WO2022014631A1 - 複合酸化物セラミックス、機能性材料、及び物品 - Google Patents

複合酸化物セラミックス、機能性材料、及び物品 Download PDF

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拓朗 伊東
祥子 松下
敏宏 磯部
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    • C04B2235/3256Molybdenum oxides, molybdates or oxide forming salts thereof, e.g. cadmium molybdate

Definitions

  • the present invention relates to a composite oxide ceramic, a functional material, the composite oxide ceramic and / or an article provided with the functional material.
  • Inorganic antiviral materials have a shorter history than organic materials. However, inorganic antiviral materials are effective against various viruses, can be applied in a relatively wide temperature range, and have characteristics such as the fact that it is difficult for viruses to acquire resistance. Therefore, they have been actively studied in recent years. Is being done. So far, antiviral activity has been reported in metal systems such as Ag and Cu, photocatalytic systems such as TiO 2 , ZnO, CaO and the like, and they are actually used.
  • Patent Document 1 discloses a technique relating to composite oxide ceramics having both self-water repellency and antibacterial / antiviral performance.
  • an object of the present invention is to provide a composite oxide ceramic having high antiviral activity, a functional material, the composite oxide ceramic and / or an article provided with the functional material.
  • the composite oxide ceramic according to one aspect of the present invention is a composite oxide ceramic having antiviral activity containing cerium and molybdenum.
  • the above-mentioned composite oxide ceramic may be a composite oxide ceramic represented by Ce 2 Mo 3 O 12.
  • the above-mentioned composite oxide ceramic may be a composite oxide ceramic represented by Ce 2 Mo 4 O 15.
  • the above-mentioned composite oxide ceramic may be a composite oxide ceramic represented by Ce 2 Mo 3 O 13.
  • the above-mentioned composite oxide ceramics are Ce (MoO 4 ) 2 , Ce 2 MoO 6 , Ce 2 (MoO 4 ) 3 , Ce 2 Mo 3 O 13 , Ce 2 Mo 4 O 15 and Ce 6 (MoO 4 ) 8 ( It may be a composite oxide ceramic represented by Mo 2 O 7 ) or Ce 8 Mo 12 O 49.
  • the above-mentioned composite oxide ceramics may be composite oxide ceramics having a virus reduction rate of 99% or more after 6 hours by the film adhesion method.
  • the above-mentioned composite oxide ceramics may be composite oxide ceramics having a virus reduction rate of 99.99% or more after 6 hours by the film adhesion method.
  • the above-mentioned composite oxide ceramics may be a sintered body.
  • the functional material according to one aspect of the present invention is a functional material in which the above-mentioned composite oxide ceramics and a material having a photocatalyst and / or an antibacterial action are mixed.
  • the antibacterial material may contain at least one of an oxide containing La and Mo and an oxide containing La, Ce and Mo.
  • the article according to one aspect of the present invention is an article having the above-mentioned composite oxide ceramics and / or the above-mentioned functional material on at least a part of the surface.
  • the composite oxide ceramics according to the present embodiment are composite oxide ceramics having antiviral activity containing cerium (Ce) and molybdenum (Mo).
  • the amount of oxygen atom (O) contained in the composite oxide ceramics may have a stoichiometric composition or may deviate from the stoichiometric composition. That is, the composite oxide ceramics may be a non-stoichiometric compound.
  • Preferred embodiments of the composite oxide ceramics according to the present embodiment are Ce (MoO 4 ) 2 , Ce 2 MoO 6 , Ce 2 (MoO 4 ) 3 , Ce 2 Mo 3 O 13 , Ce 2 Mo 4 O 15 , and Ce 6. It is a composite oxide ceramic represented by (MoO 4 ) 8 (Mo 2 O 7 ) or Ce 8 Mo 12 O 49.
  • a particularly preferable form of the composite oxide ceramics according to the present embodiment is a composite oxide ceramic represented by Ce 2 Mo 3 O 12 , Ce 2 Mo 4 O 15 , or Ce 2 Mo 3 O 13 .
  • the composite oxide ceramics of the present embodiment may further contain other elements as long as the effect is not impaired.
  • other elements include transition metal elements and the like.
  • the transition metal element may be contained as an oxide, may not form an oxide, and may be contained in other forms.
  • the content ratio of the other element is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and 5% by mass with respect to the total amount of the composite oxide ceramics containing the other element. % Or less is more preferable.
  • the composite oxide ceramics of the present embodiment may be crystalline of a single crystal or polycrystal, may be amorphous (amorphous) such as glass, and have a crystalline portion and an amorphous portion. It may be a combination of.
  • the crystal phase of the crystal may be a single phase or a combination of two or more different phases.
  • the composite oxide ceramics according to this embodiment have antiviral activity.
  • the virus reduction rate after 6 hours by the film adhesion method is 99% or more, preferably 99.99% or more.
  • the shape of the composite oxide ceramics of the present embodiment is not particularly limited, and can be a desired shape depending on the application.
  • it may be a sintered body sintered into a desired shape by the method described later, or the sintered body may be crushed into a powder.
  • the composite oxide ceramics of the present embodiment as a powder, the surface area per mass is large, and antiviral properties can be efficiently exhibited.
  • the present embodiment can provide an article having the composite oxide ceramics on at least a part of the surface.
  • the article has an antiviral property on the surface having the composite oxide ceramics.
  • the article of this embodiment can be applied to any article that is required to have antiviral properties. Examples of such articles include housings of electronic devices such as personal computers and smartphones; water-related equipment such as bathrooms, washrooms, and kitchens; and articles used for medical supplies such as masks and lab coats.
  • a part of the surface of the article may be a sintered body of the composite oxide ceramics, and the powder of the composite oxide ceramics is supported on the surface of the article. May be good.
  • a film of the composite oxide ceramic may be formed by injecting the powder of the composite oxide ceramic onto the surface of the article by an aerosol deposition method or the like.
  • a film containing the composite oxide ceramics is formed by combining a powder of the composite oxide ceramics, a known binder resin, a solvent, or the like and applying the mixture as an ink or a paste on the surface of a desired article. can do.
  • the coating method is not particularly limited, and for example, a coating method such as a spray coating method, a dip coating method, or a spin coating method, or a printing method such as flexographic printing, screen printing, or inkjet printing can be used.
  • a desired article may be formed by mixing the powder of the composite oxide ceramics of the present embodiment with the resin and molding the resin.
  • a film of composite oxide ceramics may be formed on the surface of the article by using a physical vapor deposition method (PVD: Physical Vapor Deposition) such as a sputtering method or a PLD (Pulsed Laser Deposition) method.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • a sintered body of composite oxide ceramics can be used as a target.
  • a base material such as a resin film, paper, glass, fiber, or metal is prepared, and a laminate having a film containing the composite oxide ceramics according to the embodiment is formed on the base material by the above-mentioned method. You may.
  • the laminated body may be further bonded to any article and used.
  • the composite oxide ceramic powder for example, by applying the composite oxide ceramic powder to fibers such as cloth and non-woven fabric using the above-mentioned method, a mask, a white coat, or the like having excellent antiviral properties can be produced.
  • the composite oxide ceramics of the present embodiment and a photocatalyst titanium oxide, titanium apatite, etc.
  • the composite oxide ceramics of the present embodiment and a material having an antibacterial action may be mixed to form a functional material. Since the composite oxide ceramics of the present embodiment are excellent in antiviral activity, a functional material having both antiviral activity and antibacterial activity can be formed by using the composite oxide ceramics in combination with a material having antibacterial activity.
  • LMO oxide containing La, Ce, Mo
  • LCMO oxide containing La, Ce, Mo
  • Such a functional material may be provided on at least a part of the surface of the article to form the article according to the present embodiment.
  • the method for producing the composite oxide ceramics of the present embodiment is not particularly limited, and can be obtained by forming a composite oxide containing cerium (Ce) and molybdenum (Mo) and firing it.
  • a suitable production method a citric acid polymerization method and a hydrothermal synthesis method described later are particularly mentioned, and for example, a solid phase reaction method or another production method described later may be used for production.
  • the citric acid polymerization method, the hydrothermal synthesis method, and the solid phase reaction method will be described.
  • FIG. 1 is a flowchart showing an example of a citric acid polymerization method.
  • oxycarboxylic acid and glycol are added to an aqueous solution containing a cerium-containing compound and a molybdenum-containing compound, and then heated and stirred to cause an ester reaction between the oxycarboxylic acid and the glycol.
  • Gelling process and gelling A drying step of drying the gel obtained in the gelation step and a drying step of drying the gel A firing step of firing the powder obtained by drying the gel, and To prepare for.
  • there are advantages such as excellent uniformity and high density composite oxide ceramics being obtained at a relatively low temperature.
  • the gelation step first, water is added to the cerium-containing compound and the molybdenum-containing compound and mixed to obtain an aqueous solution. Next, oxycarboxylic acid is added to the aqueous solution to form a metal oxycarboxylic acid complex. Glycol is then added and the oxycarboxylic acid is transesterified with the glycol for gelation.
  • cerium-containing compound examples include cerium nitrate and the like.
  • molybdenum-containing compound examples include ammonium molybdate.
  • Examples of the oxycarboxylic acid include citric acid and the like.
  • Examples of glycols include ethylene glycol and propylene glycol.
  • the obtained gel is sufficiently dried in the drying step.
  • the drying method is not particularly limited, but heat drying (for example, at 200 ° C. for 12 hours) is preferable.
  • the powder obtained by drying the gel is calcined (calcination step).
  • the firing conditions are not particularly limited, but for example, firing can be performed at 550 ° C. for 12 hours.
  • the atmosphere in firing is not particularly limited, and can be performed in the atmosphere, for example.
  • a calcining step of calcining the powder obtained by drying the gel and a molding step of molding the powder after calcining may be added.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of the hydrothermal synthesis method.
  • the hydrothermal synthesis method in the present embodiment includes a step of stirring and mixing an aqueous solution containing a cerium-containing compound and a molybdenum-containing compound, and then heating and reacting them to obtain an intermediate substance.
  • there are advantages such as excellent uniformity and high density composite oxide ceramics being obtained at a relatively low temperature.
  • a cerium-containing compound having solubility in water is dissolved in distilled water to prepare a cerium-containing aqueous solution.
  • a molybdenum-containing compound having solubility in water is dissolved in distilled water to prepare a molybdenum-containing aqueous solution.
  • these aqueous solutions are mixed at room temperature (room temperature) and stirred.
  • the mixed aqueous solution is heated for a predetermined time (hydrothermal synthesis) to obtain an intermediate substance.
  • cerium-containing compound having solubility in water examples include cerium nitrate and the like.
  • molybdenum-containing compound having solubility in water include ammonium molybdate.
  • the obtained intermediate substance is washed with water and ethanol, and then sufficiently dried in the drying step.
  • the drying method is not particularly limited, but heat drying (for example, at 80 ° C. for 6 hours) is preferable.
  • the powder obtained by drying is fired (firing step).
  • the firing conditions are not particularly limited, but for example, firing can be performed at 500 ° C. for 12 hours.
  • the atmosphere in firing is not particularly limited, and can be performed in the atmosphere, for example.
  • a calcining step of calcining the powder obtained in the drying step and a molding step of molding the powder after calcining may be added.
  • a solid-phase reaction method will be described as another method for producing composite oxide ceramics.
  • a cerium-containing compound powder and a molybdenum-containing compound powder are mixed and calcined to obtain a calcined powder.
  • cerium oxide (CeO 2 ) can be used as the raw material cerium-containing compound
  • molybdenum oxide (MoO 3) can be used as the molybdenum-containing compound.
  • the conditions for calcination are not particularly limited, but for example, calcination at 900 ° C. or higher is preferable.
  • the obtained calcined powder is calcined to obtain a sintered body of the composite oxide ceramics.
  • the conditions of the firing step are not particularly limited, but it is preferable to fire under the conditions of, for example, 1000 ° C. or higher.
  • Example 1 CMO (III) _2: 3
  • a sample according to Example 1 a compound represented by Ce 2 Mo 3 O 12 was prepared.
  • the sample according to Example 1 was prepared by using a citric acid polymerization method (see FIG. 1).
  • a method for producing a sample will be specifically described.
  • cerium (III) nitrate hexahydrate and (Ce (NO 3) 3 ⁇ 6H 2 O), molybdenum (VI) ammonium tetrahydrate ((NH 4) 6 Mo 7 O 24 ⁇ 4H 2 O) was dissolved in distilled water.
  • a solution of ammonium molybdenum (VI) was slowly added dropwise to the solution of cerium nitrate (III) while stirring.
  • citric acid in a substance amount twice as much as the metal ion (Ce + Mo) in the mixed solution was dissolved in distilled water and added.
  • an esterification reaction was induced by adding ethylene glycol having a substance amount of 2/3 of citric acid.
  • the solution was stirred at 80 ° C. for several hours to remove water to obtain a gel.
  • the obtained gel was dried at 200 ° C. for 12 hours, then calcined at 550 ° C. for 12 hours, and pulverized to obtain a sample powder.
  • the obtained sample powder was analyzed by the X-ray diffraction method, the obtained sample powder was a single-phase powder of Ce 2 Mo 3 O 12 (see FIG. 3).
  • the sample according to Example 1 will also be referred to as CMO (III) _2: 3.
  • Example 2 CMO (III) _1: 2
  • a compound represented by Ce 2 Mo 4 O 15 was prepared.
  • the sample according to Example 2 was prepared by using the citric acid polymerization method (see FIG. 1).
  • a method for producing a sample will be specifically described.
  • cerium (III) nitrate hexahydrate and (Ce (NO 3) 3 ⁇ 6H 2 O), molybdenum (VI) ammonium tetrahydrate ((NH 4) 6 Mo 7 O 24 ⁇ 4H 2 O) was dissolved in distilled water.
  • a solution of ammonium molybdenum (VI) was slowly added dropwise to the solution of cerium nitrate (III) while stirring.
  • citric acid in a substance amount twice as much as the metal ion (Ce + Mo) in the mixed solution was dissolved in distilled water and added.
  • an esterification reaction was induced by adding ethylene glycol having a substance amount of 2/3 of citric acid.
  • the solution was stirred at 80 ° C. for several hours to remove water to obtain a gel.
  • the obtained gel was dried at 200 ° C. for 12 hours, then calcined at 550 ° C. for 12 hours, and pulverized to obtain a sample powder.
  • the obtained sample powder was analyzed by the X-ray diffraction method, the obtained sample powder was a single-phase powder of Ce 2 Mo 4 O 15 (see FIG. 3).
  • the sample according to Example 2 will also be referred to as CMO (III) _1: 2.
  • Example 3 CMO (IV) _2: 3
  • a compound represented by Ce 2 Mo 3 O 13 was prepared.
  • the sample according to Example 1 was prepared by using a hydrothermal synthesis method (see FIG. 2).
  • a method for producing a sample will be specifically described.
  • hydrothermal synthesis was performed at 160 ° C for 5 hours. Then, the powder obtained by hydrothermal synthesis was washed with water and ethanol and dried at 80 ° C. for 6 hours to obtain a dry powder. Then, the dry powder was calcined at 500 ° C. for 12 hours to obtain a sample powder.
  • the obtained sample powder was analyzed by the X-ray diffraction method, the obtained sample powder was a single-phase powder of Ce 2 Mo 3 O 13 (see FIG. 3).
  • the sample according to Example 3 will also be referred to as CMO (IV) _2: 3.
  • the intermediate was then dried at 120 ° C. for 24 hours to give a dry powder. Then, it was calcined by holding it at 500 ° C. for 6 hours in an air atmosphere to obtain a calcined powder of composite oxide ceramics (La 1.8 Ce 0.2 Mo 2 O 9 (LCMO)). Then, the obtained calcined powder was calcined at 900 ° C. for 3 hours in the atmosphere to obtain an LCMO sintered body.
  • LCMO composite oxide ceramics
  • An aqueous solution of 4H 2 O) was prepared.
  • the two aqueous solutions were mixed so that La and Mo had a molar ratio of 1: 1.
  • an aqueous citric acid solution was added so that the sum of La and Mo and the citric acid had a molar ratio of 1: 2.
  • an ethylene glycol solution was added so that the amount of ethylene glycol was 2/3 equivalent with respect to citric acid, and the mixture was kept in a constant temperature bath at 80 ° C. for 6 hours with stirring to obtain a gel.
  • the gel was then dried at 200 ° C. for 24 hours to give a dry powder. Then, it was calcined by holding it at 500 ° C. for 12 hours in an air atmosphere to obtain a calcined powder of composite oxide ceramics (La 2 Mo 2 O 9 (LMO)). Then, the obtained calcined powder was calcined at 900 ° C. for 12 hours in the atmosphere to obtain an LMO sintered body.
  • LMO composite oxide ceramics
  • FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of antiviral property evaluation.
  • FIG. 6 also shows a schematic diagram showing a method for evaluating antiviral properties.
  • the sample prepared by the above method was dispersed in ethanol to prepare a 1 mg / ml dispersion.
  • 150 ⁇ L of the dispersion was applied onto a 25 mm square glass substrate and then dried. The coating and drying were repeated three times, and then sterilization was performed to prepare a plurality of test substrates.
  • bacteriophage ⁇ 6 substitute virus for influenza virus
  • NB medium to prepare an inoculated phage solution of about 2.0 ⁇ 10 9 PFU / ml, and diluted 100-fold.
  • a solution of about 0 ⁇ 10 7 PFU / ml was prepared.
  • the vertical axis represents the logarithm of the survival rate of the virus (bacteriophage ⁇ 6), and if it decreases by two orders of magnitude, it can be judged that the virus has antiviral activity.
  • the CMO (III) _2: 3 according to Example 1 the CMO (III) _1: 2 according to Example 2, and the CMO (IV) _2: 3 according to Example 3 are comparative examples. It showed better antiviral activity as compared with LCMO and LMO.
  • CMO (IV) _2: 3 according to Example 3 showed the best antiviral activity against bacteriophage ⁇ 6.
  • the activity was such that 99.99% or more was killed against bacteriophage ⁇ 6 in 6 hours.

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Abstract

抗ウイルス活性の高い複合酸化物セラミックス、機能性材料、当該複合酸化物セラミックス及び/又は当該機能性材料を備える物品を提供することである。本発明の一態様にかかる複合酸化物セラミックは、セリウムとモリブデンとを含む、抗ウイルス活性を有する複合酸化物セラミックスである。また、本発明の一態様にかかる機能性材料は、上述の複合酸化物セラミックスと、光触媒及び/又は抗菌作用のある材料と、が混合された機能性材料である。また、本発明の一態様にかかる物品は、表面の少なくとも一部に、上述の複合酸化物セラミックス及び/又は上述の機能性材料を有する物品である。

Description

複合酸化物セラミックス、機能性材料、及び物品
 本発明は、複合酸化物セラミックス、機能性材料、当該複合酸化物セラミックス及び/又は当該機能性材料を備える物品に関する。
 新型コロナウイルス(COVID-19)の世界的な流行により、様々なウイルスの世界的な大流行(ウイルスパンデミック)の脅威が高まっている。一度ウイルスパンデミックが発生すると、医療機関でワクチンの接種が可能になるのには少なくとも数ヶ月を要するため、予防や拡大抑制に関する研究は喫緊の課題となっている。
 無機系の抗ウイルス材料は有機系に比べて歴史が浅い。しかしながら、無機系の抗ウイルス材料は、様々なウイルスに対して効果があり、比較的広い温度範囲で適用可能であり、ウイルスが耐性を獲得しにくい等の特徴を有することから、近年活発に研究が行われている。これまでAg、Cu等の金属系やTiO等の光触媒系、ZnO、CaO等において抗ウイルス活性が報告され、実際に使用されている。特許文献1には、自己撥水性と抗菌・抗ウイルス性能を併せ持つ複合酸化物セラミックスに関する技術が開示されている。
国際公開第2020/017493号
 しかしながら、従来の無機系の抗ウイルス材料は、酸化等による着色や活性の低下、使用環境の制限(光の必要性、アルカリ化)などの問題がある。このため、これらを解決できる、抗ウイルス活性の高い新たな無機系の抗ウイルス材料の開発が望まれている。よって本発明の目的は、抗ウイルス活性の高い複合酸化物セラミックス、機能性材料、当該複合酸化物セラミックス及び/又は当該機能性材料を備える物品を提供することである。
 本発明の一態様にかかる複合酸化物セラミックスは、セリウムとモリブデンとを含む、抗ウイルス活性を有する複合酸化物セラミックスである。
 上述の複合酸化物セラミックスは、CeMo12で表される複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは、CeMo15で表される複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは、CeMo13で表される複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは、Ce(MoO、CeMoO、Ce(MoO、CeMo13、CeMo15、Ce(MoO(Mo)、又はCeMo1249で表される複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは、フィルム密着法による6時間経過後のウイルスの減少率が99%以上である、複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは、フィルム密着法による6時間経過後のウイルスの減少率が99.99%以上である、複合酸化物セラミックスであってもよい。
 上述の複合酸化物セラミックスは焼結体であってもよい。
 本発明の一態様にかかる機能性材料は、上述の複合酸化物セラミックスと、光触媒及び/又は抗菌作用のある材料と、が混合された機能性材料である。
 上述の機能性材料において、前記抗菌作用のある材料が、La、Moを含む酸化物、及びLa、Ce、Moを含む酸化物の少なくとも一方を含んでもよい。
 本発明の一態様にかかる物品は、表面の少なくとも一部に、上述の複合酸化物セラミックス及び/又は上述の機能性材料を有する物品である。
 本発明により、抗ウイルス活性の高い複合酸化物セラミックス、機能性材料、当該複合酸化物セラミックス及び/又は当該機能性材料を備える物品を提供することができる。
クエン酸重合法の一例を示すフローチャートである。 水熱合成法の一例を示すフローチャートである。 各サンプルのXRD測定結果を示す図である。 各サンプルの組成分析結果(ICP-OES、XPS)を示す表である。 各サンプルの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。 抗ウイルス性評価の手順を示すフローチャートである。 各サンプルの抗ウイルス性評価の結果を示すグラフである。
 本実施形態にかかる複合酸化物セラミックスは、セリウム(Ce)とモリブデン(Mo)とを含む、抗ウイルス活性を有する複合酸化物セラミックスである。複合酸化物セラミックスに含まれるセリウム(Ce)とモリブデン(Mo)の組成比(イオン比)は特に限定されることはないが、例えば、Ce:Mo=2:3としてもよく、また、Ce:Mo=1:2としてもよい。また、複合酸化物セラミックスに含まれる酸素原子(O)の量は化学量論組成であってもよく、また、化学量論組成からずれていてもよい。つまり、複合酸化物セラミックスは不定比化合物であってもよい。
 本実施形態にかかる複合酸化物セラミックスの好ましい形態は、Ce(MoO、CeMoO、Ce(MoO、CeMo13、CeMo15、Ce(MoO(Mo)、又はCeMo1249で表される複合酸化物セラミックスである。本実施形態にかかる複合酸化物セラミックスの特に好ましい形態は、CeMo12、CeMo15、又はCeMo13で表される複合酸化物セラミックスである。
 本実施形態の複合酸化物セラミックスは、効果を損なわない範囲で更に他の元素を含有してもよい。他の元素としては、例えば、遷移金属元素などが挙げられる。遷移金属元素は、酸化物として含まれていてもよく、酸化物を構成せず、他の形態で含まれていてもよい。本実施形態において、他の元素の含有割合は、他の元素を含む複合酸化物セラミックス全量に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましい。
 本実施形態の複合酸化物セラミックスは、単結晶体または多結晶体の結晶質であってもよく、ガラス状などの非晶質(アモルファス)であってもよく、結晶質部と非晶質部の組合せであってもよい。結晶の晶相は単相であってもよく、2以上の異なる相の組合せであってもよい。
 上述のように、本実施形態にかかる複合酸化物セラミックスは、抗ウイルス活性を有する。一例として、本実施形態の複合酸化物セラミックスは、フィルム密着法による6時間経過後のウイルスの減少率が99%以上、好ましくは99.99%以上である。
 本実施形態の複合酸化物セラミックスの形状は、特に限定されず、用途に応じて所望の形状とすることができる。例えば、後述の方法により所望の形状に焼結した焼結体としてもよく、また、焼結体を粉砕して粉末状にしてもよい。本実施形態の複合酸化物セラミックスを粉末として用いることにより質量当たりの表面積が大きく、効率よく抗ウイルス性を発現させることができる。
 本実施形態は、表面の少なくとも一部に前記複合酸化物セラミックスを有する物品を提供することができる。当該物品は、前記複合酸化物セラミックスを有する表面が、抗ウイルス性を有する。本実施形態の物品は、抗ウイルス性が求められる任意の物品に適用することができる。このような物品としては、例えば、パソコンやスマートフォンなどの電子機器の筐体;浴室、洗面所、キッチン等の水周り設備;マスクや白衣等の医療用品などに用いられる物品が挙げられる。本実施形態においては、当該物品の表面の一部が、前記複合酸化物セラミックスの焼結体であってもよく、物品の表面に前記複合酸化物セラミックスの粉末が担持されてなるものであってもよい。
 複合酸化物セラミックスの粉末を物品の表面に担持する方法は、当該物品に応じて適宜選択される。例えば、複合酸化物セラミックスの粉末をエアロゾルデポジション法などにより物品表面に噴射することにより、複合酸化物セラミックスの膜を形成してもよい。また、例えば、複合酸化物セラミックスの粉末と、公知のバインダー樹脂と、溶媒等とを組み合わせて、インク乃至ペーストとして、所望の物品の表面に塗布することにより、複合酸化物セラミックスを含む膜を形成することができる。塗布方法は特に限定されず、例えば、スプレーコート法、ディップコート法、スピンコート法などの塗布方法や、フレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の印刷方法を用いることができる。また、本実施形態の複合酸化物セラミックスの粉末を樹脂に混合し、この樹脂を成形することで所望の物品を形成してもよい。また、スパッタリング法やPLD(Pulsed Laser Deposition)法などの物理蒸着法(PVD:Physical Vapor Deposition)を用いて、物品の表面に複合酸化物セラミックスの膜を形成してもよい。この場合は、複合酸化物セラミックスの焼結体をターゲットとして用いることができる。
 また、樹脂フィルム、紙、ガラス、繊維、金属等の基材を準備し、当該基材上に前述の方法により、一実施形態である複合酸化物セラミックスを含む膜を備えた積層体を形成してもよい。当該積層体は更に任意の物品に張り合わせて用いてもよい。
 例えば、前述の方法を用いて、布や不織布等の繊維に複合酸化物セラミックスの粉末を塗布することで、抗ウイルス性に優れたマスクや白衣等を作製することができる。また、本実施形態の複合酸化物セラミックスと光触媒(酸化チタン、チタンアパタイトなど)とを混合して機能性材料を構成してもよい。
 また、本実施形態の複合酸化物セラミックスと抗菌作用のある材料とを混合して機能性材料を構成してもよい。本実施形態の複合酸化物セラミックスは抗ウイルス性に優れているので、抗菌作用のある材料と組み合わせて用いることで、抗ウイルス作用と抗菌作用とを併せ持つ機能性材料を形成することができる。抗菌作用のある材料としては、例えば、LMO(La、Moを含む酸化物)、LCMO(La、Ce、Moを含む酸化物)などを用いることができるが、これらに限定されることはない。このような機能性材料を物品の表面の少なくとも一部に設けて、本実施形態にかかる物品を構成してもよい。
 本実施形態の複合酸化物セラミックスの製造方法は、特に限定されず、セリウム(Ce)とモリブデン(Mo)とを含む複合酸化物を形成し、焼成することにより得ることができる。好適な製造方法としては、特に後述するクエン酸重合法や水熱合成法が挙げられるが、例えば後述する固相反応法やその他の製造方法により製造してもよい。以下、クエン酸重合法、水熱合成法、及び固相反応法について説明する。
<クエン酸重合法>
 クエン酸重合法について図1を参照して説明する。図1は、クエン酸重合法の一例を示すフローチャートである。
 本実施形態におけるクエン酸重合法は、セリウム含有化合物とモリブデン含有化合物とを含む水溶液に、オキシカルボン酸及びグリコールを添加した後、加熱・攪拌して前記オキシカルボン酸と前記グリコールとをエステル反応させてゲル化するゲル化工程と、
 前記ゲル化工程で得られたゲルを乾燥させる乾燥工程と、
 前記ゲルを乾燥することで得られた粉末を焼成する焼成工程と、
 を備える。
 上記クエン酸重合法によれば、均一性に優れ、密度の高い複合酸化物セラミックスが比較的低温で得られるなどの利点がある。
 上記ゲル化工程では、まず、セリウム含有化合物とモリブデン含有化合物とを水を加えて混合し、水溶液とする。次いで、当該水溶液にオキシカルボン酸を添加して金属オキシカルボン酸錯体を形成する。次いで、グリコールを添加して、オキシカルボン酸とグリコールとをエステル反応させることによりゲル化する。
 セリウム含有化合物としては、例えば、セリウム硝酸塩などが挙げられる。モリブデン含有化合物としては、例えば、モリブデン酸アンモニウムなどが挙げられる。一例を挙げると、例えば、セリウム硝酸塩として硝酸セリウム六水和物(Ce(NO・6HO)を、モリブデン酸アンモニウムとしてモリブデン酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)をそれぞれ用いることができる。
 オキシカルボン酸としては、例えば、クエン酸などが挙げられる。また、グリコールとしては、エチレングリコールやプロピレングリコール等が挙げられる。
 得られたゲルは、乾燥工程において十分に乾燥させる。乾燥方法は特に限定されないが、加熱乾燥(例えば、200℃で12時間)が好ましい。次いで、ゲルを乾燥することで得られた粉末を焼成する(焼成工程)。焼成条件は特に限定されることはないが、例えば、550℃、12時間の条件で焼成することができる。焼成における雰囲気は特に限定されず、例えば大気中で行うことができる。なお、乾燥工程と焼成工程との間に、ゲルを乾燥することで得られた粉末を仮焼する仮焼工程と、仮焼した後の粉末を成形する成形工程とを追加してもよい。
<水熱合成法>
 次に、複合酸化物セラミックスの別の製造方法として水熱合成法を説明する。図2は、水熱合成法の一例を示すフローチャートである。
 本実施形態における水熱合成法は、セリウム含有化合物とモリブデン含有化合物とを含む水溶液を攪拌して混合し、その後、加熱しこれらを反応させて中間物質を得る工程と、
 前記得られた中間物質を乾燥させる乾燥工程と、
 前記乾燥することで得られた粉末を焼成する焼成工程と、
 を備える。
 上記水熱合成法によれば、均一性に優れ、密度の高い複合酸化物セラミックスが比較的低温で得られるなどの利点がある。
 具体的に説明すると、まず、水への溶解性を有するセリウム含有化合物を蒸留水に溶解してセリウム含有水溶液を準備する。また、水への溶解性を有するモリブデン含有化合物を蒸留水に溶解してモリブデン含有水溶液を準備する。次いで、これらの水溶液を常温(室温)で混合して攪拌する。そして、混合後の水溶液を所定の時間、加熱して(水熱合成)、中間物質を得る。
 水への溶解性を有するセリウム含有化合物としては、例えば、セリウム硝酸塩などが挙げられる。また、水への溶解性を有するモリブデン含有化合物としては、例えば、モリブデン酸アンモニウムなどが挙げられる。一例を挙げると、例えば、セリウム含有化合物として硝酸二アンモニウムセリウム(Ce(NH(NO)を、モリブデン含有化合物としてモリブデン酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)をそれぞれ用いることができる。
 得られた中間物質は、水、エタノールで洗浄した後、乾燥工程において十分に乾燥させる。乾燥方法は特に限定されないが、加熱乾燥(例えば、80℃で6時間)が好ましい。次いで、乾燥することで得られた粉末を焼成する(焼成工程)。焼成条件は特に限定されることはないが、例えば、500℃、12時間の条件で焼成することができる。焼成における雰囲気は特に限定されず、例えば大気中で行うことができる。なお、乾燥工程と焼成工程との間に、乾燥工程で得られた粉末を仮焼する仮焼工程と、仮焼した後の粉末を成形する成形工程とを追加してもよい。
<固相反応法>
 次に、複合酸化物セラミックスの別の製造方法として固相反応法を説明する。固相反応法を用いる場合は、まず、セリウム含有化合物の粉末とモリブデン含有化合物の粉末とを混合し、仮焼することで仮焼粉末を得る。例えば、原料であるセリウム含有化合物には酸化セリウム(CeO)を、モリブデン含有化合物には酸化モリブデン(MoO)をそれぞれ用いることができる。仮焼の条件は特に限定されることはないが、例えば、900℃以上で仮焼することが好ましい。次いで、焼成工程において、得られた仮焼粉末を焼成することにより、複合酸化物セラミックスの焼結体を得ることができる。焼成工程の条件は特に限定されることはないが、例えば、1000℃以上の条件で焼成することが好ましい。
 以下、本実施形態について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本実施形態を制限するものではない。
<サンプルの作製>
 実施例1~3、及び比較例1、2にかかるサンプルを下記の方法を用いて作製した。
[実施例1:CMO(III)_2:3]
 実施例1にかかるサンプルとして、CeMo12で表される化合物を作製した。実施例1にかかるサンプルは、クエン酸重合法(図1参照)を用いて作製した。以下、サンプルの作製方法について具体的に説明する。
 まず、硝酸セリウム(III)六水和物(Ce(NO・6HO)と、モリブデン(VI)酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)をそれぞれ蒸留水に溶解させた。各々均質な溶液が得られたら、硝酸セリウム(III)溶液を攪拌しながら、そこにモリブデン(VI)酸アンモニウム溶液をゆっくり滴下した。セリウムとモリブデンのイオン比はCe:Mo=2:3とした。
 その後、混合溶液中の金属イオン(Ce+Mo)に対して2倍の物質量のクエン酸を蒸留水に溶解させて加えた。次に、クエン酸の2/3の物質量のエチレングリコールを加えることで、エステル化反応を誘起させた。この溶液を80℃で数時間攪拌して水分を飛ばすことで、ゲルを得た。得られたゲルを200℃で12時間乾燥させた後、550℃で12時間焼成させて、それを粉砕することで試料粉末を得た。
 そして、得られた試料粉末をX線回折法を用いて解析したところ、得られた試料粉末はCeMo12の単相粉末であった(図3参照)。以降、実施例1にかかるサンプルを、CMO(III)_2:3とも記載する。
 また、得られた試料粉末(CMO(III)_2:3)の組成を、ICP発光分光分析装置(ICP-OES:Inductivity coupled plasma optical emission spectrometer)を用いて分析したところ、Ce:Mo=2.0:3.0であった(図4参照)。よって、予定していた組成比(Ce:Mo=2:3)通りのサンプルを作製できた。また、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて粉末表面におけるCe原子の価数を調べたところ、Ce(III):Ce(IV)=92%:8%であった(図4参照)。なお、Moは概ね六価であった。
 また、図5に、得られた試料粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。また、窒素吸着とBET法から得られた比表面積の値を示す。実施例1にかかるCMO(III)_2:3では、比表面積の値は、SSA=3.0(m/g)であった。
[実施例2:CMO(III)_1:2]
 実施例2にかかるサンプルとして、CeMo15で表される化合物を作製した。実施例2にかかるサンプルは、クエン酸重合法(図1参照)を用いて作製した。以下、サンプルの作製方法について具体的に説明する。
 まず、硝酸セリウム(III)六水和物(Ce(NO・6HO)と、モリブデン(VI)酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)をそれぞれ蒸留水に溶解させた。各々均質な溶液が得られたら、硝酸セリウム(III)溶液を攪拌しながら、そこにモリブデン(VI)酸アンモニウム溶液をゆっくり滴下した。セリウムとモリブデンのイオン比はCe:Mo=1:2とした。
 その後、混合溶液中の金属イオン(Ce+Mo)に対して2倍の物質量のクエン酸を蒸留水に溶解させて加えた。次に、クエン酸の2/3の物質量のエチレングリコールを加えることで、エステル化反応を誘起させた。この溶液を80℃で数時間攪拌して水分を飛ばすことで、ゲルを得た。得られたゲルを200℃で12時間乾燥させた後、550℃で12時間焼成させて、それを粉砕することで試料粉末を得た。
 そして、得られた試料粉末をX線回折法を用いて解析したところ、得られた試料粉末はCeMo15の単相粉末であった(図3参照)。以降、実施例2にかかるサンプルを、CMO(III)_1:2とも記載する。
 また、得られた試料粉末(CMO(III)_1:2)の組成を、ICP発光分光分析装置(ICP-OES)を用いて分析したところ、Ce:Mo=2.0:4.0であった(図4参照)。よって、予定していた組成比(Ce:Mo=2:4)通りのサンプルを作製できた。また、XPSを用いて粉末表面におけるCe原子の価数を調べたところ、Ce(III):Ce(IV)=95%:5%であった(図4参照)。なお、Moは概ね六価であった。
 また、図5に、得られた試料粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。また、窒素吸着とBET法から得られた比表面積の値を示す。実施例2にかかるCMO(III)_1:2では、比表面積の値は、SSA=2.6(m/g)であった。
[実施例3:CMO(IV)_2:3]
 実施例3にかかるサンプルとして、CeMo13で表される化合物を作製した。実施例1にかかるサンプルは、水熱合成法(図2参照)を用いて作製した。以下、サンプルの作製方法について具体的に説明する。
 まず、硝酸二アンモニウムセリウム(Ce(NH(NO)と、モリブデン(VI)酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)をそれぞれ蒸留水に溶解させた。そして、各々均質な溶液が得られたら、硝酸二アンモニウムセリウム溶液を攪拌しながら、そこにモリブデン(VI)酸アンモニウム溶液をゆっくり滴下して1時間攪拌し、この溶液をテフロン容器に注いだ。セリウムとモリブデンのイオン比はCe:Mo=2:3とした。
 その後、160℃で5時間水熱合成を行った。次いで、水熱合成で得られた粉末を水とエタノールを用いて洗浄して、80℃で6時間乾燥させて乾燥粉末を得た。そして、乾燥粉末を500℃で12時間焼成することで、試料粉末を得た。
 そして、得られた試料粉末をX線回折法を用いて解析したところ、得られた試料粉末はCeMo13の単相粉末であった(図3参照)。以降、実施例3にかかるサンプルを、CMO(IV)_2:3とも記載する。
 また、得られた試料粉末(CMO(IV)_2:3)の組成を、ICP発光分光分析装置(ICP-OES)を用いて分析したところ、Ce:Mo=2.0:3.1であった(図4参照)。よって、概ね予定していた組成比(Ce:Mo=2:3)通りのサンプルを作製できた。また、XPSを用いて粉末表面におけるCe原子の価数を調べたところ、Ce(III):Ce(IV)=52%:48%であった(図4参照)。なお、Moは概ね六価であった。
 また、図5に、得られた試料粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。また、窒素吸着とBET法から得られた比表面積の値を示す。実施例3にかかるCMO(IV)_2:3では、比表面積の値は、SSA=14(m/g)であった。
[比較例:LCMO、LMO]
 比較例にかかるサンプルとして、La1.8Ce0.2Mo(LCMO)、及びLaMo(LMO)を作製した。
 LCMOを作製する際は、まず、硝酸ランタン六水和物(La(NO・6HO)と硝酸セリウム六水和物(Ce(NO・6HO)とを蒸留水に溶解した水溶液と、モリブデン酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)を蒸留水に溶解した水溶液をそれぞれ準備した。そして、これらの水溶液を常温で混合した。次に、70℃の恒温槽中で24時間保持することで中間物質を得た。
 次いで当該中間物質を120℃で24時間乾燥させて乾燥粉末を得た。そして、大気雰囲気下、500℃で6時間保持することにより仮焼し、複合酸化物セラミックス(La1.8Ce0.2Mo(LCMO))の仮焼粉末を得た。その後、得られた仮焼粉末を、900℃で3時間、大気下で焼成し、LCMOの焼結体を得た。
 また、LMOを作製する際は、まず、硝酸ランタン六水和物(La(NO・6HO)の水溶液、及びモリブデン酸アンモニウム四水和物((NHMo24・4HO)の水溶液を準備した。前記2つの水溶液を、LaとMoがモル比で1:1となるように混合した。当該溶液を80℃に温めた後、LaとMoとの合計と、クエン酸がモル比で1:2となるようにクエン酸水溶液を添加した。次に、クエン酸に対してエチレングリコールが2/3当量となるようにエチレングリコール溶液を加え、80℃の恒温槽中で攪拌しながら6時間保持することで、ゲルを得た。
 次いで当該ゲルを200℃で24時間乾燥させて乾燥粉末を得た。そして、大気雰囲気下、500℃で12時間保持することにより仮焼し、複合酸化物セラミックス(LaMo(LMO))の仮焼粉末を得た。その後、得られた仮焼粉末を、900℃で12時間、大気下で焼成し、LMOの焼結体を得た。
<抗ウイルス性評価>
 図6を参照して、抗ウイルス性評価を説明する。図6は抗ウイルス性評価の手順を示すフローチャートである。また、図6には抗ウイルス性評価の方法を示す模式図も示している。
 上記製法で作製したサンプルをエタノールに分散し、1mg/mlの分散液を調製した。当該分散液150μLを25mm角のガラス基板上に塗布し、次いで乾燥させた。当該塗布及び乾燥を3回繰り返し、次いで滅菌処理を行い、複数の試験用基板を準備した。
 これとは別に、バクテリオファージφ6(インフルエンザウイルスの代替ウイルス)をそれぞれ1/500NB培地に溶かして2.0×10PFU/ml程度の接種ファージ液を作製し、100倍希釈することによって2.0×10PFU/ml程度の溶液を調整した。
 前記試験用基板に各々前記接種ファージ液50μL(およそ10PFU)を滴下し、フィルムで密着させたあとアルミホイルで包み、暗所に静置した。所定の時間が経ったサンプルのうち残存しているファージ数(プラーク数)を数えるために、SCDLP培地でウイルス数の増殖を抑えた後、0.01MのPBSで希釈した。次いで、φ6をPseudomonas syringae(P. syringae)に感染させた溶液と軟寒天培地(ナンカン)を混合させたものを、NA寒天培地が撒いてあるディッシュに加えて、所定の時間放置した後、プラーク数を記録し抗ウイルス活性値を求めた。
 上記抗ウイルス試験の結果を図7に示す。図7において縦軸はウイルス(バクテリオファージφ6)の生存率の対数を表し、2桁低下すれば抗ウイルス活性があると判断できる。図7に示すように、実施例1にかかるCMO(III)_2:3、実施例2にかかるCMO(III)_1:2、及び実施例3にかかるCMO(IV)_2:3では、比較例にかかるLCMO、LMOと比べて良好な抗ウイルス活性が示された。特に、実施例3にかかるCMO(IV)_2:3ではバクテリオファージφ6に対して最も良好な抗ウイルス活性を示した。具体的には、実施例3にかかるCMO(IV)_2:3では、バクテリオファージφ6に対して6時間で99.99%以上死滅させる程度の活性を示した。
 以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
 この出願は、2020年7月15日に出願された日本出願特願2020-121420を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (11)

  1.  セリウムとモリブデンとを含む、抗ウイルス活性を有する複合酸化物セラミックス。
  2.  CeMo12で表される、請求項1に記載の複合酸化物セラミックス。
  3.  CeMo15で表される、請求項1に記載の複合酸化物セラミックス。
  4.  CeMo13で表される、請求項1に記載の複合酸化物セラミックス。
  5.  Ce(MoO、CeMoO、Ce(MoO、CeMo13、CeMo15、Ce(MoO(Mo)、又はCeMo1249で表される、請求項1に記載の複合酸化物セラミックス。
  6.  フィルム密着法による6時間経過後のウイルスの減少率が99%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の複合酸化物セラミックス。
  7.  フィルム密着法による6時間経過後のウイルスの減少率が99.99%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載の複合酸化物セラミックス。
  8.  前記複合酸化物セラミックスが焼結体である、請求項1~7のいずれか一項に記載の複合酸化物セラミックス。
  9.  請求項1~8のいずれか一項に記載の複合酸化物セラミックスと、光触媒及び/又は抗菌作用のある材料と、が混合された、機能性材料。
  10.  前記抗菌作用のある材料が、La、Moを含む酸化物、及びLa、Ce、Moを含む酸化物の少なくとも一方を含む、請求項9に記載の機能性材料。
  11.  表面の少なくとも一部に、請求項1~10のいずれか一項に記載の複合酸化物セラミックス及び/又は機能性材料を有する、物品。
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