[go: up one dir, main page]

JP2007111855A - Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom - Google Patents

Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom Download PDF

Info

Publication number
JP2007111855A
JP2007111855A JP2006307241A JP2006307241A JP2007111855A JP 2007111855 A JP2007111855 A JP 2007111855A JP 2006307241 A JP2006307241 A JP 2006307241A JP 2006307241 A JP2006307241 A JP 2006307241A JP 2007111855 A JP2007111855 A JP 2007111855A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
core
nanoparticle
shell structure
shell
metal
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.)
Pending
Application number
JP2006307241A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsukasa Torimoto
司 鳥本
Fumiaki Otani
文章 大谷
Pal Bonamali
ボナマリ・パル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2006307241A priority Critical patent/JP2007111855A/en
Publication of JP2007111855A publication Critical patent/JP2007111855A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a conventional nanoparticle-meso porous composite has a difficulty in the control of a nanoparticle size to be produced, an extreme difficulty in void space control between meso porous and nanoparticle, and furthermore an extreme difficiulty in producing many nanoparticle having different compositions in the interior of mesomeso porous by controlling these sizes. <P>SOLUTION: The core-shell structure 1 employing a nanoparticle composite as a core comprises the core 6 composed of the nanoparticle composite made by directly joining the first nanoparticle 2 and the second nanoparticle 3 which differs from the first nanoparticle and a shell 7 having a diameter of several nanometers to ten several nanometer which covers the core 6 via void space. The first nanoparticle 2 is formed of a metal having a light of absorption edge that is photo-dissolved, metal oxide, a semiconductor, or a high polymer. The second nanoparticle 3 is formed of a metal which is precipitated from solution for solid deposit, metal oxide, the semiconductor, or the high polymer, and is joined the first nanoparticle 2. The void space controls the particle diameter of the first nanoparticle 2, so as to control a desired size. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、触媒、電子デバイス材料等に用いるナノ粒子複合体、それをコアとしたコア・シェル構造体、及びそれらを構成要素とする構造体並びにそれらとそれらから調製される構造体の調製方法に関する。   The present invention relates to a nanoparticle composite used as a catalyst, an electronic device material, etc., a core / shell structure using the composite, a structure using the same as a constituent element, and a method for preparing the structure prepared from them About.

多孔質材料は、触媒、吸着剤、界面活性剤等に広く利用されている。多孔質材料は、一定形状の細孔を有した物質であり、細孔の径が2nm以下の多孔質材料はミクロ多孔体と呼ばれ、細孔の径が2〜50nmの多孔質材料はメソ多孔体と呼ばれている。ミクロ多孔体は、例えば、ゼオライトが良く知られている。ゼオライトは、SiあるいはAl等の金属原子が酸素を介して結合した結晶体で一定形状の細孔を有しており、この細孔を利用して、例えば、重質油をガソリンに分解する接触分解触媒として、また、分岐アルカンは通さずに直鎖アルカンのみを通す分子ふるい吸着剤として利用されている。   Porous materials are widely used for catalysts, adsorbents, surfactants and the like. A porous material is a substance having pores of a fixed shape, a porous material having a pore diameter of 2 nm or less is called a microporous body, and a porous material having a pore diameter of 2 to 50 nm is a mesoporous material. It is called a porous body. As the microporous material, for example, zeolite is well known. Zeolite has crystal pores in which metal atoms such as Si or Al are bonded via oxygen, and has pores with a fixed shape. For example, contact for cracking heavy oil into gasoline using these pores. It is used as a decomposition catalyst and as a molecular sieve adsorbent that allows only linear alkanes to pass through without passing through branched alkanes.

さらに近年、より大きな空隙を有する多孔体、すなわち、メソ多孔体が、触媒機能の向上と、新しい機能実現のために提案され、シリカなどの金属酸化物からなるメソ多孔体の調製が盛んに研究されている。メソポーラスシリカに代表されるメソ多孔体は、これまで、界面活性剤のミセルや、無機あるいは有機ナノ粒子などの自己組織化有機分子集合体を鋳型として、このまわりに金属酸化物薄膜を形成させた後、鋳型を除去することにより調製されている。鋳型として用いる材料の大きさ、及び、その配列構造を制御することによってメソ多孔体の細孔構造を制御することができ、細孔がランダムに分散したメソ多孔体、細孔が規則的に配列したメソ多孔体、あるいは球状細孔が3次元規則配列したメソ多孔体など、数多く実現されている。
メソ多孔体は、原子レベルの規則性はないものの、メソスケールの空隙が規則的に配列したこれまでにみられない新しいタイプの結晶であり、今後、吸着・分離材(特定の分子を空隙に吸着し、分離する働きを持つ材料)や、触媒、界面活性剤などの工業材料として活用が期待される。また、空隙にさまざまな原子や分子の集合体を導入するなどして、新しいエレクトロニクスデバイス材料としての利用も可能にするなど、さまざまな分野での利用が大いに期待されている。
Furthermore, in recent years, porous bodies having larger voids, that is, mesoporous bodies, have been proposed to improve the catalytic function and realize new functions, and active research is being conducted on the preparation of mesoporous bodies made of metal oxides such as silica. Has been. So far, mesoporous materials represented by mesoporous silica have been used to form metal oxide thin films around them, using surfactant micelles and self-organized organic molecular assemblies such as inorganic or organic nanoparticles as templates. Later, it is prepared by removing the template. The pore structure of the mesoporous material can be controlled by controlling the size of the material used as the template and the arrangement structure thereof. The mesoporous material in which the pores are randomly dispersed and the pores are regularly arranged Many mesoporous materials have been realized, such as a mesoporous material having a three-dimensional regular arrangement of spherical pores.
A mesoporous material is a new type of crystal that has not been observed so far, although it does not have regularity at the atomic level, and mesoscale voids are regularly arranged. It is expected to be used as an industrial material such as a material having a function of adsorbing and separating), a catalyst, and a surfactant. In addition, it is highly expected to be used in various fields, such as introducing a collection of various atoms and molecules into voids to enable use as a new electronic device material.

メソ多孔体の内部ナノ空間に粒子を生成させる手法としては、これまでに、メソ多孔体に原料となる化合物を導入し反応させ、細孔内に金属あるいは半導体を生成させる方法が一般的に用いられる。しかしながら、この方法で作製したナノ粒子−メソ多孔体複合体では、内部の金属あるいは半導体ナノ粒子サイズが多孔体内部の細孔サイズによって決まる(例えば、非特許文献1、2参照)。   As a method for generating particles in the internal nanospace of the mesoporous material, a method of generating a metal or semiconductor in the pores by introducing a compound as a raw material into the mesoporous material and reacting it has been generally used so far. It is done. However, in the nanoparticle-mesoporous composite produced by this method, the internal metal or semiconductor nanoparticle size is determined by the pore size inside the porous body (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

一方、コア・シェル構造体のコア部分にナノ粒子をあらかじめ取り込ませておき、化学的溶解あるいは焼成によってコア部分のみを選択的に除去することにより、シェル内部にナノ粒子を取り込んだ中空粒子の作製が報告されている((例えば、非特許文献3〜7参照)。   On the other hand, nano particles are taken into the core part of the core / shell structure in advance, and only the core part is selectively removed by chemical dissolution or baking, thereby producing hollow particles incorporating the nanoparticles inside the shell. Has been reported (for example, see Non-Patent Documents 3 to 7).

最近、本発明者らにより、内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体が実現された(例えば、非特許文献8参照)。この内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造は、コア内部のCdSの光エッチングによりナノオーダーで精度よくエッチングすることで、コア内部の空隙を制御している。   Recently, the present inventors have realized a core-shell structure having a controlled void inside (see, for example, Non-Patent Document 8). The core-shell structure having a controlled void in the inside controls the void inside the core by accurately etching in nano order by photoetching of CdS inside the core.

A. Fukuoka 他8名 "Novel Templating Synthesis of Necklace- Shaped Mono- and Bimetallic manowires in Hybrid Organic-Inorganic Mesoporus Material", J. AM. CHEM. Soc., 2001, Vol.123, No.14, pp.3373-3374A. Fukuoka and 8 others "Novel Templating Synthesis of Necklace- Shaped Mono- and Bimetallic manowires in Hybrid Organic-Inorganic Mesoporus Material", J. AM. CHEM. Soc., 2001, Vol. 123, No. 14, pp. 3373 -3374 S. Besson 他4名 "3D Quantum Dot Lattice Inside Mesoporous Silica Films", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.4, pp.409-414S. Besson and 4 others "3D Quantum Dot Lattice Inside Mesoporous Silica Films", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.4, pp.409-414 Y. Yin 他3名 "Synthesis and Characterization of Mesoscopic Hollow Spheres of Ceramic Materials with Functionalized Interior Surfaces", Chem. Matter., 2001, Vol.13, No.4, pp.1146-1148Y. Yin and 3 others "Synthesis and Characterization of Mesoscopic Hollow Spheres of Ceramic Materials with Functionalized Interior Surfaces", Chem. Matter., 2001, Vol.13, No.4, pp.1146-1148 K. Kamata他2名 "Synthesis and Characterization of Monodispersed Core-Shell Spherical Colloids with Movable Cores", J. AM. CHEM. Soc., 2003, Vol.125, No.9, pp.2384-2385K. Kamata and two others "Synthesis and Characterization of Monodispersed Core-Shell Spherical Colloids with Movable Cores", J. AM. CHEM. Soc., 2003, Vol.125, No.9, pp.2384-2385 P. Mulvaney他3名 "Silica encapsulation of quantum dots and metal clusters", J. Mater. Chem., 2000, Vol.10, pp.1259-1270P. Mulvaney and 3 others "Silica encapsulation of quantum dots and metal clusters", J. Mater. Chem., 2000, Vol.10, pp.1259-1270 Y. Sun他2名 "Template-Enlarged Replacement Reaction: A One-Step Approach to the Large-Scale Synthesis of Metal Nanostructures with Hollow Interiors", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.5, pp.481-485Y. Sun and two others "Template-Enlarged Replacement Reaction: A One-Step Approach to the Large-Scale Synthesis of Metal Nanostructures with Hollow Interiors", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.5, pp.481- 485 M. Kim 他3名 "Synthesis of Nanorattles Composed of Gold Nanoparticles with Encapsulated in Mesoporous Carbon and Polymer Shells", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.12, pp.1383-1387M. Kim and 3 others "Synthesis of Nanorattles Composed of Gold Nanoparticles with Encapsulated in Mesoporous Carbon and Polymer Shells", Nano Lett., 2002, Vol.2, No.12, pp.1383-1387 T. Torimoto 他7名 "Preparation of Novel Silica-Cadmium Sulfide Composite Nanoparticles Having Adjustable Void Space by Size-Selective Photoetching", J. AM. CHEM. Soc., Vol.125, No.2, 2003, pp.316-317T. Torimoto and 7 others "Preparation of Novel Silica-Cadmium Sulfide Composite Nanoparticles Having Adjustable Void Space by Size-Selective Photoetching", J. AM. CHEM. Soc., Vol.125, No.2, 2003, pp.316- 317

従来のナノ粒子−メソ多孔体複合体では、生成するナノ粒子サイズの制御が困難であり、さらに、メソ多孔体とナノ粒子との間の空隙制御も極めて困難であるという課題がある。また、メソメソ多孔体内部に、異なる組成を有する複数のナノ粒子を、それらのサイズを制御して生成させることも極めて困難であるという課題がある。   In the conventional nanoparticle-mesoporous composite, there is a problem that it is difficult to control the size of the generated nanoparticle, and it is also extremely difficult to control the gap between the mesoporous material and the nanoparticle. In addition, there is a problem that it is extremely difficult to generate a plurality of nanoparticles having different compositions within the meso-meso porous body by controlling their sizes.

また、従来のコア・シェル構造体においては、中空粒子内部に空隙を作製することが可能であるが、ひとたび構造体ができあがると、取り込まれたナノ粒子サイズおよび中空粒子のシェルと粒子との間の空隙サイズの制御が困難であるという課題がある。   In addition, in the conventional core / shell structure, it is possible to create voids inside the hollow particles, but once the structure is completed, the size of the incorporated nanoparticles and the space between the shell and the particles of the hollow particles are reduced. There is a problem that it is difficult to control the size of the gap.

このように、従来のコア・シェル構造体は、シェル内部に一つのナノ粒子を含む構造であり、コア内部に複数の性質が異なるナノ粒子を含む構造は知られていない。   Thus, the conventional core-shell structure is a structure including one nanoparticle inside the shell, and a structure including a plurality of nanoparticles having different properties inside the core is not known.

本発明は上記課題に鑑み、性質の異なる複数のナノ粒子が直接接合したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体、及びそれを構成要素とする構造体並びにそれらとそれらから調製される構造体の調製方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention is prepared from a core / shell structure having a core of a nanoparticle composite in which a plurality of nanoparticles having different properties are directly bonded, and a structure having the core / shell structure as a core, and from these. It is an object to provide a method for preparing a structure.

本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体は、第1のナノ粒子とこの第1のナノ粒子とは異なる第2のナノ粒子とが直接接合したナノ粒子複合体からなるコアと、コアを空隙を介して覆う数ナノメーターから数十ナノメーターの径を有するシェルと、から成り、第1のナノ粒子は光溶解すると共に、光吸収端を有する金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成り、第2のナノ粒子は、固体析出用溶液から析出される金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成っていて上記第1のナノ粒子に接合されており、空隙が、第1のナノ粒子の粒径を制御することにより所望の大きさに制御されていることを特徴とする。
シェルは、好ましくは、光溶解しない物質からなっている。好ましくは、第1のナノ粒子は金属カルコゲナイド半導体微粒子、第2のナノ粒子は金属、シェルは珪素・酸素結合を骨格に持つ膜である。また、金属カルコゲナイド半導体微粒子は好ましくは、CdS(硫化カドミウム)であり、珪素・酸素結合を骨格に持つ膜がSiOx (シリコン酸化物,0<x)である。
このナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体は、異なる性質の2つ以上のナノ粒子からなる、例えば、半導体−金属接合を有するナノ粒子複合体をコアとして実現できるので、光センサなどの機能素子として有用であるばかりでなく、触媒反応を行うための触媒材料として有望である。
The core-shell structure having the nanoparticle composite of the present invention as a core is a core composed of a nanoparticle composite in which a first nanoparticle and a second nanoparticle different from the first nanoparticle are directly bonded. And a shell having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers covering the core via a gap, and the first nanoparticle is photodissolved and has a light absorption edge, a metal, a metal oxide, and a semiconductor Alternatively, the second nanoparticle is made of a polymer solid and is made of a metal, metal oxide, semiconductor, or polymer solid deposited from the solid precipitation solution and bonded to the first nanoparticle. The voids are controlled to a desired size by controlling the particle size of the first nanoparticles.
The shell is preferably made of a material that is not photodissolved. Preferably, the first nanoparticle is a metal chalcogenide semiconductor fine particle, the second nanoparticle is a metal, and the shell is a film having a silicon-oxygen bond as a skeleton. The metal chalcogenide semiconductor fine particles are preferably CdS (cadmium sulfide), and the film having a silicon-oxygen bond as a skeleton is SiO x (silicon oxide, 0 <x).
The core / shell structure having the nanoparticle composite as a core is composed of two or more nanoparticles having different properties, for example, a nanoparticle composite having a semiconductor-metal junction can be realized as a core. It is promising as a catalyst material for conducting a catalytic reaction.

さらに、本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体は、上記のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素としたものである。この構造体は、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素としているので、コア・シェル構造体の効果に加え、構造体の形状に基づいて、さらに広範な、光センサ、触媒反応・材料合成、特定の物質の吸着が可能になる。   Further, a structure having a core / shell structure having the nanoparticle composite of the present invention as a core as a constituent element is a core / shell structure having the nanoparticle composite as a core as a constituent element. . Since this structure has a core / shell structure with a nanoparticle composite as a core, in addition to the effects of the core / shell structure, a wider range of optical sensors, Catalytic reactions, material synthesis, and adsorption of specific substances are possible.

また、本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法は、光溶解すると共に、光吸収端を有する金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成る第1のナノ粒子を粒径を制御して形成し、第1のナノ粒子表面と結合する元素と光溶解しない酸化物の成分元素を含む基とを有する化学物質で上記第1のナノ粒子表面を化学修飾することでこの表面に基を導入し、この基を加水分解して上記酸化物からなる被膜を形成し、第1のナノ粒子をコア、被膜をシェルとするコア・シェル構造体を形成し、このコア・シェル構造体に光溶解液中で波長を制御して光照射して第1のナノ粒子の粒径を制御するエッチングを行なうことでコア・シェル構造体内部に制御された空隙を形成し、第2のナノ粒子の構成元素を含む固体析出用溶液中で内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体のシェル内に金属、金属酸化物、半導体または高分子からなる第2のナノ粒子を析出させて粒径の制御された第1のナノ粒子と直接接合させることにより、光溶解する第1のナノ粒子と第2のナノ粒子とを直接接合したナノ粒子複合体で成るコアと、コアを空隙を介して覆う数ナノメーターから数十ナノメーターの径のシェルと、第1のナノ粒子の粒径制御により所望の大きさに制御された空隙と、を有するコア・シェル構造体を得ることを特徴とする。
この方法によれば、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体において、コアを形成する各ナノ粒子サイズを精度よく調製できる。
In addition, a method for preparing a core-shell structure using the nanoparticle composite of the present invention as a core is a first method comprising a metal, a metal oxide, a semiconductor, or a polymer solid having a light absorption edge while being photodissolved. A nanoparticle is formed with a controlled particle size, and the surface of the first nanoparticle is chemically modified with a chemical substance having an element bonded to the surface of the first nanoparticle and a group containing a component element of an oxide that does not dissolve in light. Then, a group is introduced into the surface, the group is hydrolyzed to form a film made of the above oxide, and a core-shell structure having the first nanoparticle as a core and the film as a shell is formed, A controlled void is formed inside the core-shell structure by etching the core-shell structure by controlling the wavelength in the photodissolving solution and irradiating light to control the particle size of the first nanoparticles. And solid precipitation containing the constituent elements of the second nanoparticle First nanoparticles having a controlled particle size are deposited by depositing second nanoparticles made of metal, metal oxide, semiconductor or polymer in the shell of the core-shell structure having a controlled void in the solution. By directly joining the nanoparticles, a core composed of a nanoparticle composite in which the first nanoparticles and the second nanoparticles that are photo-dissolved are joined directly, and a few nanometers to several tens of nanometers covering the core via a gap. A core-shell structure having a shell with a nanometer diameter and a void controlled to a desired size by controlling the particle size of the first nanoparticles is obtained.
According to this method, the size of each nanoparticle forming the core can be accurately adjusted in the core-shell structure having the nanoparticle composite as a core.

上記構成において、固体析出用溶液により内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体のシェル中に、第2の固体ナノ粒子を光照射して析出させることを特徴とする。この固体析出用溶液は金属析出用溶液であり、金属または金属酸化物を析出させる。また、金属析出用溶液は、第2の固体ナノ粒子を構成する金属元素を含み、電子または正孔の捕捉剤を含む混合溶液である。
この方法によれば、内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体のシェル中に第2の固体ナノ粒子を光照射してそのサイズを精度よく制御しながら析出させた、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体が調製できる。
In the above-described configuration, the second solid nanoparticles are deposited by light irradiation in the shell of the core-shell structure having voids controlled inside by the solid precipitation solution. This solid deposition solution is a metal deposition solution, which deposits metal or metal oxide. The metal deposition solution is a mixed solution containing a metal element constituting the second solid nanoparticles and containing an electron or hole scavenger.
According to this method, a nanoparticle composite in which a second solid nanoparticle is irradiated with light in a shell of a core / shell structure having a controlled void inside and deposited while controlling its size with high precision. A core-shell structure having a core as a core can be prepared.

また、加水分解した後に、親水基または疎水基を有する化学物質を添加してさらに化学修飾することにより、水に可溶または有機溶媒に可溶に形成することが好ましい。この方法によれば、水に可溶または有機溶媒に可溶な、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体が調製できる。   Moreover, it is preferable to form it soluble in water or soluble in an organic solvent by adding a chemical substance having a hydrophilic group or a hydrophobic group and further chemically modifying it after hydrolysis. According to this method, a core-shell structure having a nanoparticle composite as a core, which is soluble in water or in an organic solvent, can be prepared.

上記構成において好ましくは、光溶解する固体からなる第1のナノ粒子はCdS(硫化カドミウム)、粒子表面と結合する元素はS(イオウ)元素、光溶解しない酸化物の成分元素はSi(シリコン)、基はSiを含む(CH3 O)3 Si(トリメトキシシリル)基、化学物質は(CH3 O)3 Si(CH2 3 SH(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)、加水分解して形成する被膜はSiOx (シリコン酸化物,0<x)、第2の固体ナノ粒子は金属,金属酸化物,半導体,または高分子からなる。この方法によれば、制御された粒径のCdSナノ粒子からなるコアと、コアを制御された空隙を介して覆うSiOx 膜からなるシェルと、空隙に析出した金属または金属酸化物ナノ粒子によって形成されるコア・シェル構造体が調製できる。シェル厚は十分に薄く、溶質、溶媒が透過できる。 In the above configuration, preferably, the first nanoparticle made of a light-dissolving solid is CdS (cadmium sulfide), the element bonded to the particle surface is an S (sulfur) element, and the component element of the oxide that is not light-dissolving is Si (silicon). , The group is Si (CH 3 O) 3 Si (trimethoxysilyl) group, the chemical is (CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH (3-mercaptopropyltrimethoxysilane), hydrolyzed The film to be formed is made of SiO x (silicon oxide, 0 <x), and the second solid nanoparticles are made of metal, metal oxide, semiconductor, or polymer. According to this method, a core made of CdS nanoparticles having a controlled particle size, a shell made of a SiO x film covering the core via the controlled voids, and metal or metal oxide nanoparticles deposited in the voids The core / shell structure to be formed can be prepared. The shell is thin enough to allow permeation of solutes and solvents.

また、上記構成において好ましくは、光溶解する固体からなる第1のナノ粒子はCdS、粒子表面と結合する元素はS元素、光溶解しない酸化物の成分元素はSi、前記基はSiを含む(CH3 O)3 Si基、前記化学物質は(CH3 O)3 Si(CH2 3 SH、親水基を有する化学物質は、カルボシキル基,4級アンモニウム基,アミノ基,スルホン酸基,ヒドロキシル基等を有するアルキルシラン、疎水基を有する化学物質はn−オクタデシルトリメトキシシラン、第2の固体ナノ粒子は金属,金属酸化物,半導体,または高分子からなる。この方法によれば、制御された粒径のCdSナノ粒子と金属,金属酸化物,半導体,または高分子からなる粒径の制御された第2の固体ナノ粒子からなるナノ粒子複合体のコアと、コアを覆うSiOx 膜からなるシェルが形成される。シェルには所望の官能基が形成されており、所望の溶媒に溶かすことができる。 Preferably, in the above configuration, the first nanoparticle made of a light-dissolving solid contains CdS, the element bonded to the particle surface contains an S element, the constituent element of an oxide that does not dissolve light contains Si, and the group contains Si ( CH 3 O) 3 Si group, the chemical substance is (CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH, and the chemical substance having a hydrophilic group is a carboxyl group, quaternary ammonium group, amino group, sulfonic acid group, hydroxyl group The alkyl silane having a group or the like, the chemical substance having a hydrophobic group is n-octadecyltrimethoxysilane, and the second solid nanoparticle is made of a metal, a metal oxide, a semiconductor, or a polymer. According to this method, a core of a nanoparticle composite composed of a CdS nanoparticle having a controlled particle size and a second solid nanoparticle having a controlled particle size made of a metal, a metal oxide, a semiconductor, or a polymer, A shell made of a SiO x film covering the core is formed. A desired functional group is formed on the shell and can be dissolved in a desired solvent.

前記第1のナノ粒子は、所望の粒径に対応する吸収端波長の光で光溶解することにより所望の粒径とすることが好ましい。第2のナノ粒子析出のための空隙は、波長を制御した光照射によりコア・シェル構造体内部に予め形成された空隙を用いる。この方法によれば、コア・シェル構造体におけるコアである光溶解するナノ粒子が光を吸収して光溶解し、粒径が小さくなる。光溶解するナノ粒子粒径が小さくなると、量子サイズ効果により、光溶解するナノ粒子コアの吸収端波長がより短波長側に移動し、照射光の波長より光溶解するナノ粒子コアの吸収端波長が短くなるとコアは光溶解しなくなる。このようにして、照射光の波長を選択することにより、光溶解するナノ粒子のサイズを所望の大きさにできる。その結果、第2のナノ粒子析出のための空隙も所望のサイズにできる。これにより、空隙サイズを所望の大きさに制御できるので、各ナノ粒子のサイズを自在に制御したナノ粒子複合体をコアとするコア・シェル構造体を精度よく調製することができる。   It is preferable that the first nanoparticles have a desired particle size by photodissolving with light having an absorption edge wavelength corresponding to the desired particle size. As the void for the second nanoparticle precipitation, a void formed in advance in the core / shell structure by light irradiation with controlled wavelength is used. According to this method, the light-dissolving nanoparticles that are the core in the core-shell structure absorb light and are light-dissolved, thereby reducing the particle size. When the particle size of the light-dissolving nanoparticle becomes smaller, the absorption edge wavelength of the nanoparticle core that dissolves from the wavelength of the irradiation light shifts to the shorter wavelength side due to the quantum size effect, and the absorption edge wavelength of the nanoparticle core that dissolves from the wavelength of the irradiated light. When becomes short, the core is not photodissolved. In this way, by selecting the wavelength of the irradiation light, the size of the nanoparticles to be photodissolved can be set to a desired size. As a result, the voids for the second nanoparticle deposition can also be set to a desired size. Thereby, since the void size can be controlled to a desired size, a core-shell structure having a nanoparticle composite in which the size of each nanoparticle is freely controlled as a core can be accurately prepared.

さらに、本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体の調製方法は、上記のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を溶媒に分散し、この溶媒を徐々に蒸発させて自己組織化させることにより形成することができる。
上記のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を気・液界面に展開し、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体からなる2次元膜を圧縮して組織化するようにしてもよい。また、上記のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を、DNAをテンプレートとして配列することもできる。上記の方法によれば、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体を調製することができる。
Furthermore, a method for preparing a structure having a core / shell structure having the nanoparticle composite of the present invention as a core as a constituent element is a core having a plurality of nanoparticle composites prepared by any of the above methods as a core. -It can be formed by dispersing the shell structure in a solvent and evaporating the solvent gradually to self-assemble.
A two-dimensional structure comprising a core / shell structure having a core of a plurality of nanoparticle composites prepared by any one of the above methods and being developed at the gas-liquid interface. The membrane may be compressed and organized. In addition, a core-shell structure having a plurality of nanoparticle composites prepared by any of the above methods as a core can be arranged using DNA as a template. According to said method, the structure which uses the core-shell structure which made the nanoparticle composite core the component can be prepared.

また、本発明のナノ粒子複合体の調製方法は、上記のいずれかの方法で調製したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体のシェルを除去する工程により、第1のナノ粒子と第2のナノ粒子からなるナノ粒子複合体を得ることを特徴とする。この方法によれば、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体、及びそれを構成要素とする構造体の調製方法により得られたナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体などから、さらに、ナノ粒子複合体を精度よく調製することができる。   Moreover, the method for preparing the nanoparticle composite of the present invention includes the step of removing the shell of the core-shell structure using the nanoparticle composite prepared by any one of the above methods as a core, A nanoparticle composite composed of second nanoparticles is obtained. According to this method, a core / shell structure using a nanoparticle composite as a core, and a core / shell structure using a nanoparticle composite as a core obtained by a method for preparing a structure including the core / shell structure, etc. In addition, the nanoparticle composite can be prepared with high accuracy.

本発明によれば、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体、及びそれを構成要素とする構造体を提供することができる。また、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体、及びそれを構成要素とする構造体の調製方法を提供することができる。さらに、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体、及びそれを構成要素とする構造体の調製方法を用いることで、ナノ粒子複合体及びナノ粒子をコアとするコア・シェル構造体を精度よく調製できる調製方法を提供することができる。
したがって、本発明によれば、従来技術では調製できなかった新規なナノ粒子複合体による光センサなどのナノデバイスに必要なナノ物質や、従来の触媒に比べて極めて高効率な触媒の調製を容易に行うことができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the core-shell structure which used the nanoparticle composite_body | complex as a core, and the structure which uses it as a component can be provided. In addition, it is possible to provide a core / shell structure having a nanoparticle composite as a core and a method for preparing a structure having the core / shell structure as a constituent element. Furthermore, by using a core / shell structure having a nanoparticle composite as a core and a method for preparing a structure having the core / shell structure as a constituent element, a nanoparticle composite and a core / shell structure having a nanoparticle as a core are obtained. A preparation method that can be accurately prepared can be provided.
Therefore, according to the present invention, it is easy to prepare nanomaterials necessary for nanodevices such as optical sensors based on novel nanoparticle composites that could not be prepared by the prior art, and catalysts that are extremely efficient compared to conventional catalysts. Can be done.

以下、本発明に係る第1の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の構成を図面を参照して説明する。
本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体は、性質の異なる複数のナノ粒子が直接接合して形成されるナノ粒子複合体をコアとして、このコアを覆うシェルとからなる。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の構成を示す模式断面図である。図1は、2種類の異なるナノ微粒子からなるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を示している。図に示すように、本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1は、コア6とこのコア6を覆うシェル7とからなっており、コア6は、第1のナノ粒子2とこの第1のナノ粒子2とは異なる第2のナノ粒子3とから構成されるナノ粒子複合体である。
Hereinafter, the configuration of the core-shell structure having the nanoparticle composite according to the first embodiment of the present invention as a core will be described with reference to the drawings.
The core / shell structure having the nanoparticle composite of the present invention as a core is composed of a nanoparticle composite formed by directly joining a plurality of nanoparticles having different properties, and a shell covering the core.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a core-shell structure having a nanoparticle composite according to a first embodiment of the present invention as a core. FIG. 1 shows a core / shell structure having a nanoparticle composite composed of two different types of nanoparticle as a core. As shown in the figure, the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite of the present invention as a core includes a core 6 and a shell 7 covering the core 6, and the core 6 includes the first nanoparticles. 2 and a second nanoparticle 3 different from the first nanoparticle 2 is a nanoparticle composite.

第1のナノ粒子2は、光吸収端を有する固体であれば何でも良いが、金属カルコゲナイド半導体、例えば、CdS(硫化カドミウム)であってよい。コア径は数十ナノメーターから1ナノメーター程度の所望の値に制御される。
第2の光溶解しないナノ粒子3は、第1のナノ粒子とは別組成の固体であれば何でも良いが、例えば、金属、金属酸化物、半導体、高分子などが好ましい。このコア径は数十ナノメーターから1ナノメーター程度の所望の値に制御される。図示しないが、シェル7は多数のマイクロ孔(数オングストローム程度の径を有する孔)を有している。ここで、シェル7は、光溶解しない物質であれば何でも良く、例えばSiOx (シリカ、0<x)であってよい。シェル7の径は、用途に応じて数十ナノメーターから数ナノメーター程度の所望の値に制御される。
The first nanoparticle 2 may be any solid as long as it has a light absorption edge, but may be a metal chalcogenide semiconductor, for example, CdS (cadmium sulfide). The core diameter is controlled to a desired value of about several tens of nanometers to about 1 nanometer.
The second non-light-dissolving nanoparticles 3 may be anything as long as they are solids having a composition different from that of the first nanoparticles. For example, metals, metal oxides, semiconductors, polymers, and the like are preferable. The core diameter is controlled to a desired value of about several tens of nanometers to about 1 nanometer. Although not shown, the shell 7 has a large number of micropores (holes having a diameter of several angstroms). Here, the shell 7 may be anything as long as it does not dissolve in light, and may be, for example, SiO x (silica, 0 <x). The diameter of the shell 7 is controlled to a desired value of about several tens of nanometers to several nanometers depending on the application.

本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1は、例えば、次に示す用途に使用することができる。ナノ粒子複合体6の第1のナノ粒子2が、例えば、光溶解する半導体であり、第2のナノ粒子3が金属の場合には、接合部4は半導体−金属接合(ショットキー接合またはショットキーバリアとも呼ばれる)となり、ダイオード構造が得られる。また、このダイオード構造を光センサなどの機能素子としても利用できる。
また、ナノ粒子複合体6の第1のナノ粒子2が半導体であり、第2のナノ粒子3が第1の半導体と禁制帯幅の異なる半導体である場合には、接合部4はヘテロ接合のダイオード構造となり得るので、同様に、光センサなどの機能素子として利用できる。
また、上記ナノ粒子複合体6は比較的大きな比表面積を有し、表面上の吸着化学種によって光吸収や発光などの光化学特性が大きく変化するので、極微量濃度の化学物質を検出するための化学センサとしても利用できる。
また、ナノ粒子複合体6をコアとしたコア・シェル構造体1の光溶解しないナノ粒子3を最も触媒活性が高い形状の触媒金属微粒子とした場合には、シェル7に存在するマイクロ孔を介して特定の構造を有する特定の物質を選択的に吸着させることができ、汚染ガスなどを処理するための触媒として使用することができる。
The core-shell structure 1 having the nanoparticle composite of the present invention as a core can be used, for example, for the following applications. When the first nanoparticle 2 of the nanoparticle composite 6 is, for example, a semiconductor that is photodissolved, and the second nanoparticle 3 is a metal, the junction 4 is a semiconductor-metal junction (Schottky junction or shot). This is also called a key barrier), and a diode structure is obtained. The diode structure can also be used as a functional element such as an optical sensor.
In addition, when the first nanoparticle 2 of the nanoparticle composite 6 is a semiconductor and the second nanoparticle 3 is a semiconductor having a forbidden band width different from that of the first semiconductor, the junction 4 is a heterojunction. Since it can be a diode structure, it can be similarly used as a functional element such as an optical sensor.
In addition, the nanoparticle composite 6 has a relatively large specific surface area, and photochemical characteristics such as light absorption and luminescence change greatly depending on the adsorbed chemical species on the surface. It can also be used as a chemical sensor.
Further, when the nanoparticle 3 that is not photo-dissolved in the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite 6 as a core is formed as the catalyst metal fine particle having the highest catalytic activity, the micropores existing in the shell 7 are interposed. Thus, a specific substance having a specific structure can be selectively adsorbed and used as a catalyst for treating a polluted gas.

次に、本発明に係る第2の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体を説明する。
図2は、本発明の第2の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体10の構成を示す模式断面図である。図示するように、図2は図1に示したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を多数配列して、これらを構成要素とした構造体10を示している。この構造体10は、図1に示したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を規則的に配列した構造体である。図においては、最密に積層した構造体を示しているが、これに限らず、種々の形状の構造体が可能である。
構造体10によれば、例えば、複雑な反応過程からなる特異な光触媒反応において、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1に選択的に吸着された反応基質が、構造体10の形状に基づいて規則的に配列されるので、光触媒反応に最適な反応場を構築することができる。
Next, a structure including the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite according to the second embodiment of the present invention as a core will be described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a structure 10 having a core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core according to the second embodiment of the present invention as a constituent element. As shown in FIG. 2, FIG. 2 shows a structure 10 in which a large number of core / shell structures 1 having the nanoparticle composite shown in FIG. This structure 10 is a structure in which the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite shown in FIG. 1 as a core is regularly arranged. In the figure, the densely stacked structure is shown, but the present invention is not limited to this, and various shapes of structures are possible.
According to the structure 10, for example, in a specific photocatalytic reaction including a complicated reaction process, a reaction substrate selectively adsorbed on the core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core is Since it is regularly arranged based on the shape, a reaction field optimal for the photocatalytic reaction can be constructed.

次に、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の第3の実施の形態による調製方法を説明する。なお、説明の途中で図4及び図5を参照する。
図3は、本発明に係る第3の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の調製方法のプロセスを示す図である。初めに、図3(a)に示すように、所望の粒径を有する光溶解する微粒子2を用意する。微粒子2は、例えば、液相沈殿法、あるいはCVD(化学気相成長)法で生成しても良く、あるいは他の手段で生成したものを用いても良い。次に、図3(b)に示すように、微粒子2の表面を光溶解しない物質からなるシェル7で被覆する。
Next, a preparation method according to the third embodiment of the core-shell structure 1 using the nanoparticle composite as a core will be described. Note that FIG. 4 and FIG. 5 are referred to during the description.
FIG. 3 is a diagram showing a process of a method for preparing a core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core according to the third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, photodissolved fine particles 2 having a desired particle diameter are prepared. The fine particles 2 may be generated by, for example, a liquid phase precipitation method or a CVD (chemical vapor deposition) method, or may be generated by other means. Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the fine particles 2 is covered with a shell 7 made of a substance that does not dissolve light.

例えば、微粒子2が金属カルコゲナイド半導体の場合には以下に示す方法が可能である。硫化カドミウム(CdS)の場合を例にとって説明する。
図4はCdS微粒子からなるコアにSiOx からなるシェルを被覆する工程を模式的に示す図である。図4(a)に示すように、チオール化合物の一つである3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン((CH3 O)3 Si(CH2 3 SH)を用いてCdS微粒子2の表面を化学修飾することにより、トリメトキシシリル基(Si(OMe)3 )をCdS微粒子2の表面に導入する(Si(OMe)3 −/CdS)。3−メルカプトプロピルトリメトキシシランは、チオール化合物であるので、チオール化合物のSを介してCdSに結合することができる。つづいて、トリメトキシシリル基(Si(OMe)3 )を加水分解することにより、CdS微粒子2をコア(核)とし、シリカ(SiOx )単分子層をシェル(殻)7としたコア・シェル構造体が形成される(SiOx −/CdS)。表面に導入されたトリメトキシシリル基は、Siを構成元素として含むので加水分解によってSiOx 膜ができる。このSiOx 膜は光溶解しない。
For example, when the fine particles 2 are a metal chalcogenide semiconductor, the following method is possible. A case of cadmium sulfide (CdS) will be described as an example.
FIG. 4 is a view schematically showing a process of coating a core made of CdS fine particles with a shell made of SiO x . As shown in FIG. 4A, the surface of the CdS fine particles 2 is chemically modified using 3-mercaptopropyltrimethoxysilane ((CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH), which is one of thiol compounds. Thus, a trimethoxysilyl group (Si (OMe) 3 ) is introduced into the surface of the CdS fine particles 2 (Si (OMe) 3 − / CdS). Since 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is a thiol compound, it can bind to CdS via S of the thiol compound. Subsequently, by hydrolyzing the trimethoxysilyl group (Si (OMe) 3 ), the core / shell having the CdS fine particles 2 as the core (core) and the silica (SiO x ) monolayer as the shell (shell) 7 is used. A structure is formed (SiO x − / CdS). Since the trimethoxysilyl group introduced on the surface contains Si as a constituent element, a SiO x film can be formed by hydrolysis. This SiO x film is not photo-dissolved.

また、水に可溶または有機溶媒に可溶なナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体は、以下の方法で形成する。
図5は、CdSコアとSiOx シェルからなるコア・シェル構造体を水に可溶または有機溶媒に可溶に形成する工程を模式的に示す図である。図5(a)及び図5(b)に示すように、図4と同様な方法でCdS微粒子2の表面を化学修飾した後、図5(c)に示すように加水分解した後に、アルキルトリメトキシシラン(X−R−Si(OMe)3 )等の様々な官能基(X)を持ったアルキル基を有するアルキルシラン化合物を添加して、さらに表面を化学修飾すれば、CdS微粒子2の表面のシリカ単分子層をさらに化学修飾することができる(X−R−(SiOx )−/CdS)。ここで、アルキル基の有する官能基(X)の種類によって、CdS微粒子2の表面特性を制御することができる。例えば、アルキルシラン化合物にn−オクタデシルトリメトキシシランを用いれば、トルエン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、四塩化炭素等に均一に溶解するコア・シェル構造体が得られる。また、官能基Xが、カルボキシル基、4級アンモニウム基、アミノ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基等を持つアルキルシランを用いれば、水に可溶なコア・シェル構造体が得られる。
In addition, a core / shell structure having a nanoparticle composite soluble in water or soluble in an organic solvent as a core is formed by the following method.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a process of forming a core / shell structure composed of a CdS core and a SiO x shell so as to be soluble in water or soluble in an organic solvent. As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the surface of the CdS fine particles 2 is chemically modified by the same method as in FIG. 4, and then hydrolyzed as shown in FIG. 5 (c). If the surface is chemically modified by adding an alkylsilane compound having an alkyl group having various functional groups (X) such as methoxysilane (X—R—Si (OMe) 3 ), the surface of the CdS fine particles 2 The silica monolayer can be further chemically modified (X—R— (SiO x ) — / CdS). Here, the surface characteristics of the CdS fine particles 2 can be controlled by the type of the functional group (X) of the alkyl group. For example, when n-octadecyltrimethoxysilane is used as the alkylsilane compound, a core / shell structure that can be uniformly dissolved in toluene, dimethylformamide, chloroform, carbon tetrachloride or the like can be obtained. If an alkylsilane having a functional group X having a carboxyl group, a quaternary ammonium group, an amino group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group or the like is used, a water-soluble core / shell structure can be obtained.

次に、図3(c)に示すように、光溶解液20中で微粒子2に特定の波長の光である光溶解用照射光21を照射して、コア・シェル構造体の空隙8を制御して形成する。ここで、微粒子2の吸収端波長の光21を照射すると、微粒子2は光21を吸収して光溶解反応により、微粒子2の表面が光溶解液に溶解して徐々に径が小さくなる。例えば、CdS微粒子2を用いると、その粒径が約10nm以下になると量子サイズ効果が顕著となり、微粒子2の粒径が小さくなるにつれて吸収端波長が短波長側に移動し、吸収端波長が光溶解用照射光21の波長より短くなると、光溶解反応が停止し、微粒子2の粒径は一定値に止まる。
このように、光溶解用照射光21の波長を選択することによって、微粒子2の粒径を制御する。従って、所望の空隙8に応じた微粒子2の粒径を求め、その粒径に応じた波長の光21を照射することによって、内部に制御された空隙8を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3 (c), the light-dissolving irradiation light 21, which is light of a specific wavelength, is irradiated onto the fine particles 2 in the light-dissolving solution 20 to control the voids 8 of the core / shell structure. To form. Here, when the light 21 having the absorption edge wavelength of the fine particle 2 is irradiated, the fine particle 2 absorbs the light 21, and the surface of the fine particle 2 is dissolved in the photodissolving solution by the light dissolution reaction, and the diameter gradually decreases. For example, when the CdS fine particles 2 are used, the quantum size effect becomes significant when the particle size is about 10 nm or less. As the particle size of the fine particles 2 becomes smaller, the absorption edge wavelength shifts to the short wavelength side, and the absorption edge wavelength becomes light. When shorter than the wavelength of the irradiation light 21 for dissolution, the photodissolution reaction stops, and the particle diameter of the fine particles 2 stops at a constant value.
Thus, the particle diameter of the fine particles 2 is controlled by selecting the wavelength of the irradiation light 21 for photodissolution. Therefore, by determining the particle diameter of the fine particles 2 corresponding to the desired void 8 and irradiating the light 21 having a wavelength corresponding to the particle diameter, the internally controlled void 8 can be formed.

なお、本発明に用いる空隙の制御方法は、本発明者らによって既に提案されたサイズ選択光エッチング法(文献:J.Electrochem.Soc.,145,1964−1968(1998)、Chem.Lett.,379−380(1999)、J.Phys.Chem.B,215,6838−6845(2001)参照)を利用している。
このサイズ選択光エッチング法は、半導体ナノ粒子が量子サイズ効果により粒径減少に伴ってエネルギーギャップが増大すること、および金属カルコゲナイド半導体が溶存酸素下の光照射により酸化溶解することを利用しており、広い粒径分布を有する半導体ナノ粒子に、その吸収端の波長よりも短い波長の単色光を照射することで、粒径の大きな半導体ナノ粒子のみを選択的に光励起し溶解させ、より小さな半導体ナノ粒子へと粒径をそろえる方法である。
In addition, the control method of the space | gap used for this invention is the size selective light etching method (Document: J. Electrochem. Soc., 145, 1964-1968 (1998), Chem. Lett., Which was already proposed by the present inventors. 379-380 (1999), J. Phys. Chem. B, 215, 6838-6845 (2001)).
This size-selective photoetching method utilizes the fact that semiconductor nanoparticles have an energy gap that increases as the particle size decreases due to the quantum size effect, and that metal chalcogenide semiconductors are oxidized and dissolved by light irradiation under dissolved oxygen. By irradiating semiconductor nanoparticles having a wide particle size distribution with monochromatic light having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength, only the semiconductor nanoparticles having a large particle size are selectively photoexcited and dissolved, resulting in a smaller semiconductor. This is a method of aligning the particle size into nanoparticles.

次に、図3(d)に示すように、固体析出用溶液23中で上記図3(c)の工程で形成された制御された空隙8に、第1のナノ粒子とは組成の異なる別の固体を析出させることでナノ粒子複合体を制御性よく調製することができる。
本発明の特徴は、上記図3(c)の工程で形成された制御された空隙8に、第1のナノ粒子とは組成の異なる別の固体を析出させることで、コアとなるナノ粒子複合体6を形成することにある。
Next, as shown in FIG. 3 (d), the controlled voids 8 formed in the solid precipitation solution 23 in the step of FIG. 3 (c) are separated from the first nanoparticles by a different composition. By depositing the solid, a nanoparticle composite can be prepared with good controllability.
The feature of the present invention is that the nanoparticle composite that becomes the core is formed by depositing another solid having a composition different from that of the first nanoparticle in the controlled void 8 formed in the step of FIG. In forming the body 6.

第2のナノ粒子として、光溶解しない固体である金属または金属酸化物の析出方法を説明する。
固体析出用溶液23としての金属析出用溶液は、金属元素を含む溶液を用いることができる。例えば、金属を含む錯体溶液が使用できる。既に形成している光溶解するナノ粒子が半導体のCdSなどの場合には、この金属析出用溶液に、さらに、光照射をすることにより、半導体の励起によって生じる電子と正孔の還元及び酸化を利用した光触媒反応を制御して、金属または金属酸化物の析出ができる。金属を析出させる際には、半導体中に光生成する正孔による酸化作用を抑圧するために、金属析出用溶液へアルコールやトリエタールアミンなどの正孔捕捉剤を添加することが好ましい。このようにすれば、金属析出用溶液23中へ、特定の波長の光24を照射して、空隙8部分に金属微粒子3を析出させることで、光エッチングにより粒径を制御されたナノ粒子2と、金属ナノ粒子3からなるナノ粒子複合体6をコアとしたコア・シェル構造体1を得ることができる。これにより、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を調製することができる。
As a second nanoparticle, a method of depositing a metal or metal oxide that is a solid that does not dissolve light will be described.
As the metal precipitation solution as the solid precipitation solution 23, a solution containing a metal element can be used. For example, a complex solution containing a metal can be used. When the photodissolved nanoparticles already formed are semiconductor CdS or the like, the metal deposition solution is further irradiated with light to reduce and oxidize electrons and holes generated by excitation of the semiconductor. The photocatalytic reaction used can be controlled to deposit metal or metal oxide. When depositing a metal, it is preferable to add a hole scavenger such as alcohol or trietalamine to the metal deposition solution in order to suppress the oxidative action caused by the photogenerated holes in the semiconductor. In this way, the nanoparticle 2 whose particle size is controlled by photoetching by irradiating the metal precipitation solution 23 with light 24 of a specific wavelength and precipitating the metal fine particles 3 in the void 8 portion. Then, the core / shell structure 1 having the nanoparticle composite 6 composed of the metal nanoparticles 3 as a core can be obtained. Thereby, the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core can be prepared.

次に、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の第3の実施の形態による調製方法を用い、さらに、別の構造体として、第2のナノ粒子のみをコアとするコア・シェル構造体及びナノ粒子複合体の調製方法について説明する。
先ず、第2のナノ粒子3のみをコアとするコア・シェル構造体の調製方法を説明する。 第3の実施形態で説明したように、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1は、光溶解するナノ粒子2の光溶解を制御することでコア6内部の空隙8を制御し、その空隙8にナノ粒子2とは性質の異なるナノ粒子3を析出させることでナノ粒子3の大きさをも制御して調整することができる。これを利用すれば、第2のナノ粒子3だけをコアとするコア・シェル構造を容易に調製することができる。
Next, using the preparation method according to the third embodiment of the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core, and as another structure, the core / shell structure 1 having only the second nanoparticle as the core A method for preparing the shell structure and the nanoparticle composite will be described.
First, a method for preparing a core / shell structure having only the second nanoparticles 3 as a core will be described. As described in the third embodiment, the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core controls the void 8 inside the core 6 by controlling the photodissolution of the nanoparticle 2 that is photodissolved. The size of the nanoparticles 3 can also be controlled and adjusted by depositing nanoparticles 3 having different properties from the nanoparticles 2 in the voids 8. If this is utilized, the core-shell structure which makes only the 2nd nanoparticle 3 a core can be prepared easily.

図6は、本発明の第2のナノ粒子3をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法のプロセスを示す図である。図6(a)〜図6(d)に示すように、第3の実施形態と同様な方法でナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を調製した後、図6(e)に示すように、第2のナノ粒子3がエッチングされないようにして、光溶解するナノ粒子2をエッチングする液26を使用して除去すれば、ナノ粒子3をコアとしたコア・シェル構造体15が得られる。この光溶解するナノ粒子2をエッチングする液26は、第2のナノ粒子3をエッチングできない選択エッチング液であればよい。
ここで、第2のナノ粒子3は、光溶解しないナノ微粒子か光溶解しないナノ微粒子とすることができる。第2のナノ粒子3が光溶解するナノ微粒子の場合であって、第1のナノ粒子2を光エッチングで除去するときには、第2のナノ粒子3が光エッチングされない条件で、光エッチングすればよい。これにより、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1から容易に、ナノ粒子3をコアとしたコア・シェル構造体15を調製することができる。
FIG. 6 is a diagram showing a process of a method for preparing a core / shell structure using the second nanoparticle 3 of the present invention as a core. As shown in FIGS. 6A to 6D, after preparing the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core by the same method as in the third embodiment, FIG. As shown in FIG. 5, the core-shell structure 15 having the nanoparticle 3 as a core can be obtained by removing the second nanoparticle 3 by using a liquid 26 for etching the photodissolved nanoparticle 2 so that the second nanoparticle 3 is not etched. Is obtained. The solution 26 for etching the light-dissolving nanoparticles 2 may be a selective etching solution that cannot etch the second nanoparticles 3.
Here, the 2nd nanoparticle 3 can be made into the nanoparticle which is not photodissolved, or the nanoparticle which is not photodissolved. In the case where the second nanoparticle 3 is a nanoparticle that is photodissolved, and when the first nanoparticle 2 is removed by photoetching, the second nanoparticle 3 may be photoetched under the condition that the second nanoparticle 3 is not photoetched. . Thereby, the core-shell structure 15 having the nanoparticles 3 as the core can be easily prepared from the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as the core.

このようにして調製されたコア・シェル構造体15は、例えば次に示す用途に使用することができる。第2のナノ粒子3を最も触媒活性が高い形状の触媒金属微粒子とした場合には、シェル7のマイクロ孔を介して特定の構造を有する特定の物質を選択的に吸着させることができ、汚染ガスなどを処理するための触媒として使用することができる。   The core / shell structure 15 thus prepared can be used, for example, for the following applications. When the second nanoparticle 3 is a catalyst metal fine particle having a shape having the highest catalytic activity, a specific substance having a specific structure can be selectively adsorbed through the micropores of the shell 7 and contamination is caused. It can be used as a catalyst for treating gas and the like.

次に、本発明に係るナノ粒子複合体の調製方法を説明する。
図7は、本発明に係るナノ粒子複合体の調製方法のプロセスを示す図である。図7(a)〜図7(d)に示すように、図3と同様な方法で内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体1を調製した後、図7(e)に示すように、シェル7をシェルエッチング液25を使用して除去すれば、ナノ粒子複合体6が得られる。これにより、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1から容易にナノ粒子複合体6を調製することができる。
Next, a method for preparing the nanoparticle composite according to the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a process of a method for preparing a nanoparticle composite according to the present invention. As shown in FIG. 7 (a) to FIG. 7 (d), after preparing the core-shell structure 1 having voids controlled inside by the same method as in FIG. 3, as shown in FIG. 7 (e). If the shell 7 is removed by using the shell etching solution 25, the nanoparticle composite 6 is obtained. Thereby, the nanoparticle composite 6 can be easily prepared from the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core.

次に、図2に示したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とした構造体の調製方法を説明する。
図1に示したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の複数個を、自己組織化法により組織化して所望の形状の構造体10を調製する。
この場合、以下の自己組織化法が適用できる。
(1)3次元組織化法
ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を溶媒に分散させ、溶媒を徐々に蒸発させることにより、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1間のファンデルワールス力によって自己組織化する(文献:Science,270,1335−1338(1995)参照)。
(2)2次元組織化法
ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を気−液界面に展開して2次元粒子膜を作製し、作製した2次元粒子膜を圧縮して組織化する(文献:Langmuir,15,1853−1858(1999)参照)。
(3)1次元組織化法
DNAをテンプレートとして、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1をDNAに沿って配列する(文献:J.Phys.Chem.B,103,8799−8803(1999)参照)。
Next, a method for preparing a structure using the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite shown in FIG. 2 as a core will be described.
A plurality of core-shell structures 1 having the nanoparticle composite shown in FIG. 1 as a core are organized by a self-assembly method to prepare a structure 10 having a desired shape.
In this case, the following self-organization method can be applied.
(1) Three-dimensional organization method A core-shell structure having a nanoparticle composite as a core is obtained by dispersing the core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core in a solvent and gradually evaporating the solvent. Self-organized by van der Waals force between 1 (see: Science, 270, 1335-1338 (1995)).
(2) Two-dimensional organization method The core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core is developed at the gas-liquid interface to produce a two-dimensional particle film, and the produced two-dimensional particle film is compressed to form a tissue. (Reference: Langmuir, 15, 1853-1858 (1999)).
(3) One-dimensional organization method Using DNA as a template, a core-shell structure 1 having a nanoparticle composite as a core is arranged along the DNA (reference: J. Phys. Chem. B, 103, 8799-8803). (1999)).

次に、自己組織化されたこれらの構造体を熱処理、架橋剤分子等による化学処理、あるいはシェル同士の直接反応によってシェル間を結合し、構造体を安定化する。例えば、シェルがSiOx の場合には、テトラエトキシシランによりSiOx 薄膜間の架橋を行うことにより、構造体を安定化する。 Next, these self-assembled structures are bonded between shells by heat treatment, chemical treatment with a crosslinking agent molecule or the like, or direct reaction between shells to stabilize the structures. For example, when the shell is SiO x , the structure is stabilized by cross-linking between the SiO x thin films with tetraethoxysilane.

また、上記説明では、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を用いて構造化する方法を説明したが、図6(e)に示した第2のナノ粒子3をコアとしたコア・シェル構造体15及び図7(e)に示したナノ粒子複合体6を用いて構造化してもよい。   In the above description, the method of structuring using the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core has been described. However, the second nanoparticle 3 shown in FIG. You may structure using the core-shell structure 15 and the nanoparticle composite body 6 shown in FIG.7 (e).

また、内部に制御された空隙を形成する前の構造体を用いて上記の方法で所望の形状の構造体を調製した後に、サイズ選択光エッチング法で所望の空隙を形成し、空隙の内部に光溶解しないナノ粒子を析出させてナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体10を調製しても良い。
また、このナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体10のシェルをエッチングで除去して、ナノ粒子複合体6を構成要素とする構造体を調製してもよい。
In addition, after preparing a structure of a desired shape by the above method using the structure before forming a controlled void inside, a desired void is formed by size selective photoetching method, and the inside of the void is formed. You may prepare the structure 10 which makes the core-shell structure 1 which made the nanoparticle composite a core deposit by depositing the nanoparticle which is not photodissolved.
Further, the structure 10 having the nanoparticle composite 6 as a constituent is prepared by removing the shell of the structure 10 having the core / shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core as a constituent, by etching. Also good.

次に、実施例を説明する。
チオール化合物の1つである3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン((CH3 O)3 Si(CH2 3 SH)を用いて、硫化カドミウム(CdS)ナノ粒子表面を化学修飾することにより、トリメトキシシリル基((CH3 O)3 Si−)をナノ粒子表面に導入したあと、トリメトキシシリル基を加水分解することにより、硫化カドミウム(CdS)ナノ粒子の表面をシリカ層で被覆するとともにシェル間をSi−O−Si結合で架橋した、コア・シェル構造体を構成要素とする構造体を形成した。
得られたコア・シェル構造体に単色光(488nm)を照射することで、コア・シェル構造体内部の硫化カドミウム(CdS)ナノ粒子にサイズ選択光エッチングを適用し、硫化カドミウム(CdS)ナノ粒子の粒径を約3.5nmにまで減少させた。
金属析出用溶液として、メタノールとH2 O(容積比は、1:1)の混合溶液に、Auをコア・シェル構造体の5重量%(wt%)だけ光析出させるように、適量のK[ Au(CN)2 ]を添加した。
この溶液にCdSをコア、シリカ層をシェルとする内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体を添加し、金属析出用照射光として400Wの水銀ランプ(λ>350nm)の紫外線を1.5時間照射することで空隙内部に直径が約4nmのAu(金)を光析出させた。このときの、雰囲気ガスはAr(アルゴン)を使用した。
これにより、CdSとAuからなるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を調製できた。
Next, examples will be described.
By chemically modifying the surface of cadmium sulfide (CdS) nanoparticles with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane ((CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH), which is one of the thiol compounds, trimethoxy is obtained. After introducing a silyl group ((CH 3 O) 3 Si—) onto the surface of the nanoparticle, the surface of the cadmium sulfide (CdS) nanoparticle is covered with a silica layer by hydrolyzing the trimethoxysilyl group and between the shells. A structure having a core / shell structure as a constituent element was formed by cross-linking with a Si—O—Si bond.
By irradiating the obtained core-shell structure with monochromatic light (488 nm), size-selective photoetching is applied to the cadmium sulfide (CdS) nanoparticles inside the core-shell structure, and cadmium sulfide (CdS) nanoparticles. Was reduced to about 3.5 nm.
As a metal deposition solution, an appropriate amount of K is used so that Au is photodeposited in a mixed solution of methanol and H 2 O (volume ratio is 1: 1) by 5 wt% (wt%) of the core / shell structure. [Au (CN) 2 ] was added.
To this solution, a core / shell structure having a controlled void inside with CdS as a core and silica layer as a shell is added, and a 400 W mercury lamp (λ> 350 nm) is used as an irradiation light for metal deposition. By irradiating for 5 hours, Au (gold) having a diameter of about 4 nm was photo-deposited inside the void. At this time, Ar (argon) was used as the atmospheric gas.
Thereby, the core-shell structure 1 which made the nanoparticle composite_body | complex which consists of CdS and Au a core was able to be prepared.

実施例1で得られた、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体10を、シェル(SiOx )を希釈したNaOH溶液でエッチングして除去して、ナノ粒子複合体6を構成要素とする構造体を調製した。 The structure 10 having the core-shell structure 1 with the nanoparticle composite as a core obtained in Example 1 as a constituent element is removed by etching with a NaOH solution in which the shell (SiO x ) is diluted. A structure having the nanoparticle composite 6 as a constituent element was prepared.

実施例1で得られた、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体中のCdSを、HClを用いてエッチングして除去することにより、AuをコアとしSiOx をシェルとする内部に空隙を有するコア・シェル構造体15を調製した。 図8は、本実施例3で調製した、Auをコアとするコア・シェル構造体を構成要素とする構造体15の透過電子顕微鏡写真である。図において、黒い固まり部分が、コアであるAuナノ粒子であり、その回りの細いリング状の黒い部分はシェルであるシリカ(SiOx )であり、その間の白い部分が空隙である。図から明らかなように、Auをコアとする内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体15が形成されている。コアであるAuナノ粒子とシェルの直径は、それぞれ、約4nmと約7nmであり、空隙寸法はこれらの差から約3nmとなる。この値は、エッチング前のCdSの平均粒径3.5nmとよく一致している。 The CdS in the structure having the core-shell structure 1 having the nanoparticle composite as a core obtained in Example 1 as a constituent element is removed by etching using HCl, whereby Au is used as the core. A core / shell structure 15 having a void inside the SiO x shell was prepared. FIG. 8 is a transmission electron micrograph of the structure 15 prepared in Example 3 and having a core-shell structure with Au as a core as a constituent element. In the figure, the black solid portion is Au nanoparticles as a core, the thin ring-shaped black portion around it is silica (SiO x ) as a shell, and the white portion therebetween is a void. As is apparent from the figure, a core / shell structure 15 having a controlled void inside Au as a core is formed. The diameters of the core Au nanoparticles and the shell are about 4 nm and about 7 nm, respectively, and the void size is about 3 nm from these differences. This value is in good agreement with the average particle size of CdS before etching of 3.5 nm.

図9は、本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の光吸収特性を示す図である。図において、縦軸はナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の反射測定による光吸収、即ちKubelka−Munk関数(任意目盛り)であり、横軸は波長(nm)である。
CdSとAuからなるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の光吸収(図9の(1)参照)は、CdSをコアとした内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体の光吸収(図9の(3)参照)と比較すると、CdS粒子上にAuが光析出することにより、CdSに特有の500nm以下の短波長側の吸収が低下すると共に、Auによる約500nm以上の可視光から赤外領域の吸収が増加していることが分かる。図示していないが、CdSとAuからなるナノ粒子複合体の光吸収も、CdSとAuからなるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の光吸収とほぼ同様な特性であった。
CdSとAuからなるナノ粒子複合体6から、CdSを除去して調製したAuをコアとした内部に空隙を有するコア・シェル構造体15の光吸収(図9の(2)参照)は、さらに、CdSの除去により、CdSに由来する500nm以下の短波長側の光吸収が低下していることが明らかである。
これにより、本発明のCdSとAuからなるナノ粒子複合体6、このナノ粒子複合体6をコアとしたコア・シェル構造体1及びAuをコアとしたコア・シェル構造体5においては、従来のCdSをコアとしたコア・シェル構造体に比較して、可視光領域の光吸収特性が大きく変化していることがわかる。
FIG. 9 is a diagram showing light absorption characteristics of a core-shell structure having the nanoparticle composite of the present invention as a core. In the figure, the vertical axis represents the light absorption by the reflection measurement of the core-shell structure with the nanoparticle composite as the core, that is, the Kubelka-Munk function (arbitrary scale), and the horizontal axis represents the wavelength (nm).
The light absorption (see (1) in FIG. 9) of the core-shell structure 1 using a nanoparticle composite composed of CdS and Au as a core is a core-shell structure having a controlled void inside the core-shell structure 1. Compared with the light absorption of the body (see (3) in FIG. 9), the photodeposition of Au on the CdS particles reduces the short wavelength side absorption of 500 nm or less, which is characteristic of CdS, and is about 500 nm by Au. From the above visible light, it can be seen that the absorption in the infrared region is increased. Although not shown in the figure, the light absorption of the nanoparticle composite composed of CdS and Au also had substantially the same characteristics as the light absorption of the core-shell structure having the nanoparticle composite composed of CdS and Au as the core.
The light absorption (see (2) in FIG. 9) of the core-shell structure 15 having voids inside with the core of Au prepared by removing CdS from the nanoparticle composite 6 composed of CdS and Au It is clear that the light absorption on the short wavelength side of 500 nm or less derived from CdS is reduced by the removal of CdS.
Thus, in the nanoparticle composite 6 composed of CdS and Au of the present invention, the core-shell structure 1 using the nanoparticle composite 6 as a core, and the core-shell structure 5 using Au as a core, It can be seen that the light absorption characteristics in the visible light region are greatly changed as compared with the core-shell structure having CdS as the core.

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。2つの異なるナノ微粒子からなるナノ粒子複合体は、上記実施例に限らないことはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, the nanoparticle composite composed of two different nanoparticle is not limited to the above examples.

本発明に係る第1の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の構成を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a core-shell structure having a nanoparticle composite according to a first embodiment of the present invention as a core. 本発明の第2の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1を構成要素とする構造体の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the structure of the structure which uses the core-shell structure 1 which made the nanoparticle composite_body | complex by the 2nd Embodiment of this invention a core, and is a component. 本発明に係る第3の実施の形態によるナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体1の調製方法のプロセスを示す図である。It is a figure which shows the process of the preparation method of the core-shell structure 1 which made the nanoparticle composite_body | complex by 3rd Embodiment based on this invention a core. CdS微粒子からなるコアにSiOx からなるシェルを被覆する工程を模式的に示す図である。The step of coating the shell of SiO x core of CdS fine particles is a diagram schematically illustrating. CdSコアとSiOx シェルからなるコア・シェル構造体を水に可溶または有機溶媒に可溶に形成する工程を模式的に示す図である。The core-shell structure made of CdS core and SiO x shell-soluble or organic solvent in water to form a soluble illustrates schematically. 本発明の第2のナノ粒子をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法のプロセスを示す図である。It is a figure which shows the process of the preparation method of the core-shell structure which used the 2nd nanoparticle of this invention as the core. 本発明に係るナノ粒子複合体の調製方法のプロセスを示す図である。It is a figure which shows the process of the preparation method of the nanoparticle composite_body | complex which concerns on this invention. 実施例3で調製した、Auをコアとするコア・シェル構造体を構成要素とする構造体の透過電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is a transmission electron micrograph of a structure prepared in Example 3 and including a core-shell structure having Au as a core as a constituent element. 本発明のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の光吸収特性を示す図である。It is a figure which shows the light absorption characteristic of the core-shell structure which made the nanoparticle composite_body | complex of this invention a core.

符号の説明Explanation of symbols

1 ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体
2 第1のナノ粒子
3 第2のナノ粒子
4 接合部
6 コア(ナノ粒子複合体)
7 シェル
8 空隙
10 ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体15 第2のナノ粒子のみをコアとするコア・シェル構造体
20 光溶解液
21 光溶解用照射光
23 金属析出用溶液
24 金属析出用照射光
25 シェルエッチング液
26 光溶解するナノ粒子のエッチング液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core-shell structure which used nanoparticle composite as a core 2 1st nanoparticle 3 2nd nanoparticle 4 Junction part 6 Core (nanoparticle composite)
7 Shell 8 Void 10 Structure 15 having a core / shell structure with a nanoparticle composite as a core 15 Core / shell structure 20 having only a second nanoparticle as a core 20 Light dissolving solution 21 Light irradiation Light 23 Metal deposition solution 24 Metal deposition irradiation light 25 Shell etchant 26 Photodissolved nanoparticle etchant

Claims (17)

第1のナノ粒子とこの第1のナノ粒子とは異なる第2のナノ粒子とが直接接合したナノ粒子複合体からなるコアと、
該コアを空隙を介して覆う数ナノメーターから数十ナノメーターの径を有するシェルと、から成り、
上記第1のナノ粒子は光溶解すると共に、光吸収端を有する金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成り、
上記第2のナノ粒子は、固体析出用溶液から析出される金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成っていて上記第1のナノ粒子に接合されており、
上記空隙が、上記第1のナノ粒子の粒径を制御することにより所望の大きさに制御されていることを特徴とする、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体。
A core composed of a nanoparticle composite in which a first nanoparticle and a second nanoparticle different from the first nanoparticle are directly bonded;
A shell having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers covering the core via a gap,
The first nanoparticles are made of a metal, a metal oxide, a semiconductor or a polymer solid having a light absorption edge while being photodissolved,
The second nanoparticles are made of a metal, metal oxide, semiconductor, or polymer solid deposited from the solid deposition solution and bonded to the first nanoparticles.
A core / shell structure having a nanoparticle composite as a core, wherein the void is controlled to have a desired size by controlling a particle size of the first nanoparticle.
前記シェルは、光溶解しない物質からなることを特徴とする、請求項1に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体。   The core / shell structure having a nanoparticle composite as a core according to claim 1, wherein the shell is made of a material that does not dissolve in light. 前記第1のナノ粒子は金属カルコゲナイド半導体微粒子であり、前記第2のナノ粒子は金属であり、前記シェルは珪素・酸素結合を骨格に持つ膜であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体。   The first nanoparticle is a metal chalcogenide semiconductor fine particle, the second nanoparticle is a metal, and the shell is a film having a silicon-oxygen bond as a skeleton. A core-shell structure using the nanoparticle composite described in 1 above as a core. 前記金属カルコゲナイド半導体微粒子がCdS(硫化カドミウム)であり、前記珪素・酸素結合を骨格に持つ膜がSiOx (シリコン酸化物,0<x)であることを特徴とする、請求項3記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体。 4. The nano of claim 3, wherein the metal chalcogenide semiconductor fine particles are CdS (cadmium sulfide), and the film having a silicon-oxygen bond as a skeleton is SiO x (silicon oxide, 0 <x). Core / shell structure with particle composite as the core. 請求項1〜4のいずれかに記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とすることを特徴とする、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体。   A core / shell structure having a nanoparticle composite as a core, comprising a core / shell structure having the nanoparticle composite according to any one of claims 1 to 4 as a core. Structure as element. 光溶解と共に、光吸収端を有する金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体で成る第1のナノ粒子を粒径を制御して形成し、
上記第1のナノ粒子表面と結合する元素と光溶解しない酸化物の成分元素を含む基とを有する化学物質で上記第1のナノ粒子表面を化学修飾することでこの表面に上記基を導入し、
この基を加水分解して上記酸化物からなる被膜を形成し、上記第1のナノ粒子をコア、上記被膜をシェルとするコア・シェル構造体を形成し、
このコア・シェル構造体に光溶解液中で波長を制御して光照射して上記第1のナノ粒子の粒径を制御するエッチングを行なうことでコア・シェル構造体内部に制御された空隙を形成し、
第2のナノ粒子の構成元素を含む固体析出用溶液中で上記内部に制御された空隙を有するコア・シェル構造体のシェル内に金属、金属酸化物、半導体または高分子からなる第2のナノ粒子を析出させて上記粒径の制御された第1のナノ粒子と直接接合させることにより、
上記光溶解する第1のナノ粒子と第2のナノ粒子とを直接接合したナノ粒子複合体で成るコアと、該コアを空隙を介して覆う数ナノメーターから数十ナノメーターの径のシェルと、上記第1のナノ粒子の粒径制御により所望の大きさに制御された空隙と、を有するコア・シェル構造体を得ることを特徴とする、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。
Along with photodissolution, first nanoparticles made of a metal, metal oxide, semiconductor or polymer solid having a light absorption edge are formed with a controlled particle size,
The group is introduced into the surface by chemically modifying the surface of the first nanoparticle with a chemical substance having an element that binds to the surface of the first nanoparticle and a group that includes a constituent element of an oxide that does not dissolve light. ,
This group is hydrolyzed to form a film composed of the oxide, and a core-shell structure is formed in which the first nanoparticle is a core and the film is a shell.
The core / shell structure is etched by controlling the wavelength in the photodissolved solution and irradiating with light to control the particle diameter of the first nanoparticles, thereby forming a controlled void inside the core / shell structure. Forming,
The second nano-particle made of metal, metal oxide, semiconductor or polymer in the shell of the core-shell structure having a controlled void in the solid precipitation solution containing the constituent element of the second nanoparticle. By precipitating the particles and directly bonding them to the first nanoparticles having a controlled particle size,
A core composed of a nanoparticle composite in which the first nanoparticle and the second nanoparticle that are photodissolved are directly joined, and a shell having a diameter of several nanometers to several tens of nanometers covering the core via a void; A core-shell structure having a nanoparticle composite as a core, characterized in that a core-shell structure having a void controlled to a desired size by controlling the particle size of the first nanoparticle is obtained. Body preparation method.
前記第2のナノ粒子は、光照射により析出することを特徴とする、請求項6に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。   The method for preparing a core-shell structure using the nanoparticle composite as a core according to claim 6, wherein the second nanoparticles are precipitated by light irradiation. 前記固体析出用溶液は金属析出用溶液であり、金属または金属酸化物を析出させることを特徴とする、請求項6に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。   The method for preparing a core-shell structure using a nanoparticle composite as a core according to claim 6, wherein the solid precipitation solution is a metal precipitation solution and deposits a metal or a metal oxide. 前記金属析出用溶液は、第2のナノ粒子を構成する金属元素と電子または正孔の捕捉剤とを含む混合溶液であることを特徴とする、請求項8に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。   9. The nanoparticle composite according to claim 8, wherein the metal deposition solution is a mixed solution containing a metal element constituting the second nanoparticle and an electron or hole scavenger. A method for preparing a core-shell structure. 前記加水分解した後に、親水基または疎水基を有する化学物質を添加してさらに化学修飾することにより、水に可溶または有機溶媒に可溶に形成することを特徴とする、請求項6に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。   [7] The method according to claim 6, wherein after the hydrolysis, a chemical substance having a hydrophilic group or a hydrophobic group is added and further chemically modified to be soluble in water or soluble in an organic solvent. Of a core-shell structure using a nanoparticle composite of the above as a core. 前記第1のナノ粒子はCdS(硫化カドミウム)であり、前記第1のナノ粒子表面と結合する元素はS(イオウ)元素であり、
前記光溶解しない酸化物の成分元素はSi(シリコン)であり、前記基はSiを含む(CH3 O)3 Si(トリメトキシシリル)基であり、
前記化学物質は(CH3 O)3 Si(CH2 3 SH(3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン)であり、
前記被膜はSiOx (シリコン酸化物,0<x)であり、
さらに、前記第2のナノ粒子は金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体からなることを特徴とする、請求項6に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。
The first nanoparticle is CdS (cadmium sulfide), and the element bonded to the surface of the first nanoparticle is an S (sulfur) element.
The component element of the oxide that does not dissolve light is Si (silicon), and the group is a (CH 3 O) 3 Si (trimethoxysilyl) group containing Si,
The chemical substance is (CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH (3-mercaptopropyltrimethoxysilane),
The coating is SiO x (silicon oxide, 0 <x),
The core / shell structure having the nanoparticle composite as a core according to claim 6, wherein the second nanoparticle is made of a solid of metal, metal oxide, semiconductor or polymer. Method.
前記第1のナノ粒子はCdSであり、
前記第1のナノ粒子表面と結合する元素はS元素であり、
前記光溶解しない酸化物の成分元素はSiであり、前記基はSiを含む(CH3 O)3 Si基であり、
前記化学物質は(CH3 O)3 Si(CH2 3 SHであり、
前記親水基を有する化学物質は、カルボシキル基、4級アンモニウム基、アミノ基、スルホン酸基、ヒドロキシル基等を有するアルキルシランであり、
前記疎水基を有する化学物質は、n−オクタデシルトリメトキシシランであり、
さらに、前記第2のナノ粒子は金属、金属酸化物、半導体または高分子の固体からなることを特徴とする、請求項10に記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。
The first nanoparticles are CdS;
The element bonded to the surface of the first nanoparticle is S element,
The component element of the oxide that does not dissolve in light is Si, and the group is a (CH 3 O) 3 Si group containing Si,
The chemical substance is (CH 3 O) 3 Si (CH 2 ) 3 SH,
The chemical substance having a hydrophilic group is an alkylsilane having a carboxyl group, a quaternary ammonium group, an amino group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, and the like.
The chemical substance having a hydrophobic group is n-octadecyltrimethoxysilane,
The core / shell structure having the nanoparticle composite as a core according to claim 10, wherein the second nanoparticle is made of a metal, metal oxide, semiconductor, or polymer solid. Method.
前記第1のナノ粒子を、所望の粒径に対応する吸収端波長の光で光溶解することにより所望の粒径とすることを特徴とする、請求項6,11,12のいずれかに記載のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体の調製方法。   The said 1st nanoparticle is made into a desired particle size by carrying out photodissolution with the light of the absorption edge wavelength corresponding to a desired particle size, The any one of Claim 6, 11, 12 characterized by the above-mentioned. Of a core-shell structure using a nanoparticle composite of the above as a core. 請求項6〜13に記載のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を溶媒に分散し、この溶媒を徐々に蒸発させて自己組織化させることで、上記ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体を得ることを特徴とする、該構造体の調製方法。   A core-shell structure having a plurality of nanoparticle composites prepared by the method according to any one of claims 6 to 13 as a core is dispersed in a solvent, and the solvent is gradually evaporated to be self-organized. A method for preparing the structure comprising obtaining a core / shell structure having the nanoparticle composite as a core as a constituent element. 請求項6〜13に記載のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を気・液界面に展開し、上記ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体からなる2次元膜を圧縮して組織化することを特徴とする、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体の調製方法。   A core-shell structure having a plurality of nanoparticle composites prepared by the method according to any one of claims 6 to 13 as a core is developed at a gas-liquid interface, and the core A method for preparing a structure comprising a core-shell structure having a nanoparticle composite as a core, wherein a two-dimensional film comprising a shell structure is compressed and organized. 請求項6〜13に記載のいずれかの方法で調製した複数のナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を、DNAをテンプレートとして配列することを特徴とする、ナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体を構成要素とする構造体の調製方法。   A core-shell structure having a plurality of nanoparticle complexes prepared by the method according to any one of claims 6 to 13 as a core is arranged using DNA as a template, and the nanoparticle complex is a core A method for preparing a structure having the core-shell structure as a constituent. 請求項6〜13に記載のいずれかの方法で調製したナノ粒子複合体をコアとしたコア・シェル構造体のシェルを除去する工程により、第1のナノ粒子と第2のナノ粒子からなるナノ粒子複合体を得ることを特徴とする、ナノ粒子複合体の調製方法。   A nano-particle comprising the first nano-particle and the second nano-particle by removing the shell of the core-shell structure having the nano-particle composite prepared by the method according to any one of claims 6 to 13 as a core. A method for preparing a nanoparticle composite, comprising obtaining a particle composite.
JP2006307241A 2006-11-13 2006-11-13 Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom Pending JP2007111855A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006307241A JP2007111855A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006307241A JP2007111855A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003096796A Division JP3951181B2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Preparation method of core-shell structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007111855A true JP2007111855A (en) 2007-05-10

Family

ID=38094493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006307241A Pending JP2007111855A (en) 2006-11-13 2006-11-13 Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007111855A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102765746A (en) * 2012-07-30 2012-11-07 济南大学 Method for preparing flower-like nano cadmium sulfide by using perylene bisimide derivatives as template
KR101508806B1 (en) * 2008-04-28 2015-04-06 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 Device having hole injection transport layer, method for production thereof, and ink for formation of hole injection transport layer
US8999225B2 (en) 2009-11-11 2015-04-07 National University Corporation Nagoya University Method for producing hollow nanoparticle comprising deposition on/in an ionic liquid, hollow nanoparticle, and dispersion liquid thereof
CN104674348A (en) * 2013-12-02 2015-06-03 济南大学 Method for preparing zinc sulfide/amphiphilic perylene bisimide mixed semiconductor material with different crystalline phases

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101508806B1 (en) * 2008-04-28 2015-04-06 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 Device having hole injection transport layer, method for production thereof, and ink for formation of hole injection transport layer
KR101508893B1 (en) 2008-04-28 2015-04-07 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 Device having hole injection transport layer, method for production thereof, and ink for formation of hole injection transport layer
US8999225B2 (en) 2009-11-11 2015-04-07 National University Corporation Nagoya University Method for producing hollow nanoparticle comprising deposition on/in an ionic liquid, hollow nanoparticle, and dispersion liquid thereof
CN102765746A (en) * 2012-07-30 2012-11-07 济南大学 Method for preparing flower-like nano cadmium sulfide by using perylene bisimide derivatives as template
CN102765746B (en) * 2012-07-30 2014-06-25 济南大学 Method for preparing flower-like nano cadmium sulfide by using perylene bisimide derivatives as template
CN104674348A (en) * 2013-12-02 2015-06-03 济南大学 Method for preparing zinc sulfide/amphiphilic perylene bisimide mixed semiconductor material with different crystalline phases
CN104674348B (en) * 2013-12-02 2017-05-10 济南大学 Method for preparing zinc sulfide/amphiphilic perylene bisimide hybrid semiconductor material with different crystal phases

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4096330B2 (en) Core / shell structure having controlled voids inside, structure using it as a constituent element, and method for preparing them
Lee et al. Strategies to improve the photocatalytic activity of TiO 2: 3D nanostructuring and heterostructuring with graphitic carbon nanomaterials
Hamley Nanostructure fabrication using block copolymers
KR101305052B1 (en) PREPRERATION METHOD OF ZnO NANORING USING SELF-ASSEMBLY OF DIBLOCK COPOLYMER AND SOL-GEL PROCESS
Ma et al. Ordered patterns and structures via interfacial self-assembly: superlattices, honeycomb structures and coffee rings
CN103747870A (en) Substrate surface structured with thermally stable metal alloy nanoparticles, method for preparing the same and uses thereof, in particular as catalyst
Rey et al. Anisotropic silicon nanowire arrays fabricated by colloidal lithography
JP3951181B2 (en) Preparation method of core-shell structure
WO2005121019A1 (en) Method for manufacturing nanostructure and nanostructure
KR101012123B1 (en) Method for preparing hierarchical metal / zinc oxide heterojunction nanostructures with increased photocatalytic efficiency and the hierarchical metal / zinc oxide heterojunction nanostructures produced thereby
JP4478959B2 (en) Method for adjusting core / shell structure having void controlled inside, and method for preparing structure having core / shell structure as component
JP2007111855A (en) Core / shell structure having nanoparticle composite as core, structure using it as a constituent element, and method for preparing them and structure prepared therefrom
Chen et al. Using colloid lithography to fabricate silicon nanopillar arrays on silicon substrates
KR101473854B1 (en) Graphene patterning method
Swami et al. Flat gold nanostructures by the reduction of chloroaurate ions constrained to a monolayer at the air–water interface
Öztürk et al. Oriented assembly and nanofabrication of zeolite A monolayers
JP2004190089A (en) Method for producing inorganic nanoparticle fusion or fusion structure and fusion or fusion structure thereof
Ghoshal et al. Size controlled fabrication of ordered monodispersed iron, cobalt and cobalt iron composite oxides nanoparticles arrays: A common block copolymer methodology
Pál et al. Preparation of hexagonally aligned inorganic nanoparticles from diblock copolymer micellar systems
Chen et al. Nanowires of 3-D cross-linked gold nanoparticle assemblies behave as thermosensors on silicon substrates
CN106698519B (en) A kind of manganese sulfide microballoon and preparation method thereof with layered microstructure
Zu et al. General approach for fabricating nanoparticle arrays via patterned block copolymer nanoreactors
JP2013256421A (en) Porous film having metal oxide skeleton of reticulation and method of manufacturing the same
Hunyadi Murph et al. Synthetic Strategies for Anisotropic and Shape-Selective Nanomaterials
PA et al. Review on Fabrication of Graphene Nanoholes

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090519

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091006