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JP2010235412A - Mesopore orientation material - Google Patents

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JP2010235412A
JP2010235412A JP2009086628A JP2009086628A JP2010235412A JP 2010235412 A JP2010235412 A JP 2010235412A JP 2009086628 A JP2009086628 A JP 2009086628A JP 2009086628 A JP2009086628 A JP 2009086628A JP 2010235412 A JP2010235412 A JP 2010235412A
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悟 藤田
Masaya Kawakado
昌弥 川角
Shinji Inagaki
伸二 稲垣
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Abstract

【課題】板状粒子からなり、板状粒子の厚さ方向にメソ細孔が配向しており、しかも、相対的にアスペクト比が大きいメソ細孔配向材料を提供すること。
【解決手段】以下の構成を備えたメソ細孔配向材料。(1)前記メソ細孔配向材料は、Si−O−Si結合を含む無機骨格と、炭素原子を1個以上有する2価の有機基とを備え、前記無機骨格を構成する異なるSi原子間が前記有機基で連結されている有機無機ハイブリッドからなる。(2)前記メソ細孔配向材料は、(−O)3Si−CH2−CH2−Si(O−)3構造を含む。(3)前記メソ細孔配向材料は、板状粒子からなり、前記板状粒子の板面に対してほぼ垂直に配向したメソ細孔を備えている。
【選択図】図4
The present invention provides a mesopore orientation material comprising a plate-like particle, in which mesopores are oriented in the thickness direction of the plate-like particle and having a relatively large aspect ratio.
A mesopore alignment material having the following configuration. (1) The mesopore alignment material includes an inorganic skeleton containing a Si—O—Si bond and a divalent organic group having one or more carbon atoms, and different Si atoms constituting the inorganic skeleton are between It consists of an organic-inorganic hybrid connected by the organic group. (2) The mesopore alignment material includes a (—O) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (O—) 3 structure. (3) The mesopore orientation material is composed of plate-like particles, and has mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、メソ細孔配向材料に関し、さらに詳しくは、メソ細孔が規則的に配列した有機無機ハイブリッド型のメソ細孔配向材料に関する。   The present invention relates to a mesopore alignment material, and more particularly to an organic-inorganic hybrid mesopore alignment material in which mesopores are regularly arranged.

メソ細孔材料は、メソ細孔(ナノ空間)を有する材料であり、ナノ空間を反応場として、触媒、電解質、光反応等に利用することが可能である。特に、メソ細孔の配向が制御された材料は、高伝導材料、高活性触媒、高感度センサー、超高密度記録媒体等に用いられることが期待される。
メソ細孔を垂直配向させた報告例は、シリカ薄膜が中心である。メソポーラス膜における細孔の配向制御は、機能性分子やクラスターの配向固定、分離膜、ナノワイヤー、電子デバイス等に応用する上で極めて重要である。
The mesopore material is a material having mesopores (nanospaces), and can be used for catalysts, electrolytes, photoreactions, etc., using the nanospace as a reaction field. In particular, a material in which the orientation of mesopores is controlled is expected to be used for highly conductive materials, highly active catalysts, highly sensitive sensors, ultra-high density recording media, and the like.
A reported example in which mesopores are vertically aligned is centered on a silica thin film. Controlling the orientation of pores in mesoporous membranes is extremely important for application to functional molecules and cluster orientation fixation, separation membranes, nanowires, electronic devices, and the like.

細孔を制御する方法としては、
(1)ラビング処理したポリマー基板(非特許文献1参照)、Si基板の(110)面(非特許文献2参照)など、基板表面の構造を利用したミセルの配向制御、
(2)光(非特許文献3参照)、電場(非特許文献4参照)、磁場(非特許文献5、特許文献1参照)等によるミセルの直接配向、
が挙げられる。
また、陽極酸化アルミナ膜中で配向した細孔中でメソポーラス物質を合成し、膜面に垂直配向させたメソ細孔膜も報告されている(非特許文献6、特許文献2参照)。
As a method of controlling the pores,
(1) Controlling the orientation of micelles using the structure of the substrate surface, such as a rubbed polymer substrate (see Non-Patent Document 1), the Si substrate (110) surface (see Non-Patent Document 2),
(2) Direct orientation of micelles by light (see non-patent document 3), electric field (see non-patent document 4), magnetic field (see non-patent document 5 and patent document 1),
Is mentioned.
In addition, a mesoporous film in which a mesoporous material is synthesized in pores oriented in an anodized alumina film and oriented perpendicularly to the film surface has also been reported (see Non-Patent Document 6 and Patent Document 2).

さらに、上記以外の方法で通常の製膜法で基板上に垂直配向させたメソ細孔シリカ薄膜についての報告例もある(特許文献3参照)。ここで、「通常の製膜法」とは、例えば、ディップコーティング法によるメソポーラス薄膜の調製法をいう。エタノールに界面活性剤、少量の水及び塩酸を加えた溶液に有機シランを加えて攪拌すると、有機シランのオリゴマーからなるゾル溶液が得られる。このゾル溶液に基板を浸漬し、所定速度で引き上げると、ゾル溶液が基板に均一に塗布される。基板上のゾル溶液の溶媒が蒸発する過程で、界面活性剤が濃縮されて規則的なミセル構造が形成される。
しかしながら、基板上に細孔を立たせることは、基板自身が阻害因子となる(細孔入口から細孔出口へ反応物質が移動するような反応を利用できない)ので、産業上の利用が困難と思われる。
Furthermore, there is also a report example of a mesoporous silica thin film vertically aligned on a substrate by a normal film forming method other than the above (see Patent Document 3). Here, “ordinary film forming method” refers to, for example, a method for preparing a mesoporous thin film by a dip coating method. When an organic silane is added to a solution obtained by adding a surfactant, a small amount of water and hydrochloric acid to ethanol and stirred, a sol solution composed of an oligomer of the organic silane is obtained. When the substrate is immersed in the sol solution and pulled up at a predetermined speed, the sol solution is uniformly applied to the substrate. In the process of evaporating the solvent of the sol solution on the substrate, the surfactant is concentrated to form a regular micelle structure.
However, raising the pores on the substrate is an obstacle for the substrate itself (it is not possible to use a reaction in which the reactants move from the pore inlet to the pore outlet), making it difficult for industrial use. Seem.

そこで、基板等によるデッドエンドにならない垂直配向材料が望まれる。
例えば、非特許文献7には、界面活性剤(P123)、テトラエトキシシラン(TEOS)、ZrOCl2・8H2O、HCl、及びH2Oを所定の比率で混合し、所定の温度で反応させ、析出した粒子から界面活性剤を燃焼除去することにより得られるメソポーラス材料が開示されている。
同文献には、
(1)このような方法により平均の幅が800〜1100nmであり、平均の厚さが150〜300nmである板状のメソポーラス材料が得られる点、及び、
(2)得られた板状粒子は、厚さ方向に沿って細孔が規則的に配列している点、
が記載されている。
Therefore, a vertical alignment material that does not cause a dead end due to a substrate or the like is desired.
For example, in Non-Patent Document 7, surfactant (P123), tetraethoxysilane (TEOS), ZrOCl 2 .8H 2 O, HCl, and H 2 O are mixed at a predetermined ratio and reacted at a predetermined temperature. A mesoporous material obtained by burning off a surfactant from precipitated particles is disclosed.
In the same document,
(1) A plate-like mesoporous material having an average width of 800 to 1100 nm and an average thickness of 150 to 300 nm can be obtained by such a method, and
(2) The obtained plate-like particles have the pores regularly arranged along the thickness direction,
Is described.

特開2001−58812号公報JP 2001-58812 A 特開2008−195580号公報JP 2008-195580 A 特開2008−266049号公報JP 2008-266049 A

Miyata H., Kuroda K.: Chem.Mater.11, 1609(1999)Miyata H., Kuroda K .: Chem. Mater. 11, 1609 (1999) Miyata H., Kuroda K.: J.Am.Chem.Soc.121, 7618(1999)Miyata H., Kuroda K .: J. Am. Chem. Soc. 121, 7618 (1999) Kawashima Y., Nakagawa M., Seki T., Ichimura K.: Chem.Mater.14, 2842(2002)Kawashima Y., Nakagawa M., Seki T., Ichimura K .: Chem. Mater. 14, 2842 (2002) Taru M., Yao N., Kim E., Xia Y., Whitesides G.M., Aksay I.A.: Nature, 390, 674(1997)Taru M., Yao N., Kim E., Xia Y., Whitesides G.M., Aksay I.A .: Nature, 390, 674 (1997) Yamaguchi A., Sawada m., Noma T., Ito H., Furumi S., Sakka Y., Kuroda K.: J.Mater.Chem.15, 1137(2005)Yamaguchi A., Sawada m., Noma T., Ito H., Furumi S., Sakka Y., Kuroda K .: J. Mater. Chem. 15, 1137 (2005) Yamaguchi A., Uejo F., Yoda T., Uchida T., Yanamura Y., Yamashita T., Teramae N.: Nature Mater.3, 337(2004)Yamaguchi A., Uejo F., Yoda T., Uchida T., Yanamura Y., Yamashita T., Teramae N .: Nature Mater. 3, 337 (2004) Chen S.Y. et al.: Chem. Mater.20, 3906(2008)Chen S.Y. et al .: Chem. Mater. 20, 3906 (2008)

非特許文献7に開示されているように、原料中に陽イオン(ZrIV)を添加すると、陽イオン添加効果によって1次粒子のモルホロジー制御が可能となる。その結果、アスペクト比が2.6〜7.3程度の板状のメソポーラスシリカが得られる。しかも、細孔は、板面にほぼ垂直に配向している。
しかしながら、この方法は、原料中に添加したZrイオンが細孔表面に残存する欠点がある。また、成形性を考慮すると、さらなる高アスペクト比の材料が望まれる。
As disclosed in Non-Patent Document 7, when a cation (Zr IV ) is added to the raw material, the morphology of the primary particles can be controlled by the cation addition effect. As a result, plate-like mesoporous silica having an aspect ratio of about 2.6 to 7.3 is obtained. Moreover, the pores are oriented substantially perpendicular to the plate surface.
However, this method has a drawback that Zr ions added to the raw material remain on the pore surface. In consideration of moldability, a material having a higher aspect ratio is desired.

本発明が解決しようとする課題は、板状粒子からなり、板状粒子の厚さ方向にメソ細孔が配向しており、しかも、相対的にアスペクト比が大きいメソ細孔配向材料を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a mesopore alignment material comprising plate-like particles, mesopores oriented in the thickness direction of the plate-like particles, and having a relatively large aspect ratio. There is.

上記課題を解決するために本発明に係るメソ細孔配向材料は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記メソ細孔配向材料は、Si−O−Si結合を含む無機骨格と、炭素原子を1個以上有する2価の有機基とを備え、前記無機骨格を構成する異なるSi原子間が前記有機基で連結されている有機無機ハイブリッドからなる。
(2)前記メソ細孔配向材料は、(−O)3Si−CH2−CH2−Si(O−)3構造を含む。
(3)前記メソ細孔配向材料は、板状粒子からなり、前記板状粒子の板面に対してほぼ垂直に配向したメソ細孔を備えている。
前記板状粒子のアスペクト比は、8以上が好ましい。
In order to solve the above problems, the mesopore alignment material according to the present invention is summarized as having the following configuration.
(1) The mesopore alignment material includes an inorganic skeleton containing a Si—O—Si bond and a divalent organic group having one or more carbon atoms, and different Si atoms constituting the inorganic skeleton are between It consists of an organic-inorganic hybrid connected by the organic group.
(2) The mesopore alignment material includes a (—O) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (O—) 3 structure.
(3) The mesopore orientation material is composed of plate-like particles, and has mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.
The plate-like particle preferably has an aspect ratio of 8 or more.

メソ細孔配向材料を合成する場合において、有機無機ハイブリッドの骨格を形成するための前駆体として少なくともZ3Si−CH2−CH2−SiZ3(Zは、−OCH3、−OC25、又はハロゲン)を用い、かつ、塩基性条件下で合成を行うと、相対的に高いアスペクト比を有し、しかも、メソ細孔が厚さ方向に配向したメソ細孔配向材料が得られる。 When synthesizing a mesopore alignment material, at least Z 3 Si—CH 2 —CH 2 —SiZ 3 (Z is —OCH 3 , —OC 2 H 5 ) as a precursor for forming an organic-inorganic hybrid skeleton. When the synthesis is performed under basic conditions, a mesopore orientation material having a relatively high aspect ratio and mesopores oriented in the thickness direction can be obtained.

実施例1で得られたメソ細孔配向材料(エタン架橋型有機無機ハイブリッド)のXRDパターン(左図)及びSEM像(右図)である。It is the XRD pattern (left figure) and SEM image (right figure) of the mesopore orientation material (ethane bridge | crosslinking type organic-inorganic hybrid) obtained in Example 1. FIG. 図2(a)及び図2(b)は、それぞれ、実施例1で得られたメソ細孔配向材料の窒素吸着等温線及び細孔分布曲線である。2A and 2B are a nitrogen adsorption isotherm and a pore distribution curve of the mesopore orientation material obtained in Example 1, respectively. 実施例1で得られたメソ細孔配向材料のSEM像(同一ロット、2視野)である。2 is a SEM image (same lot, 2 fields of view) of the mesopore alignment material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたメソ細孔配向材料のSTEM像である。2 is a STEM image of a mesopore alignment material obtained in Example 1.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. メソ細孔配向材料]
本発明に係るメソ細孔配向材料は、以下の構成を備えている。
(1)前記メソ細孔配向材料は、Si−O−Si結合を含む無機骨格と、炭素原子を1個以上有する2価の有機基とを備え、前記無機骨格を構成する異なるSi原子間が前記有機基で連結されている有機無機ハイブリッドからなる。
(2)前記メソ細孔配向材料は、(−O)3Si−CH2−CH2−Si(O−)3構造を含む。
(3)前記メソ細孔配向材料は、板状粒子からなり、前記板状粒子の板面に対してほぼ垂直に配向したメソ細孔を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Mesopore orientation material]
The mesopore orientation material according to the present invention has the following configuration.
(1) The mesopore alignment material includes an inorganic skeleton containing a Si—O—Si bond and a divalent organic group having one or more carbon atoms, and different Si atoms constituting the inorganic skeleton are between It consists of an organic-inorganic hybrid connected by the organic group.
(2) The mesopore alignment material includes a (—O) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (O—) 3 structure.
(3) The mesopore orientation material is composed of plate-like particles, and has mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.

[1.1. 有機無機ハイブリッド]
本発明に係るメソ細孔配向材料は、有機無機ハイブリッドからなる。本発明において「有機無機ハイブリッド」とは、Si−O−Si結合を含む無機骨格と、炭素原子を1個以上有する2価の有機基とを備え、無機骨格を構成する異なるSi原子間が有機基で連結されている材料をいう。
無機骨格は、酸素原子のみと結合しているSi原子と、酸素原子及び有機基と結合しているSi原子の双方を含むものでも良い。あるいは、無機骨格は、酸素原子及び有機基と結合しているSi原子のみを含むものでも良い。板面に対してほぼ垂直にメソ細孔が配向している板状粒子を得るためには、無機骨格は、酸素原子及び有機基と結合しているSi原子のみを含むものが好ましい。
有機無機ハイブリッドは、Si−O−Si結合と、Si−有機基−Si結合のみを含むものが好ましいが、不可避的不純物が含まれていても良い。
[1.1. Organic-inorganic hybrid]
The mesopore alignment material according to the present invention comprises an organic-inorganic hybrid. In the present invention, the “organic-inorganic hybrid” means an inorganic skeleton containing a Si—O—Si bond and a divalent organic group having one or more carbon atoms, and different Si atoms constituting the inorganic skeleton are organic. A material connected by a group.
The inorganic skeleton may include both Si atoms bonded only to oxygen atoms and Si atoms bonded to oxygen atoms and organic groups. Alternatively, the inorganic skeleton may include only an Si atom bonded to an oxygen atom and an organic group. In order to obtain plate-like particles having mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface, the inorganic skeleton preferably contains only Si atoms bonded to oxygen atoms and organic groups.
The organic-inorganic hybrid preferably contains only Si—O—Si bonds and Si—organic group—Si bonds, but may contain inevitable impurities.

[1.2. 有機基]
本発明において、「有機基」とは、炭素原子を1個以上有する2価の基をいう。このような有機基としては、具体的には、−(CH2)n−(nは、1〜4の整数)、−CH=CH−、−CH=CH−CH2−などがある。
また、本発明に係るメソ細孔配向材料は、(−O)3Si−CH2−CH2−Si(O−)3構造を含む。すなわち、本発明に係るメソ細孔配向材料は、有機基として、少なくとも1つのエチレン基(−CH2−CH2−)を含み、少なくとも1つのエチレン基の両端にSi(O−)3が結合している構造を備えている。
メソ細孔配向材料は、エチレン基のみを含むものでも良く、あるいは、エチレン基以外の有機基を含んでいても良い。
メソ細孔配向材料がエチレン基とエチレン基以外の有機基を含む場合、その比率は、目的に応じて任意に選択することができる。有機基のすべてがエチレン基である場合、メソ細孔を厚さ方向に配列させるのが容易化する。
[1.2. Organic group]
In the present invention, the “organic group” refers to a divalent group having one or more carbon atoms. Examples of such an organic group, specifically, - (CH 2) n - (n is an integer of 1 to 4), - CH = CH -, - CH = CH-CH 2 - , and the like.
Moreover, the mesopore orientation material according to the present invention includes a (—O) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (O—) 3 structure. That is, the mesopore alignment material according to the present invention includes at least one ethylene group (—CH 2 —CH 2 —) as an organic group, and Si (O—) 3 is bonded to both ends of at least one ethylene group. It has a structure.
The mesopore orientation material may contain only ethylene groups or may contain organic groups other than ethylene groups.
When the mesopore alignment material contains an organic group other than an ethylene group and an ethylene group, the ratio can be arbitrarily selected according to the purpose. When all of the organic groups are ethylene groups, mesopores are easily arranged in the thickness direction.

[1.3. 形状]
本発明に係るメソ細孔配向材料は、板状粒子からなる。
後述する方法を用いると、そのアスペクト比が8以上、9以上、あるいは、10以上である板状粒子が得られる。
また、後述する方法を用いると、その幅が400〜2000nmである板状粒子が得られる。
[1.3. shape]
The mesopore orientation material according to the present invention comprises plate-like particles.
When the method described later is used, plate-like particles having an aspect ratio of 8 or more, 9 or more, or 10 or more can be obtained.
Moreover, when the method to be described later is used, plate-like particles having a width of 400 to 2000 nm are obtained.

[1.4. メソ細孔]
本発明に係るメソ細孔配向材料は、板状粒子の板面に対してほぼ垂直方向に配向したメソ細孔を備えている。
「メソ細孔」とは、ゼオライトに含まれる空間より大きなナノ空間(1.5〜50nm)をいう。後述するように、メソ細孔配向材料の骨格となる前駆体を縮重合させる場合において、界面活性剤を共存させると、界面活性剤がミセルを形成し、自己組織化する。その結果、メソ細孔が規則配列しているメソ細孔配向材料と、メソ細孔内に充填された界面活性剤とを備えた複合体が得られる。
この時、メソ細孔配向材料の骨格を形成するための前駆体として、少なくともZ3Si−CH2−CH2−SiZ3(Zは、−OCH3、−OC25、又はハロゲン)を用い、かつ、塩基性条件下で合成を行うと、相対的に高いアスペクト比を有し、しかも、メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向したメソ細孔配向材料が得られる。「板面に対してほぼ垂直に配向する」とは、メソ細孔が板状粒子の厚さ方向に配向していることをいい、板面に対して垂直方向から多少ずれていても良いことを意味する。
[1.4. Mesopore]
The mesopore orientation material according to the present invention has mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.
“Mesopore” refers to a nanospace (1.5 to 50 nm) larger than the space contained in zeolite. As will be described later, in the case of polycondensation of the precursor that becomes the skeleton of the mesopore alignment material, when a surfactant is allowed to coexist, the surfactant forms micelles and self-organizes. As a result, a composite comprising a mesopore orientation material in which mesopores are regularly arranged and a surfactant filled in the mesopores is obtained.
At this time, at least Z 3 Si—CH 2 —CH 2 —SiZ 3 (Z is —OCH 3 , —OC 2 H 5 , or halogen) is used as a precursor for forming the skeleton of the mesopore alignment material. When used and synthesized under basic conditions, a mesopore orientation material having a relatively high aspect ratio and mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface is obtained. “Oriented almost perpendicularly to the plate surface” means that the mesopores are oriented in the thickness direction of the plate-like particles, and may be slightly deviated from the direction perpendicular to the plate surface. Means.

[2. メソ細孔配向材料の製造方法]
本発明に係るメソ細孔配向材料の製造方法は、複合体製造工程と、界面活性剤除去工程とを備えている。
[2. Method for producing mesopore alignment material]
The method for producing a mesopore alignment material according to the present invention includes a composite production process and a surfactant removal process.

[2.1. 複合体製造工程]
複合体製造工程は、界面活性剤共存下及び塩基性条件下において、メソ細孔配向材料の骨格を形成するための前駆体を縮重合させ、メソ細孔配向材料のメソ細孔内に界面活性剤が充填された複合体を得る工程である。
[2.1. Complex production process]
In the composite manufacturing process, the precursor for forming the skeleton of the mesopore alignment material is subjected to polycondensation under the coexistence of the surfactant and the basic condition, and the surface activity is brought into the mesopores of the mesopore alignment material. This is a step of obtaining a composite filled with an agent.

[2.1.1 前駆体]
「前駆体」とは、メソ細孔配向材料の骨格を形成するための原料をいう。本発明において、前駆体には、次の(1)式で表されるシラン化合物を用いる。
3Si−R−SiZ3 ・・・(1)
但し、Zは、−OCH3、−OC25、又はハロゲン。
Rは、炭素数が1以上の2価の有機基。
(1)式中、Rは、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
2価の有機基Rとしては、具体的には、−(CH2)n−(nは、1〜4の整数)、−CH=CH−、−CH=CH−CH2−などがある。
[2.1.1 Precursor]
“Precursor” refers to a raw material for forming a skeleton of a mesopore alignment material. In the present invention, a silane compound represented by the following formula (1) is used as the precursor.
Z 3 Si—R—SiZ 3 (1)
However, Z is, -OCH 3, -OC 2 H 5 , or halogen.
R is a divalent organic group having 1 or more carbon atoms.
(1) In formula, R may mutually be the same or may differ.
Specific examples of the divalent organic group R include — (CH 2 ) n — (n is an integer of 1 to 4), —CH═CH—, —CH═CH—CH 2 —, and the like.

メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向している板状粒子を得るためには、前駆体として、少なくとも有機基Rがエチレン基であるもの、すなわち次の(1a)で表されるシラン化合物を用いる必要がある。
3Si−CH2−CH2−SiZ3 ・・・(1a)
但し、Zは、−OCH3、−OC25、又はハロゲン。
(1a)式で表されるシラン化合物の中でも、特に、(EtO)3Si−CH2−CH2−Si(OEt)3(ビストリエトキシシリルエタン:BTEE)が好ましい。
In order to obtain plate-like particles in which mesopores are oriented substantially perpendicular to the plate surface, the precursor has at least an organic group R that is an ethylene group, that is, the following (1a) It is necessary to use a silane compound.
Z 3 Si—CH 2 —CH 2 —SiZ 3 (1a)
However, Z is, -OCH 3, -OC 2 H 5 , or halogen.
Among the silane compounds represented by the formula (1a), (EtO) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (OEt) 3 (bistriethoxysilylethane: BTEE) is particularly preferable.

出発原料には、(1a)式で表される前駆体のみを用いても良く、あるいは、(1a)式で表される前駆体とエチレン基以外の有機基Rを含む前駆体と組み合わせて用いても良い。エチレン基を含む前駆体とエチレン基以外の有機基を含む前駆体を組み合わせて用いる場合、その比率は、目的に応じて任意に選択することができる。エチレン基を含む前駆体のみを用いた場合、メソ細孔を厚さ方向に配列させるのが容易化する。   As the starting material, only the precursor represented by the formula (1a) may be used, or used in combination with the precursor represented by the formula (1a) and a precursor containing an organic group R other than an ethylene group. May be. When a precursor containing an ethylene group and a precursor containing an organic group other than an ethylene group are used in combination, the ratio can be arbitrarily selected depending on the purpose. When only a precursor containing an ethylene group is used, it is easy to arrange mesopores in the thickness direction.

さらに、前駆体には、(1)で表されるシラン化合物のみを用いても良く、あるいは、(1)式で表されるシラン化合物に加えて、2価の有機基を持たない前駆体(第2前駆体)を用いても良い。   Further, only the silane compound represented by (1) may be used as the precursor, or a precursor having no divalent organic group in addition to the silane compound represented by the formula (1) ( A second precursor may be used.

第2前駆体には、具体的には、以下のようなものを用いることができる。
(1)テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシランなどのテトラアルコキシシラン。
(2)トリメトキシシラノール、トリエトキシシラノール、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、トリエトキシ−3−グリシドキシプロピルシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、γ−(メタクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどのトリアルコキシシラン。
(3)ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシ−3−グリシドキシプロピルメチルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシランなどのジアルコキシシラン。
(4)メタケイ酸ナトリウム(Na2SiO3)、オルトケイ酸ナトリウム(Na4SiO4)、二ケイ酸ナトリウム(Na2Si25)、四ケイ酸ナトリウム(Na2Si49)、水ガラス(Na2O・nSiO2、n=2〜4)などのケイ酸ナトリウム。
(5)カネマイト(NaHSi25・3H2O)、二ケイ酸ナトリウム結晶(α、β、γ、δ−Na2Si25)、マカタイト(Na2Si49)、アイアライト(Na2Si817・xH2O)、マガディアイト(Na2Si1417・xH2O)、ケニヤイト(Na2Si2041・xH2O)などの層状シリケート。
(6)Ultrasil(Ultrasil社)、Cab-O-Sil(Cabot社)、HiSil(Pittsburgh Plate Glass社)等の沈降性シリカ、コロイダルシリカ、Aerosil(Degussa-Huls社)等のフュームドシリカ。
(7)テトラキス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、テトラキス(3−ヒドロキシプロポキシ)シラン、テトラキス(2−ヒドロキシプロキシ)シラン、テトラキス(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)シランなどのテトラキス(ヒドロキシアルコキシ)シラン。
(8)メチルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、エチルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、フェニルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、3−メルカプトプロピルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、3−アミノプロピルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シラン、3−クロロプロピルトリス(2−ヒドロキシエトキシ)シランなどのトリス(ヒドロキシアルコキシ)シラン。
Specifically, the following can be used as the second precursor.
(1) Tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, and dimethoxydiethoxysilane.
(2) Trimethoxysilanol, triethoxysilanol, trimethoxymethylsilane, trimethoxyvinylsilane, triethoxyvinylsilane, triethoxy-3-glycidoxypropylsilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, γ- (methacryloxypropyl) trimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, etc. Trialkoxysilane.
(3) Dialkoxysilanes such as dimethoxydimethylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxy-3-glycidoxypropylmethylsilane, dimethoxydiphenylsilane, and dimethoxymethylphenylsilane.
(4) Sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 ), sodium orthosilicate (Na 4 SiO 4 ), sodium disilicate (Na 2 Si 2 O 5 ), sodium tetrasilicate (Na 2 Si 4 O 9 ), water Sodium silicate such as glass (Na 2 O · nSiO 2 , n = 2 to 4).
(5) Kanemite (NaHSi 2 O 5 .3H 2 O), sodium disilicate crystals (α, β, γ, δ-Na 2 Si 2 O 5 ), macatite (Na 2 Si 4 O 9 ), eyelite ( Na 2 Si 8 O 17 · xH 2 O), magadiite (Na 2 Si 14 O 17 · xH 2 O), kenyaite (Na 2 Si 20 O 41 · xH 2 O) layered silicates, such as.
(6) Fumed silica such as precipitated silica such as Ultrasil (Ultrasil), Cab-O-Sil (Cabot), HiSil (Pittsburgh Plate Glass), colloidal silica, Aerosil (Degussa-Huls).
(7) Tetrakis (hydroxyhydroxy) silane, tetrakis (3-hydroxypropoxy) silane, tetrakis (2-hydroxyproxy) silane, tetrakis (2,3-dihydroxypropoxy) silane and the like.
(8) Methyltris (2-hydroxyethoxy) silane, ethyltris (2-hydroxyethoxy) silane, phenyltris (2-hydroxyethoxy) silane, 3-mercaptopropyltris (2-hydroxyethoxy) silane, 3-aminopropyltris ( Tris (hydroxyalkoxy) silanes such as 2-hydroxyethoxy) silane and 3-chloropropyltris (2-hydroxyethoxy) silane.

第2前駆体には、これらのいずれか1種を用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。出発原料として第2前駆体を用いる場合、有機基を含む前駆体と第2前駆体の比率は、目的に応じて任意に選択することができる。   Any one of these may be used for the second precursor, or two or more may be used in combination. When using a 2nd precursor as a starting material, the ratio of the precursor containing an organic group and a 2nd precursor can be arbitrarily selected according to the objective.

なお、第2前駆体として、アルコキシシラン、ヒドロキシアルコキシシラン等のシラン化合物を用いる場合には、これをそのまま出発原料として用いる。
一方、第2前駆体としてシラン化合物以外の化合物を用いる場合には、予め、水(又は、必要に応じてアルコールが添加されたアルコール水溶液)に第2前駆体を加えて、水酸化ナトリウム等の塩基性物質を加える。塩基性物質の添加量は、第2前駆体中のケイ素原子と等モル程度の量とするのが好ましい。シラン化合物以外の第2前駆体を含む溶液に塩基性物質を加えると、第2前駆体中に既に形成されているSi−(O−Si)4結合の一部が切断され、均一な溶液が得られる。溶液中に含まれる塩基性物質の量は、複合体の収量や気孔率に影響を及ぼすので、均一な溶液が得られた後、溶液に希薄酸溶液を加え、溶液中に存在する過剰の塩基性物質を中和させる。希薄酸溶液の添加量は、第2前駆体中のケイ素原子に対して1/2〜3/4倍モルに相当する量が好ましい。
In addition, when using silane compounds, such as an alkoxysilane and a hydroxy alkoxysilane, as a 2nd precursor, this is used as a starting material as it is.
On the other hand, when a compound other than the silane compound is used as the second precursor, the second precursor is added to water (or an alcohol aqueous solution to which an alcohol is added if necessary) in advance, such as sodium hydroxide. Add basic material. The addition amount of the basic substance is preferably about equimolar to the silicon atom in the second precursor. When a basic substance is added to a solution containing a second precursor other than a silane compound, a part of the Si— (O—Si) 4 bond already formed in the second precursor is cleaved, resulting in a uniform solution. can get. Since the amount of basic substance contained in the solution affects the yield and porosity of the complex, after a homogeneous solution is obtained, a dilute acid solution is added to the solution, and excess base present in the solution is added. Neutralize sex substances. The amount of the diluted acid solution added is preferably an amount corresponding to 1/2 to 3/4 times moles of silicon atoms in the second precursor.

[2.1.2 界面活性剤]
界面活性剤は、メソ細孔を形成するためのテンプレートとなる。本発明において、界面活性剤には、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤のいずれも使用することができる。
[2.1.2 Surfactant]
The surfactant serves as a template for forming mesopores. In the present invention, as the surfactant, any of a cationic surfactant, an anionic surfactant, and a nonionic surfactant can be used.

カチオン系界面活性剤としては、具体的には、次の(2)式で表されるアルキル4級アンモニウム塩などがある。
CH3−(CH2)n−N+(R1)(R2)(R3)X- ・・・(2)
(2)式中、R1、R2、R3は、それぞれ、炭素数が1〜3のアルキル基を表す。R1、R2、及び、R3は、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。アルキル4級アンモニウム塩同士の凝集(ミセルの形成)を容易化するためには、R1、R2、及び、R3は、すべて同一であることが好ましい。さらに、R1、R2、及び、R3の少なくとも1つは、メチル基が好ましく、すべてがメチル基であることが好ましい。
(2)式中、Xはハロゲン原子を表す。ハロゲン原子の種類は特に限定されないが、入手の容易さからXは、Cl又はBrが好ましい。
(2)式中、nは7〜21の整数を表す。
Specific examples of the cationic surfactant include alkyl quaternary ammonium salts represented by the following formula (2).
CH 3 — (CH 2 ) n —N + (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) X (2)
(2) wherein, R 1, R 2, R 3 each represent an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 1 , R 2 and R 3 may be the same as or different from each other. In order to facilitate aggregation (formation of micelles) between alkyl quaternary ammonium salts, it is preferable that R 1 , R 2 , and R 3 are all the same. Further, at least one of R 1 , R 2 , and R 3 is preferably a methyl group, and all are preferably methyl groups.
(2) In the formula, X represents a halogen atom. Although the kind of halogen atom is not particularly limited, X is preferably Cl or Br in view of availability.
(2) In formula, n represents the integer of 7-21.

アニオン系の界面活性剤としては、具体的には、脂肪酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルリン酸塩などがある。
ノニオン系界面活性剤としては、具体的には、ポリエチレンオキサイド系非イオン性界面活性剤、1級アルキルアミンなどがある。
Specific examples of the anionic surfactant include fatty acid salts, alkyl sulfonates, and alkyl phosphates.
Specific examples of nonionic surfactants include polyethylene oxide nonionic surfactants and primary alkylamines.

複合体を合成する場合において、1種類の界面活性剤を用いても良く、あるいは、2種以上を用いても良い。しかしながら、界面活性剤は、複合体中にメソ細孔を形成するためのテンプレートとなるので、その種類は、メソ細孔の形状に大きな影響を与える。より均一なメソ細孔を有する複合体を合成するためには、1種類の界面活性剤を用いるのが好ましい。   When synthesizing the complex, one type of surfactant may be used, or two or more types may be used. However, since the surfactant serves as a template for forming mesopores in the composite, the type greatly affects the shape of the mesopores. In order to synthesize a complex having more uniform mesopores, it is preferable to use one type of surfactant.

[2.1.3 溶媒]
原料を溶解させる溶媒は、前駆体の種類に応じて最適なものを選択する。溶媒には、通常、水、アルコール、水とアルコールの混合溶媒などを用いる。アルコールは、メタノール、エタノール、プロパノール等の1価のアルコール、エチレングリコール等の2価のアルコール、グリセリン等の3価のアルコールのいずれでも良い。
[2.1.3 Solvent]
As the solvent for dissolving the raw material, an optimum solvent is selected according to the kind of the precursor. As the solvent, water, alcohol, a mixed solvent of water and alcohol, or the like is usually used. The alcohol may be any of monovalent alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, divalent alcohols such as ethylene glycol, and trivalent alcohols such as glycerin.

[2.1.4 触媒]
前駆体を縮重合させ、メソ細孔配向材料を得るためには、一般に、前駆体を含む溶液に触媒を加える。本発明においては、触媒として塩基性触媒を用いる。(1)式で表されるシラン化合物を含む前駆体を界面活性剤共存下で縮重合させる場合において、塩基性触媒を用いると、メソ細孔が厚さ方向に配向した板状粒子が得られる。
このような塩基性触媒としては、水酸化ナトリウム、アンモニア水などがある。
[2.1.4 Catalyst]
In order to polycondensate a precursor and obtain a mesopore alignment material, a catalyst is generally added to a solution containing the precursor. In the present invention, a basic catalyst is used as the catalyst. In the case where a precursor containing a silane compound represented by the formula (1) is subjected to condensation polymerization in the presence of a surfactant, plate-like particles having mesopores oriented in the thickness direction can be obtained by using a basic catalyst. .
Examples of such basic catalysts include sodium hydroxide and aqueous ammonia.

[2.1.5 溶液組成]
溶媒の種類、前駆体の種類及び濃度、界面活性剤の種類及び濃度、触媒の種類及び濃度などの溶液組成は、出発原料の種類やメソ細孔配向材料に要求される特性に応じて、最適なものを選択するのが好ましい。
[2.1.5 Solution composition]
Solution composition such as solvent type, precursor type and concentration, surfactant type and concentration, catalyst type and concentration, etc. is optimal depending on the type of starting material and the properties required for the mesopore orientation material It is preferable to select one.

例えば、溶媒中のアルコール含有量は、粒子の粒径、粒度分布、ミセル構造などに影響を与える。メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向している板状粒子を合成するためには、溶媒には、水を用いるのが好ましい。   For example, the alcohol content in the solvent affects the particle size, particle size distribution, micelle structure and the like of the particles. In order to synthesize plate-like particles having mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface, it is preferable to use water as the solvent.

また、例えば、溶液中の前駆体の濃度が低すぎると、粒子の収率が低下し、あるいは、粒子の粒径や粒度分布の制御が困難となる。
一方、溶液中の前駆体の濃度が高すぎると、粒径及び粒度分布の制御が困難となり、粒径の均一性が低下する。
メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向している板状粒子を合成するためには、溶媒は、前駆体0.1molに対して10〜80molが好ましい。
Further, for example, if the concentration of the precursor in the solution is too low, the yield of the particles decreases, or it becomes difficult to control the particle size and particle size distribution of the particles.
On the other hand, if the concentration of the precursor in the solution is too high, it becomes difficult to control the particle size and particle size distribution, and the uniformity of the particle size decreases.
In order to synthesize plate-like particles having mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface, the solvent is preferably 10 to 80 mol with respect to 0.1 mol of the precursor.

また、例えば、界面活性剤の量が少なすぎると、界面活性剤の量が不足し、連続したミセルを形成することができない。
一方、界面活性剤の量が過剰になると、ラメラ状物質が生成し、界面活性剤を除去するとシートの積層物が得られるのみで、メソ多孔体は得られない
メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向している板状粒子を合成するためには、界面活性剤は、前駆体0.1molに対して、0.01〜0.1molが好ましい。
For example, if the amount of the surfactant is too small, the amount of the surfactant is insufficient and continuous micelles cannot be formed.
On the other hand, when the amount of the surfactant becomes excessive, a lamellar substance is generated, and when the surfactant is removed, only a laminate of sheets is obtained, and no mesoporous material is obtained. In order to synthesize plate-like particles that are oriented almost vertically, the surfactant is preferably 0.01 to 0.1 mol with respect to 0.1 mol of the precursor.

また、例えば、溶液中の塩基性触媒の濃度が低すぎると、粒子の収率が極端に低下する。
一方、溶液中の塩基性触媒の濃度が高すぎると、メソ細孔配向材料の合成が困難となる場合がある。
メソ細孔が板面に対してほぼ垂直に配向している板状粒子を合成するためには、塩基性触媒は、前駆体0.1molに対して、0.01〜1.0molが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜0.5molである。
For example, if the concentration of the basic catalyst in the solution is too low, the yield of the particles is extremely reduced.
On the other hand, if the concentration of the basic catalyst in the solution is too high, synthesis of the mesopore alignment material may be difficult.
In order to synthesize plate-like particles having mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface, the basic catalyst is preferably 0.01 to 1.0 mol with respect to 0.1 mol of the precursor, More preferably, it is 0.05-0.5 mol.

[2.1.6 複合体の作製]
板状の複合体は、界面活性剤及び塩基性触媒を含む溶液に前駆体を加え、所定の温度で反応させることにより得られる。
反応条件は、原料の種類や濃度に応じて最適な条件を選択する。例えば、(1a)式で表されるシラン化合物のみを用いてメソ細孔配向材料を合成する場合、まず、溶液を室温で攪拌し、次いで、溶液を加熱(還流)下で静置するのが好ましい。溶液を室温で攪拌すると、前駆体と界面活性剤が均一に分散した溶液が得られる。また、このような溶液を加熱下で静置すると、メソ細孔骨格の縮合を進行させることができる。
溶液を室温で攪拌する場合、攪拌時の回転数は、300〜500rpmが好ましく、攪拌時間は、2〜24時間が好ましい。また、溶液を加熱下で静置する場合、加熱温度は、80〜97℃が好ましく、静置時間は24〜48時間が好ましい。
[2.1.6 Production of Composite]
The plate-like composite is obtained by adding a precursor to a solution containing a surfactant and a basic catalyst and reacting at a predetermined temperature.
As the reaction conditions, optimum conditions are selected according to the type and concentration of the raw material. For example, when a mesopore alignment material is synthesized using only the silane compound represented by the formula (1a), first, the solution is stirred at room temperature, and then the solution is allowed to stand under heating (reflux). preferable. When the solution is stirred at room temperature, a solution in which the precursor and the surfactant are uniformly dispersed is obtained. Further, when such a solution is allowed to stand under heating, condensation of the mesopore skeleton can be advanced.
When the solution is stirred at room temperature, the number of rotations during stirring is preferably 300 to 500 rpm, and the stirring time is preferably 2 to 24 hours. When the solution is allowed to stand under heating, the heating temperature is preferably 80 to 97 ° C., and the standing time is preferably 24 to 48 hours.

前駆体を含む混合液に塩基性触媒を添加すると、前駆体の加水分解及び部分重合が起こる。この溶液に界面活性剤を添加すると、界面活性剤は、溶液中でミセルを形成する。このミセルが超分子鋳型となり、その周囲に加水分解又は部分重合した前駆体が吸着する。ミセルの内部には部分重合体が入り込まないため、ミセルの内部は、最終的には細孔部分となる。従って、界面活性剤の分子鎖長を制御することにより、メソ細孔配向材料内部の細孔径を制御することができる。   When a basic catalyst is added to the mixed solution containing the precursor, hydrolysis and partial polymerization of the precursor occur. When a surfactant is added to this solution, the surfactant forms micelles in the solution. This micelle becomes a supramolecular template, and a hydrolyzed or partially polymerized precursor is adsorbed around it. Since the partial polymer does not enter the interior of the micelle, the interior of the micelle eventually becomes a pore portion. Therefore, the pore diameter inside the mesopore alignment material can be controlled by controlling the molecular chain length of the surfactant.

前駆体を吸着したミセルは、やがて安定な方向に配列する。しかも、(1)式で表されるシラン化合物を前駆体に用い、かつ塩基性条件下で反応させると、相対的に長さの短いミセルがほぼ平行に配列する。これを溶液中でさらに反応させると、配列したミセル間において前駆体が縮重合する。その結果、厚さ方向にメソ細孔が配列し、かつメソ細孔内に界面活性剤が充填された板状の複合体が得られる。   The micelles adsorbing the precursor will eventually be arranged in a stable direction. Moreover, when the silane compound represented by the formula (1) is used as a precursor and reacted under basic conditions, micelles having relatively short lengths are arranged almost in parallel. When this is further reacted in solution, the precursor undergoes condensation polymerization between the arranged micelles. As a result, a plate-like composite in which mesopores are arranged in the thickness direction and the surfactant is filled in the mesopores is obtained.

[2.2 界面活性剤除去工程]
界面活性剤除去工程は、複合体から界面活性剤を除去する工程である。界面活性剤の除去方法は、特に限定されるものではなく、界面活性剤の種類や複合体の構造等に応じて最適な方法を選択するのが好ましい。
界面活性剤の除去方法としては、具体的には、
(1)複合体を大気中又は不活性雰囲気下において、300〜1000℃(好ましくは、300〜600℃)で、30分以上(好ましくは、1時間以上)焼成する焼成方法、
(2)複合体を界面活性剤の良溶媒(例えば、少量の塩酸を含むメタノール)中に浸漬し、所定の温度(例えば、50〜70℃)で加熱しながら攪拌し、複合体中の界面活性剤を抽出するイオン交換法、
などがある。
[2.2 Surfactant removal step]
The surfactant removal step is a step of removing the surfactant from the complex. The method for removing the surfactant is not particularly limited, and it is preferable to select an optimum method according to the type of the surfactant, the structure of the complex, and the like.
As a method for removing the surfactant, specifically,
(1) A firing method of firing the composite at 300 to 1000 ° C. (preferably 300 to 600 ° C.) for 30 minutes or more (preferably 1 hour or more) in the air or under an inert atmosphere,
(2) The composite is immersed in a surfactant good solvent (for example, methanol containing a small amount of hydrochloric acid) and stirred while heating at a predetermined temperature (eg, 50 to 70 ° C.), and the interface in the composite An ion exchange method to extract the active agent,
and so on.

[3. メソ細孔配向材料の作用]
メソ細孔を特定の方向に配向させるための従来の方法は、高磁場、光電場、光などの特殊条件下で界面活性剤を直接配向させる必要があった。
一方、比較的穏和な条件下でメソ細孔を配向させる方法として、TEOSにZrOCl2・8H2Oを加え、さらに酸性条件下で縮重合させる方法が知られている。しかしながら、この方法は、Zrイオンが細孔表面に残存する欠点がある。また、合成可能な粉末のアスペクト比は、8未満に留まっている。
[3. Action of mesopore alignment material]
Conventional methods for orienting mesopores in a specific direction required direct orientation of the surfactant under special conditions such as high magnetic field, photoelectric field, and light.
On the other hand, as a method for orienting mesopores under relatively mild conditions, a method is known in which ZrOCl 2 .8H 2 O is added to TEOS and polycondensation is performed under acidic conditions. However, this method has a drawback that Zr ions remain on the pore surface. Further, the aspect ratio of the synthesizable powder remains below 8.

これに対し、メソ細孔配向材料を合成する場合において、有機無機ハイブリッドの骨格を形成するための前駆体として少なくともZ3Si−CH2−CH2−SiZ3を用い、かつ、塩基性条件下で合成を行うと、100℃以下の攪拌及び静置下で、相対的に高いアスペクト比を有し、しかも、メソ細孔が厚さ方向に配向したメソ細孔配向材料が得られる。製造条件を最適化すると、アスペクト比が8以上であり、細孔が底面に対して垂直に開いている板状粒子が得られる。 On the other hand, when synthesizing a mesopore alignment material, at least Z 3 Si—CH 2 —CH 2 —SiZ 3 is used as a precursor for forming an organic-inorganic hybrid skeleton, When the synthesis is performed, a mesopore alignment material having a relatively high aspect ratio and having mesopores oriented in the thickness direction under stirring and standing at 100 ° C. or lower is obtained. When the production conditions are optimized, plate-like particles having an aspect ratio of 8 or more and pores opened perpendicular to the bottom surface can be obtained.

(実施例1)
[1. 試料の合成]
水(190.62g)、界面活性剤(オクタデシルトリメチルアンモニウムクロリド:C18TMA+Cl-)(5.95g)、NaOH(2.8g)を混合し、透明溶液になるまで室温下で攪拌した。その混合溶液にメソ細孔配向材料の骨格となるBTEE(10.63g)を投入し、室温下24時間、攪拌(500rpm)した。さらに、97℃の加熱(還流下)下で静置させた(24時間)。その結果、白濁溶液が生成した。溶液から粉末をろ過し、洗浄(水及びエタノール)した。
次に、生成物1gに対し、1wt%HCl溶液(エタノール希釈)500mLを加え、60℃−15hr下で界面活性剤を抽出した。
Example 1
[1. Sample synthesis]
Water (190.62 g), a surfactant (octadecyltrimethylammonium chloride: C 18 TMA + Cl ) (5.95 g), and NaOH (2.8 g) were mixed and stirred at room temperature until a clear solution was obtained. BTEE (10.63 g) serving as the skeleton of the mesopore alignment material was added to the mixed solution and stirred (500 rpm) at room temperature for 24 hours. Furthermore, it was allowed to stand under heating at 97 ° C. (under reflux) (24 hours). As a result, a cloudy solution was formed. The powder was filtered from the solution and washed (water and ethanol).
Next, 500 mL of 1 wt% HCl solution (ethanol diluted) was added to 1 g of the product, and the surfactant was extracted at 60 ° C. for 15 hours.

[2. 試験方法]
[2.1 X線回折]
得られたメソ細孔配向材料(エタン架橋型有機無機ハイブリッド)について、X線回折パターンを測定した。
[2.2 細孔構造]
得られたメソ細孔配向材料のBET比表面積、細孔容量、及び細孔サイズを測定した。また、メソ細孔配向材料のSEM像及びSTEM像を撮影した。
[2. Test method]
[2.1 X-ray diffraction]
The X-ray diffraction pattern of the obtained mesopore alignment material (ethane-crosslinked organic-inorganic hybrid) was measured.
[2.2 Pore structure]
The BET specific surface area, pore volume, and pore size of the obtained mesopore orientation material were measured. In addition, SEM images and STEM images of the mesopore alignment material were taken.

[3. 結果]
[3.1 X線回折パターン]
図1に、メソ細孔配向材料(エタン架橋型有機無機ハイブリッド)のX線回折パターン(左図)及びSEM像(右図)を示す。図1より、板状粒子が得られていることがわかる。図1左図中、4.8nm、2.82nm、及び2.46nmに相当する回折ピークは、それぞれ、d(10)、d(11)、及びd(20)に帰属されるピークであり、2D−ヘキサゴナル構造が形成されたことを示す。
[3. result]
[3.1 X-ray diffraction pattern]
FIG. 1 shows an X-ray diffraction pattern (left figure) and an SEM image (right figure) of a mesopore alignment material (ethane-crosslinked organic-inorganic hybrid). FIG. 1 shows that plate-like particles are obtained. In the left figure of FIG. 1, diffraction peaks corresponding to 4.8 nm, 2.82 nm, and 2.46 nm are peaks attributed to d (10), d (11), and d (20), respectively. It shows that 2D-hexagonal structure was formed.

[3.2 細孔構造]
図2(a)及び図b(b)に、それぞれ、メソ細孔配向材料の窒素吸着等温線及び細孔分布曲線を示す。
BET比表面積及び細孔容量は、それぞれ、751m2/g及び0.88cc/gであった。また、BJH法による平均細孔径は、3.2nmであった。
[3.2 Pore structure]
FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) show the nitrogen adsorption isotherm and pore distribution curve of the mesopore orientation material, respectively.
The BET specific surface area and the pore volume were 751 m 2 / g and 0.88 cc / g, respectively. Moreover, the average pore diameter by BJH method was 3.2 nm.

図3に、メソ細孔配向材料のSEM像(同一ロット、2視野)を示す。図3より、幅が1600〜2000nm、厚さが150〜200nm、アスペクト比が10〜11である板状粉末が得られていることがわかる。
図4に、メソ細孔配向材料のSTEM像を示す。図4より、約3nmの細孔が板状粒子の板面に対してほぼ垂直に配向していることがわかる。
FIG. 3 shows an SEM image (same lot, 2 fields of view) of the mesopore alignment material. FIG. 3 shows that a plate-like powder having a width of 1600 to 2000 nm, a thickness of 150 to 200 nm, and an aspect ratio of 10 to 11 is obtained.
FIG. 4 shows a STEM image of the mesopore alignment material. From FIG. 4, it can be seen that pores of about 3 nm are oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係るメソ細孔配向材料は、高伝導材料、高活性触媒、高感度センサー、超高密度記録媒体等に用いることができる。   The mesopore orientation material according to the present invention can be used for highly conductive materials, highly active catalysts, highly sensitive sensors, ultra-high density recording media, and the like.

Claims (2)

以下の構成を備えたメソ細孔配向材料。
(1)前記メソ細孔配向材料は、Si−O−Si結合を含む無機骨格と、炭素原子を1個以上有する2価の有機基とを備え、前記無機骨格を構成する異なるSi原子間が前記有機基で連結されている有機無機ハイブリッドからなる。
(2)前記メソ細孔配向材料は、(−O)3Si−CH2−CH2−Si(O−)3構造を含む。
(3)前記メソ細孔配向材料は、板状粒子からなり、前記板状粒子の板面に対してほぼ垂直に配向したメソ細孔を備えている。
A mesopore orientation material having the following configuration.
(1) The mesopore alignment material includes an inorganic skeleton containing a Si—O—Si bond and a divalent organic group having one or more carbon atoms, and different Si atoms constituting the inorganic skeleton are between It consists of an organic-inorganic hybrid connected by the organic group.
(2) The mesopore alignment material includes a (—O) 3 Si—CH 2 —CH 2 —Si (O—) 3 structure.
(3) The mesopore orientation material is composed of plate-like particles, and has mesopores oriented substantially perpendicular to the plate surface of the plate-like particles.
前記板状粒子のアスペクト比は、8以上であり、
前記板状粒子の幅は、400〜2000nmである
請求項1に記載のメソ細孔配向材料。
The aspect ratio of the plate-like particles is 8 or more,
The mesopore orientation material according to claim 1, wherein the plate-like particles have a width of 400 to 2000 nm.
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