H2 production in alcohol-water mixtures | |
| de Almeida et al. | Crystallization time in ZnO: The role of surface OH groups in its photoactivity | |
| Krivtsov et al. | Exceptional thermal stability of undoped anatase TiO 2 photocatalysts prepared by a solvent-exchange method | |
| Yang et al. | Facile microwave-assisted synthesis and effective photocatalytic hydrogen generation of Zn 2 GeO 4 with different morphology | |
| JP2003126695A (ja) | ニオブ酸カリウム光触媒およびその製造方法 | |
| JP7248242B2 (ja) | 黒リン含有組成物の製造方法及び黒リン含有組成物 | |
| Pan et al. | Zinc titanium glycolate acetate hydrate and its transformation to zinc titanate microrods: synthesis, characterization and photocatalytic properties | |
| Seo | Size Control of LaNbON2 Particles for Enhanced Photocatalytic Water Oxidation Under Visible Light Irradiation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20190722 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230110 |
|
| 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: 20230228 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230308 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7248242 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |