JP7828662B2 - Method for reducing metal ions, plate-shaped metal nanoparticles, composites containing plate-shaped metal nanoparticles and their dispersions, and branched metal nanoparticles and methods for producing the same. - Google Patents
Method for reducing metal ions, plate-shaped metal nanoparticles, composites containing plate-shaped metal nanoparticles and their dispersions, and branched metal nanoparticles and methods for producing the same.Info
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Description
本発明は、金属イオンの還元方法、板状金属ナノ粒子、板状金属ナノ粒子を含む複合体及びその分散液、並びに多分枝金属ナノ粒子及びその製造方法に関する。 This invention relates to a method for reducing metal ions, plate-shaped metal nanoparticles, a composite containing plate-shaped metal nanoparticles and a dispersion thereof, and branched metal nanoparticles and a method for producing them.
金や銀、白金等の貴金属ナノ粒子及びその分散液は、通常、貴金属イオンを含む溶液に還元剤を添加し、金属イオンを還元する方法によって得られる。例えば、非特許文献1には、金イオンを水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)で還元することによって、金ナノ粒子を生成する方法が記載されている。しかしながら非特許文献1に記載の方法は、NaBH4やアルカンチオール(R-SH)等の有害な試薬を用いることが多く、また、還元剤や安定剤を溶解させる目的でトルエン等の有機溶媒を用いるため、環境への影響が懸念されている。
非特許文献2には、シクロヘキサノンを用いた塩化金酸の常温での還元方法が記載されているが、この方法も有害なシクロヘキサノンを還元剤として使用する必要がある。さらに、この方法で作成された金ナノ粒子は、その平均粒子径が最大で400nm程度であり、サイズや形状の制御が困難である。
Precious metal nanoparticles such as gold, silver, and platinum, and their dispersions, are usually obtained by adding a reducing agent to a solution containing precious metal ions and reducing the metal ions. For example, Non-Patent Document 1 describes a method for producing gold nanoparticles by reducing gold ions with sodium borohydride ( NaBH₄ ). However, the method described in Non-Patent Document 1 often uses harmful reagents such as NaBH₄ and alkanethiols (R-SH), and also uses organic solvents such as toluene to dissolve reducing agents and stabilizers, raising concerns about its impact on the environment.
Non-patent document 2 describes a method for reducing chloroauric acid at room temperature using cyclohexanone, but this method also requires the use of harmful cyclohexanone as a reducing agent. Furthermore, the gold nanoparticles produced by this method have an average particle size of up to approximately 400 nm, making it difficult to control their size and shape.
これまでに報告されている貴金属ナノ粒子の生成方法のほとんどは、非特許文献3に記載されているように、多種類の試薬を用いた多段階反応による方法であり、合成手順が複雑である。
特許文献1には、金イオン及び塩化物イオンを含む溶液と、ジブチルカルビトールとの接触により金ナノ粒子を含む有機相を得たのち、水相としてシュウ酸カリウムを加えることにより、金イオンを水相へ移行させると共に、常温付近の温度で還元処理を行って金を回収する方法が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法は、工程が複雑である上に、アルカリ金属であるカリウムが混入する恐れがあるため、回収された金の応用先が限定される懸念がある。また、特許文献1に記載の方法でも、得られる金ナノ粒子のサイズや形状の制御が難しいという問題がある。
Most of the methods for producing precious metal nanoparticles reported to date, as described in Non-Patent Document 3, involve multi-step reactions using various reagents, resulting in complex synthesis procedures.
Patent Document 1 describes a method for recovering gold by contacting a solution containing gold ions and chloride ions with dibutyl carbitol to obtain an organic phase containing gold nanoparticles, then adding potassium oxalate as an aqueous phase to transfer the gold ions to the aqueous phase, and performing a reduction treatment at a temperature near room temperature. However, the method described in Patent Document 1 is complex and there is a risk of contamination with potassium, an alkali metal, which may limit the applications of the recovered gold. Furthermore, even with the method described in Patent Document 1, there is a problem in that it is difficult to control the size and shape of the gold nanoparticles obtained.
ところで、金属ナノ粒子の中には、その表面が細かい枝状に分枝した「多分枝金属ナノ粒子」と呼ばれるものがある。このような多分枝金属ナノ粒子として、例えば、非特許文献4、5には、ウニのようなトゲを有する多分枝金属ナノ粒子、表面に細かい凹凸を有する多分枝金属ナノ粒子等が報告されている。これら非特許文献では、多種類の試薬を用いた多段階の反応によって多分枝金属ナノ粒子を作成しているため、合成手順が複雑である。 Incidentally, some metal nanoparticles have a surface that is finely branched, and are called "branched metal nanoparticles." Examples of such branched metal nanoparticles include those with spines resembling sea urchins and those with fine irregularities on their surface, as reported in Non-Patent Documents 4 and 5. These Non-Patent Documents describe complex synthesis procedures for branched metal nanoparticles, as they involve multi-step reactions using various reagents.
そこで本発明は、金属イオンを還元して金属ナノ粒子を得る方法であって、環境への負荷が少なく、簡便かつ省エネルギーな方法で金属ナノ粒子を得ることができ、かつ金属ナノ粒子のサイズや形状を簡単かつ詳細に制御できる金属イオンの還元方法、及び板状金属ナノ粒子を含む複合体とその分散液、並びに板状金属ナノ粒子を提供することを目的とする。また、本発明は、新規な多分枝金属ナノ粒子及びその製造方法を提供することも目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a method for reducing metal ions to obtain metal nanoparticles, which is environmentally friendly, simple, and energy-efficient, and allows for easy and precise control of the size and shape of the metal nanoparticles. It also aims to provide a composite containing plate-shaped metal nanoparticles and its dispersion, as well as plate-shaped metal nanoparticles. Furthermore, the present invention aims to provide novel multi-branched metal nanoparticles and a method for producing the same.
本発明者らは鋭意検討した結果、不飽和脂肪酸との接触によって金属イオンを還元することで、上記全ての課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は以下の態様を有する。
[1]不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる、金属イオンの還元方法。
[2]前記不飽和脂肪酸が、炭素数2~23のアルケニルカルボン酸である、[1]に記載の金属イオンの還元方法。
[3]前記アルケニルカルボン酸が、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有する、[2]に記載の金属イオンの還元方法。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
[4]溶液中で前記不飽和脂肪酸と前記金属イオンとを混合する工程を含む、[1]から[3]のいずれか一項に記載の金属イオンの還元方法。
[5]前記金属イオンが貴金属イオンを含む、[1]から[4]のいずれか一項に記載の金属イオンの還元方法。
[6]不飽和脂肪酸を含む、金属イオン還元剤。
[7]前記不飽和脂肪酸が、炭素数2~23のアルケニルカルボン酸である、[6]に記載の金属イオン還元剤。
[8]前記アルケニルカルボン酸が、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有する、[7]に記載の金属イオン還元剤。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
[9]不飽和脂肪酸と板状金属ナノ粒子とを含む、複合体。
[10]前記不飽和脂肪酸が、炭素数2~23のアルケニルカルボン酸である、[9]に記載の複合体。
[11]前記アルケニルカルボン酸が、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有する、[10]に記載の複合体。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
[12]前記不飽和脂肪酸が、前記板状金属ナノ粒子の少なくとも一方の表面に付着している、[9]から[11]のいずれか一項に記載の複合体。
[13]前記複合体の総質量に対する前記板状金属ナノ粒子の含有量が、80質量%以上である、[9]から[12]のいずれか一項に記載の複合体。
[14]前記板状金属ナノ粒子が、貴金属の板状金属ナノ粒子を含む、[9]から[13]のいずれか一項に記載の複合体。
[15]前記板状金属ナノ粒子が、金の板状金属ナノ粒子を含む、[9]から[14]のいずれか一項に記載の複合体。
[16]電気抵抗率が1×10-4Ω・m以下である、[15]に記載の複合体。
[17]ヤング率が1MPa以下である、[15]または[16]に記載の複合体。
[18][9]から[17]のいずれか一項に記載の複合体を含む、分散液。
[19]直径(d)と厚み(t)の比(d/t)が100~1200であり、前記厚み(t)が30nm未満である板状金属ナノ粒子。
[20]前記板状金属ナノ粒子が、貴金属の板状金属ナノ粒子を含む、[19]に記載の板状金属ナノ粒子。
[21]前記板状金属ナノ粒子が、金の板状金属ナノ粒子を含む、[19]または[20]に記載の板状金属ナノ粒子。
[22]中心部と、前記中心部から外方へ延出する複数の分枝部とを有する多分枝金属ナノ粒子であって、前記分枝部の結晶構造が単結晶を含み、前記多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造が多結晶である、多分枝金属ナノ粒子。
[23]前記分枝部は、複数の板状片を含む、[22]に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[24]前記分枝部が、前記中心部から外方へ立体的に、かつ不規則に延出する複数の板状片で構成されている、[22]または[23]に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[25]前記板状片の延出部の結晶構造が単結晶である、[23]または[24]に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[26]前記板状片の平均長さが、20~100nmである、[23]から[25]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[27]前記多分枝金属ナノ粒子が、貴金属の多分枝金属ナノ粒子を含む、[22]から[26]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[28]前記多分枝金属ナノ粒子が、金の多分枝金属ナノ粒子を含む、[22]から[27]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子。
[29][22]から[28]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子を含む分散液。
[30][22]から[28]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子と、不飽和脂肪酸とを含む、複合体。
[31]前記不飽和脂肪酸が、炭素数5~23のアルケニルカルボン酸である、[30]に記載の複合体。
[32]前記アルケニルカルボン酸が、下記式(X3)又は下記式(X4)の構造を有する、[31]に記載の複合体。
R4-CH=CH-COOH ・・・(X3)
R5-CH=CH-R6-COOH ・・・(X4)
(式(X3)中、R4は、炭素数3~16のアルキル基を表す。式(X4)中、R5は、炭素数3~16のアルキル基を表し、R6は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
[33]不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる工程を含む、[22]から[28]のいずれか一項に記載の多分枝金属ナノ粒子の製造方法。
[34]前記不飽和脂肪酸が、炭素数5~23のアルケニルカルボン酸である、[33]に記載の多分枝金属ナノ粒子の製造方法。
[35]前記アルケニルカルボン酸が、下記式(X3)又は下記式(X4)の構造を有する、[34]に記載の多分枝金属ナノ粒子の製造方法。
R4-CH=CH-COOH ・・・(X3)
R5-CH=CH-R6-COOH ・・・(X4)
(式(X3)中、R4は、炭素数3~16のアルキル基を表す。式(X4)中、R5は、炭素数3~16のアルキル基を表し、R6は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
As a result of diligent research, the inventors discovered that all of the above problems can be solved by reducing metal ions through contact with unsaturated fatty acids, and thus completed the present invention.
In other words, the present invention has the following aspects.
[1] A method for reducing metal ions by bringing unsaturated fatty acids into contact with metal ions.
[2] The method for reducing metal ions according to [1], wherein the unsaturated fatty acid is an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms.
[3] The method for reducing a metal ion according to [2], wherein the alkenylcarboxylic acid has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
[4] A method for reducing a metal ion according to any one of [1] to [3], comprising the step of mixing the unsaturated fatty acid and the metal ion in a solution.
[5] A method for reducing a metal ion according to any one of [1] to [4], wherein the metal ion contains a noble metal ion.
[6] Metal ion reducing agent containing unsaturated fatty acids.
[7] The metal ion reducing agent according to [6], wherein the unsaturated fatty acid is an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms.
[8] The metal ion reducing agent according to [7], wherein the alkenylcarboxylic acid has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
[9] A composite comprising an unsaturated fatty acid and plate-shaped metal nanoparticles.
[10] The complex according to [9], wherein the unsaturated fatty acid is an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms.
[11] The composite according to [10], wherein the alkenylcarboxylic acid has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
[12] The composite according to any one of [9] to [11], wherein the unsaturated fatty acid is attached to at least one surface of the plate-shaped metal nanoparticles.
[13] The composite according to any one of [9] to [12], wherein the content of the plate-shaped metal nanoparticles relative to the total mass of the composite is 80% by mass or more.
[14] The composite according to any one of [9] to [13], wherein the plate-shaped metal nanoparticles include plate-shaped metal nanoparticles of a noble metal.
[15] The composite according to any one of [9] to [14], wherein the plate-shaped metal nanoparticles include gold plate-shaped metal nanoparticles.
[16] The composite material according to [15], wherein the electrical resistivity is 1 × 10⁻⁴ Ω·m or less.
[17] The composite according to [15] or [16], wherein the Young's modulus is 1 MPa or less.
A dispersion comprising the complex described in any one of items [18], [9], to [17].
[19] Plate-shaped metal nanoparticles having a diameter (d) to thickness (t) ratio (d/t) of 100 to 1200, and a thickness (t) of less than 30 nm.
[20] The plate-shaped metal nanoparticles according to [19], wherein the plate-shaped metal nanoparticles include plate-shaped metal nanoparticles of a noble metal.
[21] The plate-shaped metal nanoparticles according to [19] or [20], wherein the plate-shaped metal nanoparticles include gold plate-shaped metal nanoparticles.
[22] A branched metal nanoparticle having a central part and a plurality of branched parts extending outward from the central part, wherein the crystal structure of the branched parts includes single crystals and the crystal structure of the entire branched metal nanoparticle is polycrystalline.
[23] The branched portion comprises a plurality of plate-like pieces, as described in [22], a multi-branched metal nanoparticle.
[24] The branched portion is composed of a plurality of plate-like pieces that extend outward three-dimensionally and irregularly from the central part, as described in [22] or [23].
[25] The branched metal nanoparticle according to [23] or [24], wherein the crystal structure of the extended portion of the plate-like piece is a single crystal.
[26] The branched metal nanoparticle according to any one of [23] to [25], wherein the average length of the plate-like piece is 20 to 100 nm.
[27] The branched metal nanoparticles according to any one of [22] to [26], wherein the branched metal nanoparticles include branched metal nanoparticles of a noble metal.
[28] The branched metal nanoparticles according to any one of [22] to [27], wherein the branched metal nanoparticles include gold branched metal nanoparticles.
A dispersion containing branched metal nanoparticles as described in any one of items [29], [22], to [28].
A complex comprising branched metal nanoparticles as described in any one of items [30], [22] to [28], and an unsaturated fatty acid.
[31] The complex according to [30], wherein the unsaturated fatty acid is an alkenylcarboxylic acid having 5 to 23 carbon atoms.
[32] The complex according to [31], wherein the alkenylcarboxylic acid has the structure of the following formula (X3) or the following formula (X4).
R 4 -CH=CH-COOH...(X3)
R 5 -CH=CH-R 6 -COOH...(X4)
(In formula (X3), R4 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms. In formula (X4), R5 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and R6 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH) CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group.)
[33] A method for producing branched metal nanoparticles according to any one of [22] to [28], comprising the step of contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion.
[34] The method for producing branched metal nanoparticles according to [33], wherein the unsaturated fatty acid is an alkenylcarboxylic acid having 5 to 23 carbon atoms.
[35] The method for producing branched metal nanoparticles according to [34], wherein the alkenylcarboxylic acid has the structure of the following formula (X3) or the following formula (X4).
R 4 -CH=CH-COOH...(X3)
R 5 -CH=CH-R 6 -COOH...(X4)
(In formula (X3), R4 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms. In formula (X4), R5 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and R6 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH) CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group.)
本発明によれば、金属イオンを還元して金属ナノ粒子を得る方法であって、環境への負荷が少なく、簡便かつ省エネルギーな方法で金属ナノ粒子を得ることができ、かつ金属ナノ粒子のサイズや形状を簡単かつ詳細に制御できる金属イオンの還元方法、及び板状金属ナノ粒子を含む複合体とその分散液、並びに板状金属ナノ粒子を提供することができる。また、本発明によれば、新規な多分枝金属ナノ粒子と、環境への負荷が少なく、簡便かつ省エネルギーな方法で多分枝金属ナノ粒子を製造できる、多分枝金属ナノ粒子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a method for reducing metal ions to obtain metal nanoparticles is available that is environmentally friendly, simple, and energy-efficient, and allows for easy and precise control of the size and shape of the metal nanoparticles. The invention also provides a composite containing plate-shaped metal nanoparticles and its dispersion, as well as plate-shaped metal nanoparticles. Furthermore, the present invention provides novel multi-branched metal nanoparticles and a method for producing multi-branched metal nanoparticles that is environmentally friendly, simple, and energy-efficient.
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の態様に限定されるものではない。
[金属イオンの還元方法]
本発明の第1の態様は、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる、金属イオンの還元方法である。第1の態様によれば、不飽和脂肪酸を金属イオンと接触させることで金属イオンが還元され、金属ナノ粒子が生成される。本態様の還元方法によれば、簡便且つ省エネルギーな方法で金属ナノ粒子を製造することができる。
なお本明細書において、「金属イオン」とは、金属原子から生じる陽イオンを意味し、その価数は、本発明の効果を有する限り特に限定されない。
また本明細書において、「金属ナノ粒子」には、「粒状金属ナノ粒子」及び「板状金属ナノ粒子」の両方が含まれる。ここで、「粒状金属ナノ粒子」とは、粒子形状が球形に近似しており、かつ粒子の長軸(b)と短軸(a)の比(b/a)で表されるアスペクト比が、1.0~1.5の金属ナノ粒子のことを意味する。また、「板状金属ナノ粒子」とは、粒子形状が板状をしており、粒子の直径(d)に対して、厚み(t)が非常に小さい薄片の粒子のことを意味する。ここで、板状金属ナノ粒子の直径(d)とは、板状金属ナノの突出した一方の端部と他方の端部とが円周上に接するように、前記板状金属ナノ粒子を内包する真円を描いた際、その真円の直径のことを意味する。なお、粒状金属ナノ粒子のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
本明細書において、前記アスペクト比は、10個の粒状金属ナノ粒子の長軸(b)と短軸(a)を測定し、その平均値から算出した値を意味する。
また、板状金属ナノ粒子の直径及び厚みは、走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。本明細書において、板状金属ナノ粒子の前記直径(d)及び前記厚み(t)は、10個の板状金属ナノ粒子の平均値である。
The present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following embodiments.
[Methods for reducing metal ions]
A first aspect of the present invention is a method for reducing metal ions by contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion. According to the first aspect, the metal ion is reduced by contacting the unsaturated fatty acid with the metal ion, and metal nanoparticles are produced. According to the reduction method of this aspect, metal nanoparticles can be produced in a simple and energy-saving manner.
In this specification, "metal ion" means a cation generated from a metal atom, and its valency is not particularly limited as long as it has the effect of the present invention.
In this specification, "metal nanoparticles" include both "granular metal nanoparticles" and "plate-like metal nanoparticles." Here, "granular metal nanoparticles" refer to metal nanoparticles whose particle shape approximates a sphere and whose aspect ratio, expressed as the ratio of the major axis (b) to the minor axis (a) (b/a), is between 1.0 and 1.5. "Plate-like metal nanoparticles" refer to thin particles whose particle shape is plate-like and whose thickness (t) is very small relative to the particle diameter (d). Here, the diameter (d) of plate-like metal nanoparticles refers to the diameter of a perfect circle drawn enclosing the plate-like metal nanoparticles, such that one protruding end and the other end of the plate-like metal nanoparticles touch on the circumference. The aspect ratio of granular metal nanoparticles can be measured using a scanning electron microscope.
In this specification, the aspect ratio refers to a value calculated from the average value obtained by measuring the long axis (b) and short axis (a) of 10 granular metal nanoparticles.
Furthermore, the diameter and thickness of the plate-shaped metal nanoparticles can be measured using a scanning electron microscope and an atomic force microscope. In this specification, the diameter (d) and thickness (t) of the plate-shaped metal nanoparticles are the average values of 10 plate-shaped metal nanoparticles.
<不飽和脂肪酸>
第1の態様では、不飽和脂肪酸を用いて金属イオンを還元する。不飽和脂肪酸とは、分子構造内に少なくとも1つの不飽和結合と、少なくとも1つのカルボキシ基を有する脂肪酸のことを意味する。不飽和結合の位置は本発明の効果を有する限り特に限定されない。本態様において、不飽和脂肪酸はシス体であってもよく、トランス体であってもよい。
1つの好ましい態様においては、前記不飽和脂肪酸は炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であることが好ましい。炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなる。なお、前記炭素数はアルケニル基の炭素数を表す。アルケニル基の炭素数は2~21がより好ましく、2~17がさらに好ましい。また、前記アルケニルカルボン酸は、分子内に2つ以上のカルボキシ基を有していてもよい。
1つのより好ましい態様においては、前記アルケニルカルボン酸は、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有することが好ましい。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
<Unsaturated fatty acids>
In the first embodiment, metal ions are reduced using an unsaturated fatty acid. An unsaturated fatty acid means a fatty acid having at least one unsaturated bond and at least one carboxyl group in its molecular structure. The position of the unsaturated bond is not particularly limited as long as it provides the effects of the present invention. In this embodiment, the unsaturated fatty acid may be in cis or trans form.
In one preferred embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms. If the alkenylcarboxylic acid has 2 to 23 carbon atoms, the metal ions are more easily reduced. The carbon number refers to the number of carbon atoms in the alkenyl group. The number of carbon atoms in the alkenyl group is more preferably 2 to 21, and even more preferably 2 to 17. Furthermore, the alkenylcarboxylic acid may have two or more carboxyl groups in its molecule.
In one more preferred embodiment, the alkenylcarboxylic acid preferably has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
上記式(X1)又は(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンの還元と形状制御の効果が得られやすくなる。このうち、式(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であることがさらに好ましい。また、R3がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基である、アルケニルジカルボン酸が特に好ましい。このようなアルケニルジカルボン酸としては、例えば、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸、オクテニルコハク酸、ドデセニルコハク酸等が挙げられ、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸が特に好ましい。 If the alkenyl carboxylic acid has the structure of formula (X1) or (X2) above, the effects of metal ion reduction and shape control are more easily obtained. Of these, the alkenyl carboxylic acid having the structure of formula (X2) is even more preferable. In addition, alkenyl dicarboxylic acids in which R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group are particularly preferred. Examples of such alkenyl dicarboxylic acids include 2-octenyl succinic acid, 2-dodecene-1-yl succinic acid, octenyl succinic acid, dodecenyl succinic acid, etc., with 2-octenyl succinic acid and 2-dodecene-1-yl succinic acid being particularly preferred.
<金属イオン>
第1の態様において、不飽和脂肪酸により還元される金属イオンは、貴金属イオンを含むことが好ましい。貴金属イオンとしては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等の陽イオンが挙げられる。このうち、金属イオンとしては、金、銀、又は白金を含むことがより好ましく、金を含むことが特に好ましい。
<Metal Ions>
In the first embodiment, the metal ions reduced by the unsaturated fatty acid preferably include noble metal ions. Examples of noble metal ions include cations such as gold, silver, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium. Of these, the metal ions are more preferably gold, silver, or platinum, and particularly preferably gold.
<還元条件>
本発明の第1の態様における金属イオンの還元方法は、溶液中、より好ましくは水溶液中で、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる工程を含むことが好ましい。このように、水溶液中で金属イオンを還元する方法であれば、環境への負荷がより小さくなるため好ましい。また、不飽和脂肪酸と金属イオンとの接触は、これらを含む溶液を混合することによって行われることがより好ましい。
還元時の温度は、常温~90℃であることが好ましく、20~70℃であることがより好ましい。なお、「常温」とは、室温、又は20℃を意味する。
溶液中の不飽和脂肪酸の濃度は、溶液の総重量に対して、0.1~5wt%であることが好ましく、0.8~1.5wt%であることがより好ましい。不飽和脂肪酸の濃度が前記範囲内であれば、金属イオンを還元しやすくなる。
なお、前記溶液中には、不飽和脂肪酸及び金属イオン以外のその他の成分が含まれていてもよい。その他の成分としては、本発明の効果を有する限り特に限定されないが、例えば、エタノール等が挙げられる。その他成分を含む場合、その配合量は、例えば、水等の溶媒に対して0.1~50(V/V%)の範囲であることが好ましい。
<Conditions for Redemption>
The first aspect of the present invention provides a method for reducing metal ions, which preferably includes a step of contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion in a solution, more preferably in an aqueous solution. A method of reducing metal ions in an aqueous solution is preferable because it has a lower environmental impact. Furthermore, it is more preferable that the contact between the unsaturated fatty acid and the metal ion is carried out by mixing a solution containing them.
The reduction temperature is preferably room temperature to 90°C, and more preferably 20°C to 70°C. "Room temperature" refers to room temperature or 20°C.
The concentration of unsaturated fatty acids in the solution is preferably 0.1 to 5 wt%, and more preferably 0.8 to 1.5 wt%, relative to the total weight of the solution. When the concentration of unsaturated fatty acids is within the above range, it becomes easier to reduce metal ions.
The solution may also contain other components besides unsaturated fatty acids and metal ions. These other components are not particularly limited as long as they provide the effects of the present invention, but examples include ethanol. If other components are included, their amount is preferably in the range of 0.1 to 50 (V/V%) relative to a solvent such as water.
本発明の第1の態様によれば、前述の通り、不飽和脂肪酸、好ましくは特定の構造を有するアルケニルカルボン酸と金属イオンとを接触させることにより、容易に金属イオンを還元することができる。その結果、0価の金属ナノ粒子が生成される。第1の態様の方法によれば、粒状金属ナノ粒子、板状金属ナノ粒子、及び不飽和脂肪酸と板状金属ナノ粒子とを含む複合体からなる群より選択される少なくとも1つを含む金属ナノ粒子を得ることができる。
第1の態様において、粒状金属ナノ粒子は、例えば、前記式(X1)の構造を有するアルケニルカルボン酸において、R1が水素、又は炭素数1~16のアルキル基であるアルケニルカルボン酸を用いて金属イオンを還元することにより、調製されやすい。また、室温又は加熱の条件(例えば、50~60℃)で金属イオンと不飽和脂肪酸とを接触させることで調製されやすくなる。得られる粒状金属ナノ粒子は、その平均粒子径が50~120nmであり、アスペクト比が1~1.5の範囲のものである。なお、粒状金属ナノ粒子の平均粒子径とは、粒状金属ナノ粒子10個の長軸を測定し、その平均値のことを意味する。
また、本態様の還元方法によれば、特異的な構造を有する板状の金属ナノ粒子も得ることができる。板状金属ナノ粒子は、前記式(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸において、R2が、炭素数5~16のアルキル基、R3が、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸で金属イオンを還元することにより調製されやすい。
本態様の還元方法で得られる板状金属ナノ粒子は、厚み(t)が数nmであるのに対し、その直径(d)が数μmまでに成長する。本態様の還元方法であれば、このように、厚み(t)と直径(d)の比が非常に大きな薄片の金属ナノ粒子を、簡便かつ省エネルギーな方法で得ることが可能である。また、板状金属ナノ粒子と不飽和脂肪酸との複合体も得ることができる。これら板状金属ナノ粒子及び複合体の詳細については後述する。なお、金属イオンの還元状態については、目視による色変化によっても確認することができる。
その他、具体的には、吸収スペクトル、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、透過電子顕微鏡等の分析方法で確認できる。
According to a first aspect of the present invention, as described above, metal ions can be easily reduced by contacting them with an unsaturated fatty acid, preferably an alkenyl carboxylic acid having a specific structure. As a result, zero-valent metal nanoparticles are produced. According to the method of the first aspect, metal nanoparticles can be obtained that include at least one selected from the group consisting of granular metal nanoparticles, plate-like metal nanoparticles, and composites containing an unsaturated fatty acid and plate-like metal nanoparticles.
In the first embodiment, granular metal nanoparticles are easily prepared, for example, by reducing a metal ion using an alkenylcarboxylic acid having the structure of formula (X1), where R1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. Alternatively, they can be easily prepared by contacting a metal ion with an unsaturated fatty acid at room temperature or under heated conditions (e.g., 50 to 60°C). The resulting granular metal nanoparticles have an average particle diameter of 50 to 120 nm and an aspect ratio in the range of 1 to 1.5. The average particle diameter of the granular metal nanoparticles refers to the average value obtained by measuring the long axis of 10 granular metal nanoparticles.
Furthermore, according to the reduction method of this embodiment, plate-shaped metal nanoparticles having a specific structure can also be obtained. Plate-shaped metal nanoparticles are easily prepared by reducing metal ions with an alkenylcarboxylic acid having the structure of formula (X2), in which R2 is an alkyl group having 5 to 16 carbon atoms, and R3 is a CH2CH ( -COOH)CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group.
The plate-like metal nanoparticles obtained by the reduction method of this embodiment have a thickness (t) of several nanometers, while their diameter (d) grows to several micrometers. With this reduction method, it is possible to obtain thin metal nanoparticles with a very large ratio of thickness (t) to diameter (d) in a simple and energy-efficient manner. Furthermore, composites of plate-like metal nanoparticles and unsaturated fatty acids can also be obtained. Details of these plate-like metal nanoparticles and composites will be described later. The reduction state of metal ions can also be confirmed by visual color change.
In addition, it can be confirmed using analytical methods such as absorption spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy.
以上、第1の態様によれば、簡便かつ省エネルギーな方法で金属イオンを還元して金属ナノ粒子を生成することができる。すなわち、本発明の第1の態様の別の側面は、不飽和脂肪酸、好ましくは炭素数2~23のアルケニルカルボン酸、より好ましくは前記式(X1)又は(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸の、金属イオンの還元剤としての使用である。また、本発明の第1の態様のその他の側面は、不飽和脂肪酸、好ましくは炭素数2~23のアルケニルカルボン酸、より好ましくは前記式(X1)又は(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸を含む、金属イオン還元剤である。 As described above, according to the first embodiment, metal ions can be reduced and metal nanoparticles produced in a simple and energy-saving manner. That is, another aspect of the first embodiment of the present invention is the use of an unsaturated fatty acid, preferably an alkenyl carboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms, more preferably an alkenyl carboxylic acid having the structure of formula (X1) or (X2), as a metal ion reducing agent. Furthermore, another aspect of the first embodiment of the present invention is a metal ion reducing agent comprising an unsaturated fatty acid, preferably an alkenyl carboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms, more preferably an alkenyl carboxylic acid having the structure of formula (X1) or (X2).
[金属ナノ粒子の製造方法]
本発明の第2の態様は、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる工程を含む、金属ナノ粒子の製造方法である。前述の通り、本願発明者らは、不飽和脂肪酸を用いて金属イオンを還元することで、容易に金属ナノ粒子を製造できることを見出した。すなわち、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させることによって金属イオンを還元し、0価の金属ナノ粒子を製造することができる。
[Method for manufacturing metal nanoparticles]
A second aspect of the present invention is a method for producing metal nanoparticles, comprising the step of contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion. As described above, the inventors of the present invention have found that metal nanoparticles can be easily produced by reducing a metal ion using an unsaturated fatty acid. That is, by contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion, the metal ion can be reduced to produce zero-valent metal nanoparticles.
<不飽和脂肪酸>
第2の態様における不飽和脂肪酸は、第1の態様と同様のものが挙げられる。
1つの好ましい態様においては、前記不飽和脂肪酸は炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であることが好ましい。炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなる。なお、前記炭素数はアルケニル基の炭素数を表す。アルケニル基の炭素数は2~21がより好ましく、2~17がさらに好ましい。また、前記アルケニルカルボン酸は、分子内に2つ以上のカルボキシ基を有していてもよい。
1つのより好ましい態様においては、前記アルケニルカルボン酸は、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有することが好ましい。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
<Unsaturated fatty acids>
Examples of unsaturated fatty acids in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
In one preferred embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms. If the alkenylcarboxylic acid has 2 to 23 carbon atoms, the metal ions are more easily reduced. The carbon number refers to the number of carbon atoms in the alkenyl group. The number of carbon atoms in the alkenyl group is more preferably 2 to 21, and even more preferably 2 to 17. Furthermore, the alkenylcarboxylic acid may have two or more carboxyl groups in its molecule.
In one more preferred embodiment, the alkenylcarboxylic acid preferably has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
上記式(X1)又は(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなる。このうち、式(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であることがさらに好ましい。また、R3がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基であるアルケニルジカルボン酸が特に好ましい。このようなアルケニルジカルボン酸としては、例えば、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸、オクテニルコハク酸、ドデセニルコハク酸等が挙げられ、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸が特に好ましい。 If the alkenyl carboxylic acid has the structure of formula (X1) or (X2) above, the metal ion is more easily reduced. Of these, the alkenyl carboxylic acid having the structure of formula (X2) is even more preferred. In addition, alkenyl dicarboxylic acids in which R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group are particularly preferred. Examples of such alkenyl dicarboxylic acids include 2-octenyl succinic acid, 2-dodecene-1-yl succinic acid, octenyl succinic acid, dodecenyl succinic acid, etc., with 2-octenyl succinic acid and 2-dodecene-1-yl succinic acid being particularly preferred.
<金属イオン>
第2の態様における金属イオンとしては、第1の態様と同じものが挙げられ、好ましい例もまた同じである。
第2の態様において、金属イオンは塩化金酸等の金属塩から調製されることが好ましい。このような金属塩を水に溶解させることで、より容易に金属イオンを調製できる。
<Metal Ions>
The metal ions in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and the preferred examples are also the same.
In a second embodiment, it is preferable that the metal ions are prepared from a metal salt such as chloroauric acid. By dissolving such a metal salt in water, the metal ions can be prepared more easily.
<製造工程>
第2の態様において、不飽和脂肪酸と金属イオンとの接触(以下、単に「接触工程」と言うこともある)は溶液中で行われる。また、前記溶液は水溶液、あるいは水を含む混合溶液であることが好ましい。第2の態様においては、溶液中で不飽和脂肪酸と金属イオンとを混合することによって、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させることが好ましい。
接触工程における好ましい条件、すなわち、溶液の温度、不飽和脂肪酸の濃度、混合条件等は、第1の態様と同様である。このような条件で不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させることにより、容易に金属イオンが還元され、金属ナノ粒子が生成される。なお、金属イオンが還元されたかどうかの確認方法は、第1の態様と同様の方法で確認することができる。
<Manufacturing process>
In the second embodiment, the contact between the unsaturated fatty acid and the metal ion (hereinafter sometimes simply referred to as the "contact step") is carried out in a solution. Furthermore, the solution is preferably an aqueous solution or a mixed solution containing water. In the second embodiment, it is preferable to bring the unsaturated fatty acid and the metal ion into contact by mixing the unsaturated fatty acid and the metal ion in a solution.
The preferred conditions in the contact process, namely the solution temperature, the concentration of the unsaturated fatty acid, and the mixing conditions, are the same as in the first embodiment. By contacting the unsaturated fatty acid with metal ions under these conditions, the metal ions are easily reduced, and metal nanoparticles are generated. The method for confirming whether the metal ions have been reduced can be the same as in the first embodiment.
前述の接触工程により、金属イオンが還元されて、金属ナノ粒子が生成する。金属ナノ粒子は、溶液中に分散した状態(金属ナノ粒子を含む分散液)で得られる。そのため、本態様の製造方法では、前記接触工程の後、金属ナノ粒子を回収する工程を含んでいてもよい。
金属ナノ粒子の回収方法としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、従来公知の方法、例えば、前記の溶液中に酢酸エチル等を添加して有機溶媒相に金属ナノ粒子を移行させた後、前記有機溶媒相に含まれる金属ナノ粒子を回収する方法等によって回収してもよい。
The aforementioned contact step reduces metal ions, generating metal nanoparticles. The metal nanoparticles are obtained in a dispersed state in a solution (a dispersion containing metal nanoparticles). Therefore, the manufacturing method of this embodiment may include a step of recovering the metal nanoparticles after the contact step.
The method for recovering the metal nanoparticles is not particularly limited as long as it achieves the effects of the present invention, and may be recovered by conventionally known methods, such as adding ethyl acetate or the like to the solution to transfer the metal nanoparticles to the organic solvent phase, and then recovering the metal nanoparticles contained in the organic solvent phase.
<金属ナノ粒子>
第2の態様の製造方法によれば、粒状金属ナノ粒子、板状金属ナノ粒子、及び不飽和脂肪酸と板状金属ナノ粒子とを含む複合体からなる群より選択される少なくとも1つを含む金属ナノ粒子が得られる。
第2の態様において、粒状金属ナノ粒子は、例えば、前記式(X1)の構造を有するアルケニルカルボン酸において、R1が水素、又は炭素数1~16のアルキル基であるアルケニルカルボン酸を用いて金属イオンを還元することにより、より調製されやすい。また、室温又は加熱の条件(例えば、50~60℃)で金属イオンと不飽和脂肪酸とを接触させることで調製されやすくなる。得られる粒状ナノ粒子は、その平均粒子径が50~120nmであり、アスペクト比が1~1.5の範囲のものである。
また、本態様の金属ナノ粒子の製造方法によれば、特異的な構造を有する板状の金属ナノ粒子を得ることができる。本態様の製造方法で得られる板状金属ナノ粒子は、厚み(t)が数nmであるのに対し、その直径(d)が数μmまでに成長する。このように、厚み(t)と直径(d)の比が非常に大きな板状金属ナノ粒子が得られるのは、下記の理由によるものと考えられる。
不飽和脂肪酸、好ましくは炭素数2~23のアルケニルカルボン酸は、図3A又は図3Bに示すように、溶液中で二分子層構造を形成することがある。このような二分子層構造は、例えば、40~70℃に加熱して水等の溶媒に溶解させた後に冷却することによって生じやすい。
このような不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させると、二分子層構造の間で金属イオンの還元反応が起こり、その結果、前記層構造の間で金属ナノ粒子が生成することがある。二分子層構造は、厚み方向(すなわち、図3A又は図3Bにおいて、二分子層構造の高さ方向)における幅が制御されているため、直径方向(すなわち、図3A又は図3Bにおいて、二分子層構造の横方向)に粒子が成長しやすくなる。その結果、直径(d)方向に粒子が大きく成長した非常に厚みの薄い板状の金属ナノ粒子が生成すると考えられる。すなわち、本態様の金属ナノ粒子の製造方法によれば、前記式(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸において、R2が炭素数5~16のアルキル基であり、R3がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基のときに、金属ナノ粒子の形状を「非常に薄い板状」に制御しやすくなる。さらに、このような特異的な形状を有する板状金属ナノ粒子を、非常にマイルドな条件、かつ環境への負荷の少ない方法で製造することができる。
なお、本態様の製造方法では、板状金属ナノ粒子と不飽和脂肪酸との複合体も得ることができる。このような複合体は可塑性や粘着性を有しているため、成形性が良好となりやすい。
<Metal nanoparticles>
According to the manufacturing method of the second embodiment, metal nanoparticles can be obtained that include at least one selected from the group consisting of granular metal nanoparticles, plate-like metal nanoparticles, and composites containing unsaturated fatty acids and plate-like metal nanoparticles.
In a second embodiment, granular metal nanoparticles are more readily prepared, for example, by reducing a metal ion using an alkenylcarboxylic acid having the structure of formula (X1), where R1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. They are also readily prepared by contacting a metal ion with an unsaturated fatty acid at room temperature or under heated conditions (e.g., 50 to 60°C). The resulting granular nanoparticles have an average particle size of 50 to 120 nm and an aspect ratio in the range of 1 to 1.5.
Furthermore, the method for producing metal nanoparticles according to this embodiment makes it possible to obtain plate-shaped metal nanoparticles having a unique structure. The plate-shaped metal nanoparticles obtained by the production method according to this embodiment have a thickness (t) of several nanometers, while their diameter (d) grows to several micrometers. The reason why plate-shaped metal nanoparticles with such a large ratio of thickness (t) to diameter (d) can be obtained is thought to be due to the following reasons.
Unsaturated fatty acids, preferably alkenylcarboxylic acids having 2 to 23 carbon atoms, may form a bilayer structure in solution, as shown in Figure 3A or Figure 3B. Such a bilayer structure is easily formed, for example, by heating to 40 to 70°C, dissolving in a solvent such as water, and then cooling.
When such unsaturated fatty acids are brought into contact with metal ions, a reduction reaction of the metal ions occurs between the bilayer structures, and as a result, metal nanoparticles may be generated between the layers. Because the width of the bilayer structure is controlled in the thickness direction (i.e., the height direction of the bilayer structure in Figure 3A or Figure 3B), particles tend to grow in the diameter direction (i.e., the lateral direction of the bilayer structure in Figure 3A or Figure 3B). As a result, it is thought that very thin, plate-like metal nanoparticles with large particle growth in the diameter (d) direction are generated. In other words, according to the method for producing metal nanoparticles of this embodiment, when R2 is an alkyl group having 5 to 16 carbon atoms and R3 is a CH2CH (-COOH)CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group in an alkenylcarboxylic acid having the structure of formula ( X2) , it becomes easier to control the shape of the metal nanoparticles to be "very thin and plate-like". Furthermore, plate-like metal nanoparticles having such a specific shape can be produced under very mild conditions and by a method that has little environmental impact.
Furthermore, the manufacturing method of this embodiment can also yield a composite of plate-shaped metal nanoparticles and unsaturated fatty acids. Since such composites have plasticity and adhesiveness, they tend to have good moldability.
上記の通り、本発明の不飽和脂肪酸は、1つの物質で、還元剤、安定化剤(金属ナノ粒子の分散・安定化剤)、金属ナノ粒子の形状及びサイズの制御という、3つの役割を併せ持つ物質であるため、これらの役割を担う他の物質を追加する必要がない。したがって、本発明の第2の態様の製造方法によれば、不飽和脂肪酸、金属イオン、及びこれらの溶剤の3つの成分のみで、金属ナノ粒子を製造することができる。
なお、本製造方法で得られる複合体は、100~600℃、好ましくは210~350℃で加熱することによって不飽和脂肪酸を除去して板状金属ナノ粒子のみを取り出すことができる。従って、第2の態様は、複合体から不飽和脂肪酸を除去する工程を含んでいてもよい。
以下、本発明の板状金属ナノ粒子、及び複合体について詳細に説明する。
As described above, the unsaturated fatty acid of the present invention is a single substance that performs three roles: reducing agent, stabilizer (dispersant and stabilizer for metal nanoparticles), and control of the shape and size of metal nanoparticles. Therefore, there is no need to add other substances that perform these roles. Accordingly, according to the manufacturing method of the second embodiment of the present invention, metal nanoparticles can be produced using only three components: unsaturated fatty acid, metal ions, and their solvents.
Furthermore, the composite obtained by this manufacturing method can be heated at 100 to 600°C, preferably 210 to 350°C, to remove unsaturated fatty acids and extract only plate-shaped metal nanoparticles. Therefore, the second embodiment may include a step of removing unsaturated fatty acids from the composite.
The plate-shaped metal nanoparticles and composites of the present invention will be described in detail below.
[板状金属ナノ粒子]
本発明の第3の態様は、直径(d)と厚み(t)の比(d/t)が100~1200であり、前記厚み(t)が30nm未満である板状金属ナノ粒子である。本態様の板状金属ナノ粒子は、その直径(d)に対して、厚み(t)が非常に小さいという特徴を持つ。このような板状金属ナノ粒子は、例えば、製膜性の点で有利である。
前記(d/t)は、100~1200であり、250~800が好ましく、400~800がより好ましい。また、厚み(t)は、5nm以上30nm未満が好ましく、5~12nmがより好ましい。なお、板状金属ナノ粒子の直径(d)は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した値のことを指す。また、板状金属ナノ粒子の厚み(t)は、原子間力顕微鏡を用いて測定した値のことを指す。
第3の態様において、板状金属ナノ粒子は、貴金属の板状金属ナノ粒子を含むことが好ましい。貴金属としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等が挙げられる。このうち、金、銀、又は白金の板状金属ナノ粒子を含むことがより好ましく、金の板状金属ナノ粒子を含むことが特に好ましい。
[Sheet-shaped metal nanoparticles]
A third aspect of the present invention is a plate-shaped metal nanoparticle having a diameter (d) to thickness (t) ratio (d/t) of 100 to 1200, and a thickness (t) of less than 30 nm. The plate-shaped metal nanoparticle of this aspect is characterized by having a very small thickness (t) relative to its diameter (d). Such plate-shaped metal nanoparticles are advantageous, for example, in terms of film-forming properties.
The (d/t) ratio is 100 to 1200, preferably 250 to 800, and more preferably 400 to 800. The thickness (t) is preferably 5 nm or more and less than 30 nm, and more preferably 5 to 12 nm. The diameter (d) of the plate-shaped metal nanoparticles refers to the value measured using a scanning electron microscope. The thickness (t) of the plate-shaped metal nanoparticles refers to the value measured using an atomic force microscope.
In a third embodiment, the plate-shaped metal nanoparticles preferably include plate-shaped metal nanoparticles of a precious metal. Examples of precious metals include gold, silver, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium. Of these, it is more preferable to include plate-shaped metal nanoparticles of gold, silver, or platinum, and it is particularly preferable to include plate-shaped metal nanoparticles of gold.
第3の態様における板状金属ナノ粒子は、例えば、本発明の第1及び第2の態様に記載の方法にて製造することができる。
前述の通り、不飽和脂肪酸は水などの溶液中で二分子層構造を形成することがある。このような二分子層構造中で金属イオンを還元することにより、直径方向に粒子が大きく成長した(すなわち、(d/t)の大きな)板状金属ナノ粒子を製造することができる。なお、第1及び第2の態様において、板状金属ナノ粒子は、不飽和脂肪酸を含む複合体として得られる場合がある。この複合体を加熱処理して不飽和脂肪酸を除去することにより、板状金属ナノ粒子のみを取り出すことが可能である。
このような板状金属ナノ粒子は、例えば、触媒、薬物輸送、腫瘍検出等への応用が可能である。
The plate-shaped metal nanoparticles in the third embodiment can be manufactured, for example, by the methods described in the first and second embodiments of the present invention.
As mentioned above, unsaturated fatty acids can form a bilayer structure in solutions such as water. By reducing metal ions in such a bilayer structure, plate-like metal nanoparticles with a large diameter (i.e., a large (d/t) ratio) can be produced. In the first and second embodiments, the plate-like metal nanoparticles may be obtained as a composite containing unsaturated fatty acids. By heat-treating this composite to remove the unsaturated fatty acids, it is possible to isolate only the plate-like metal nanoparticles.
Such plate-shaped metal nanoparticles can be applied to applications such as catalysts, drug delivery, and tumor detection.
<板状金属ナノ粒子の集合体>
第3の態様の板状金属ナノ粒子は、溶媒(水等)を除去することにより、板状金属ナノ粒子の集合体を形成することができる。板状金属ナノ粒子の集合体は可塑性を有しており、圧縮によって、成形可能である。さらに、圧縮によって、導電性等の諸物性が著しく向上する。
<Aggregate of plate-shaped metal nanoparticles>
In the third embodiment, the plate-shaped metal nanoparticles can form an aggregate of plate-shaped metal nanoparticles by removing the solvent (water, etc.). The aggregate of plate-shaped metal nanoparticles is plastic and can be molded by compression. Furthermore, compression significantly improves various physical properties such as conductivity.
[複合体]
本発明の第4の態様は、不飽和脂肪酸と板状金属ナノ粒子とを含む、複合体である。
第1及び第2の態様に記載の方法により、金属イオンを還元して金属ナノ粒子を製造することができる。前記金属ナノ粒子には、不飽和脂肪酸と板状金属ナノ粒子を含む複合体が含まれる。この複合体は、直径方向に大きく成長している一方で、厚みが小さいという特徴がある。本発明の第4の態様の複合体において、直径(d)と厚み(t)に対する比(d/t)は、100~1200あることが好ましく、250~800であることがより好ましく、400~800であることがさらに好ましい。また、前記複合体の厚み(t)は、30nm以下であることが好ましく、5~15nmであることがより好ましい。なお、複合体の直径(d)は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した値のことを指す。また、複合体の厚み(t)は、原子間力顕微鏡を用いて測定した値のことを指す。
[complex]
A fourth aspect of the present invention is a composite comprising an unsaturated fatty acid and plate-shaped metal nanoparticles.
Metal nanoparticles can be produced by reducing metal ions using the methods described in the first and second embodiments. The metal nanoparticles include a composite comprising an unsaturated fatty acid and plate-shaped metal nanoparticles. This composite is characterized by growing significantly in the diametrical direction while having a small thickness. In the composite of the fourth embodiment of the present invention, the ratio of diameter (d) to thickness (t) (d/t) is preferably 100 to 1200, more preferably 250 to 800, and even more preferably 400 to 800. The thickness (t) of the composite is preferably 30 nm or less, and more preferably 5 to 15 nm. The diameter (d) of the composite refers to the value measured using a scanning electron microscope. The thickness (t) of the composite refers to the value measured using an atomic force microscope.
<不飽和脂肪酸>
第4の態様における不飽和脂肪酸とは、第1及び第2の態様と同様のものが挙げられる。
1つの好ましい態様においては、前記不飽和脂肪酸は炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であることが好ましい。炭素数2~23のアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなる。なお、前記炭素数はアルケニル基の炭素数を表す。アルケニル基の炭素数は2~21がより好ましく、2~17がさらに好ましい。また、前記アルケニルカルボン酸は、分子内に2つ以上のカルボキシ基を有していてもよい。
1つのより好ましい態様においては、前記アルケニルカルボン酸は、下記式(X1)又は下記式(X2)の構造を有することが好ましい。
R1-CH=CH-COOH ・・・(X1)
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X1)中、R1は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表す。式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
<Unsaturated fatty acids>
The unsaturated fatty acids in the fourth embodiment are the same as those in the first and second embodiments.
In one preferred embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably an alkenylcarboxylic acid having 2 to 23 carbon atoms. If the alkenylcarboxylic acid has 2 to 23 carbon atoms, the metal ions are more easily reduced. The carbon number refers to the number of carbon atoms in the alkenyl group. The number of carbon atoms in the alkenyl group is more preferably 2 to 21, and even more preferably 2 to 17. Furthermore, the alkenylcarboxylic acid may have two or more carboxyl groups in its molecule.
In one more preferred embodiment, the alkenylcarboxylic acid preferably has the structure of the following formula (X1) or the following formula (X2).
R 1 -CH=CH-COOH...(X1)
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X1), R1 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH)CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group .)
上記式(X1)又は(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなる。このうち、式(X2)の構造を有するアルケニルカルボン酸であることがさらに好ましい。また、R3がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基であるアルケニルジカルボン酸が特に好ましい。このようなアルケニルジカルボン酸としては、例えば、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸、オクテニルコハク酸、ドデセニルコハク酸等が挙げられ、2-オクテニルコハク酸、2-ドデセン-1-イルコハク酸が特に好ましい。 If the alkenyl carboxylic acid has the structure of formula (X1) or (X2) above, the metal ion is more easily reduced. Of these, the alkenyl carboxylic acid having the structure of formula (X2) is even more preferred. In addition, alkenyl dicarboxylic acids in which R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group are particularly preferred. Examples of such alkenyl dicarboxylic acids include 2-octenyl succinic acid, 2-dodecene-1-yl succinic acid, octenyl succinic acid, dodecenyl succinic acid, etc., with 2-octenyl succinic acid and 2-dodecene-1-yl succinic acid being particularly preferred.
第4の態様において、前記不飽和脂肪酸は、前記板状金属ナノ粒子の少なくとも一方の表面に付着していることが好ましく、両方の表面に付着していることが好ましい。このように、不飽和脂肪酸がバインダーとして板状金属ナノ粒子の少なくとも一方の表面に付着していることによって粘着性と可塑性が発現しやすくなる。その結果、複合体の成形性が向上しやすくなる。なお、「板状金属ナノ粒子の表面」とは、直径(d)方向の表面のことを意味する。また、不飽和脂肪酸は、板状金属ナノ粒子の表面の一部に付着していてもよく、表面全体に付着していてもよい。
板状金属ナノ粒子の表面に不飽和脂肪酸が付着しているかどうかについては、エネルギー分散型X線分析を用いて元素分析によって確認することができる。
In a fourth embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably attached to at least one surface of the plate-shaped metal nanoparticles, and preferably to both surfaces. This attachment of the unsaturated fatty acid as a binder to at least one surface of the plate-shaped metal nanoparticles facilitates the development of tackiness and plasticity. As a result, the moldability of the composite is improved. Note that "the surface of the plate-shaped metal nanoparticles" refers to the surface in the diameter (d) direction. Furthermore, the unsaturated fatty acid may be attached to a portion of the surface of the plate-shaped metal nanoparticles, or to the entire surface.
Whether or not unsaturated fatty acids are attached to the surface of plate-shaped metal nanoparticles can be confirmed by elemental analysis using energy-dispersive X-ray spectroscopy.
<板状金属ナノ粒子>
複合体に含まれる板状金属ナノ粒子は、前述の第3の態様において説明したものと同様のものが挙げられ、好ましい例もまた同様である。
第4の態様において、複合体の総質量に対する板状金属ナノ粒子の含有量は、80質量%以上であることが好ましく、90~97質量%であることがより好ましい。複合体の総質量に対する板状金属ナノ粒子の含有量が前記範囲内であれば、可塑性の効果を発現しやすくなる。なお、複合体に含まれる板状金属ナノ粒子の含有量は、エネルギー分散型X線分析や熱重量示差熱分析等の方法で算出することができる。
<Sheet-shaped metal nanoparticles>
The plate-shaped metal nanoparticles included in the composite are the same as those described in the third embodiment above, and preferred examples are also the same.
In the fourth embodiment, the content of plate-like metal nanoparticles relative to the total mass of the composite is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90 to 97% by mass. If the content of plate-like metal nanoparticles relative to the total mass of the composite is within the above range, the plasticity effect is more likely to be exhibited. The content of plate-like metal nanoparticles in the composite can be calculated by methods such as energy-dispersive X-ray analysis or thermogravimetric differential thermal analysis.
第4の態様の好ましい例の1つとして、金の板状金属ナノ粒子を含む複合体がある。金の板状金属ナノ粒子を含む複合体の電気抵抗率は、1×10-4Ω・m以下であることが好ましく、5×10-7~1×10-4Ω・mであることがより好ましい。なお、前記電気抵抗率は、複合体を室温の条件で圧縮(60%)した後、四探針法の装置(接触式抵抗測定器等)を用いて、室温で測定した値のことを指す。また、前記金の板状金属ナノ粒子を含む複合体のヤング率は、1MPa以下であることが好ましく、0.1~0.8MPaであることがより好ましい。前記ヤング率は、複合体を室温で、小型卓上試験機((株)島津製作所製、製品名:EZ-LX)を用いて圧縮した後、一方向の圧縮応力の方向に対するひずみ量の関係から計算した値のことを指す。 One preferred example of the fourth embodiment is a composite containing plate-shaped gold metal nanoparticles. The electrical resistivity of the composite containing plate-shaped gold metal nanoparticles is preferably 1 × 10⁻⁴ Ω·m or less, and more preferably 5 × 10⁻⁷ to 1 × 10⁻⁴ Ω·m. The electrical resistivity refers to the value measured at room temperature using a four-probe method device (such as a contact-type resistance meter) after compressing the composite to 60% under room temperature conditions. Furthermore, the Young's modulus of the composite containing plate-shaped gold metal nanoparticles is preferably 1 MPa or less, and more preferably 0.1 to 0.8 MPa. The Young's modulus refers to the value calculated from the relationship between the amount of strain and the direction of unidirectional compressive stress after compressing the composite at room temperature using a small benchtop test machine (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: EZ-LX).
<複合体を含む分散液>
第4の態様のその他の側面は、複合体を含む分散液である。複合体の分散液としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、例えば、水、エタノール等が挙げられる。前述の通り、本態様の複合体は溶液中で金属イオンを還元して得られる。そのため、製造時の溶液を分散液としてそのまま利用することも可能である。このような分散液は、例えば、導電性インク等への応用が可能である。
<Dispersion containing the complex>
Another aspect of the fourth embodiment is a dispersion containing the complex. The dispersion of the complex is not particularly limited as long as it has the effects of the present invention, and examples include water, ethanol, etc. As described above, the complex of this embodiment is obtained by reducing metal ions in solution. Therefore, the solution used during production can be used as the dispersion directly. Such a dispersion can be applied, for example, to conductive inks.
[多分枝金属ナノ粒子]
本発明の第5の態様は、中心部と、前記中心部から外方へ延出する複数の分枝部とを有する多分枝金属ナノ粒子であって、前記分枝部の結晶構造が単結晶を含み、前記多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造が多結晶である、多分枝金属ナノ粒子である。本明細書において「多分枝金属ナノ粒子」とは、中心部と分枝部とを有する金属ナノ粒子であり、「分枝部」とは、粒子の中心から外方に延出する枝状に分枝した部分を指す。本発明の第5の態様における多分枝金属ナノ粒子は、分枝部の結晶構造が単結晶を含み、多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造が多結晶である。なお、多分枝金属ナノ粒子の結晶構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、1つの多分枝金属ナノ粒子の分枝部、及び多分枝金属ナノ粒子全体の電子線回折像を撮影することにより判別することができる。本明細書において、「分枝部の結晶構造が単結晶を含む」とは、1つの多分枝金属ナノ粒子に存在する複数の分枝部のいずれかに、単結晶の結晶構造が含まれることを意味する。
前記分枝部は、複数の板状片を含むことが好ましい。また、前記分枝部は、前記中心部から外方へ立体的に、かつ不規則に延出する複数の板状片で構成されていることがより好ましい。ここで、「板状片」とは、その形状が板状の片のことであり、片の長さ(d1)に対して、厚み(t1)が非常に小さい薄片のことを意味する。なお、板状片の長さ(d1)とは、1つの板状片の突出した一方の端部と他方の端部とが円周上に接するように、前記板状片を内包する真円を描いた際、その真円の直径のことを意味する。前記片の長さ(d1)は、走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。前記板状片の平均長さ(d1av)は、20~100nmであることが好ましく、40~60nmであることがより好ましい。なお、前記平均長さ(d1av)は、1つの多分枝金属ナノ粒子に含まれる板状片のうち、15枚の板状片の長さ(d1)の平均値を意味する。
なお、1つの態様においては、前記板状片は、第3の態様の板状金属ナノ粒子であってもよい。
[Multiple branch metal nanoparticles]
A fifth aspect of the present invention is a branched metal nanoparticle having a central part and a plurality of branched parts extending outward from the central part, wherein the crystal structure of the branched parts includes single crystals, and the crystal structure of the entire branched metal nanoparticle is polycrystalline. In this specification, "branched metal nanoparticle" means a metal nanoparticle having a central part and branched parts, and "branched part" means a branched portion that extends outward from the center of the particle. In the branched metal nanoparticle of the fifth aspect of the present invention, the crystal structure of the branched parts includes single crystals, and the crystal structure of the entire branched metal nanoparticle is polycrystalline. The crystal structure of a branched metal nanoparticle can be determined by taking electron diffraction images of the branched parts of a single branched metal nanoparticle and the entire branched metal nanoparticle using a transmission electron microscope (TEM). In this specification, "the crystal structure of the branched parts includes single crystals" means that one of the plurality of branched parts present in a single branched metal nanoparticle contains a single crystal crystal structure.
The branched portion preferably contains a plurality of plate-like fragments. More preferably, the branched portion is composed of a plurality of plate-like fragments that extend three-dimensionally and irregularly outward from the central part. Here, "plate-like fragment" refers to a piece that is plate-shaped, and means a thin piece with a thickness (t1) that is very small relative to the length (d1) of the fragment. The length (d1) of the plate-like fragment refers to the diameter of a perfect circle drawn that encloses the plate-like fragment so that one protruding end of the plate-like fragment and the other end of the plate-like fragment touch on the circumference. The length (d1) of the fragment can be measured using a scanning electron microscope. The average length (d1 av ) of the plate-like fragments is preferably 20 to 100 nm, and more preferably 40 to 60 nm. The average length (d1 av ) refers to the average value of the lengths (d1) of 15 plate-like fragments contained in one multi-branched metal nanoparticle.
In one embodiment, the plate-like piece may be a plate-like metal nanoparticle according to the third embodiment.
図4は、本発明の1つの態様の多分枝金属ナノ粒子の一例を示す透過電子顕微鏡写真である。また、図5は、本発明の1つの態様の多分子金属ナノ粒子の分枝部の一例を示す透過電子顕微鏡写真である。図4に示すように、第5の態様の多分枝金属ナノ粒子は、粒子の外方へ向けて延出する分枝部を有している。また、前記分枝部は、粒子の中心部から延出している。さらに、前記分枝部は、図4、5に示すような、板状の形状をしている。すなわち、図4に示す多分枝金属ナノ粒子は、中心部と、前記中心部から外方へ立体的に、かつ不規則に延出する複数の板状片から構成されている。
本発明の1つの態様においては、前記板状片の延出部の結晶構造が単結晶であることが好ましい。ここで、「板状片の延出部」とは、多分枝金属ナノ粒子の中心部から、外方に立体的に延出した板状片において、他の板状片との重なりを有さない部位のことを指す。第5の態様の多分枝金属ナノ粒子は、中心部と、前記中心部から外方に向けて延出する複数の板状片とから構成されており、前記板状片の延出部が単結晶であり、多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造が多結晶であることが好ましい。
Figure 4 is a transmission electron microscope image showing an example of a multi-branched metal nanoparticle according to one embodiment of the present invention. Figure 5 is a transmission electron microscope image showing an example of a branched portion of a multi-molecule metal nanoparticle according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 4, the multi-branched metal nanoparticle according to the fifth embodiment has branched portions that extend outward from the particle. Furthermore, the branched portions extend from the center of the particle. Moreover, the branched portions have a plate-like shape as shown in Figures 4 and 5. That is, the multi-branched metal nanoparticle shown in Figure 4 is composed of a central part and a plurality of plate-like pieces that extend outward three-dimensionally and irregularly from the central part.
In one embodiment of the present invention, it is preferable that the crystal structure of the extended portion of the plate-like piece is a single crystal. Here, "extended portion of the plate-like piece" refers to a portion of the plate-like piece that extends three-dimensionally outward from the center of the branched metal nanoparticle and does not overlap with other plate-like pieces. The branched metal nanoparticle of the fifth embodiment is composed of a central part and a plurality of plate-like pieces extending outward from the central part, and it is preferable that the extended portion of the plate-like piece is a single crystal and the crystal structure of the entire branched metal nanoparticle is polycrystalline.
多分枝金属ナノ粒子の平均粒子径は、100~500nmであることが好ましく、150~350nmであることがより好ましい。なお、多分枝金属ナノ粒子の粒子径は、多分枝金属ナノ粒子の分枝部と円周とが接するように、前記多分枝金属ナノ粒子を内包する真円を描いた際、その真円の直径を意味する。また、多分枝金属ナノ粒子の粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。なお、本明細書において、多分枝金属ナノ粒子の平均粒子径とは、15個の多分枝金属ナノ粒子についてその粒子径を測定し、その平均値から算出した値を意味する。 The average particle size of the branched metal nanoparticles is preferably 100 to 500 nm, and more preferably 150 to 350 nm. The particle size of the branched metal nanoparticles refers to the diameter of a perfect circle drawn enclosing the branched metal nanoparticles, such that the branched portion of the nanoparticle touches the circumference. The particle size of the branched metal nanoparticles can be measured using a scanning electron microscope. In this specification, the average particle size of branched metal nanoparticles refers to the value calculated from the average value obtained by measuring the particle size of 15 branched metal nanoparticles.
第5の態様において、多分枝金属ナノ粒子は、貴金属の多分枝金属ナノ粒子を含むことが好ましい。貴金属としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等が挙げられる。このうち、金、銀、又は白金の多分枝金属ナノ粒子を含むことがより好ましく、金の多分枝金属ナノ粒子を含むことが特に好ましい。 In a fifth embodiment, the branched metal nanoparticles preferably include branched metal nanoparticles of a noble metal. Examples of noble metals include gold, silver, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, and osmium. Of these, it is more preferable to include branched metal nanoparticles of gold, silver, or platinum, and particularly preferable to include branched metal nanoparticles of gold.
<多分枝金属ナノ粒子を含む分散液>
第5の態様のその他の側面は、多分枝金属ナノ粒子を含む分散液である。多分枝金属ナノ粒子の分散液としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、例えば、水、エタノール等が挙げられる。後述の多分枝金属ナノ粒子の製造方法の通り、本態様の多分枝金属ナノ粒子は溶液中で金属イオンを還元して得られる。そのため、製造時の溶液を分散液としてそのまま利用することも可能である。このような分散液は、例えば、免疫染色およびバイオセンサー等への応用が可能である。
<Dispersion containing multiple branched metal nanoparticles>
Another aspect of the fifth embodiment is a dispersion containing branched metal nanoparticles. The dispersion of branched metal nanoparticles is not particularly limited as long as it has the effects of the present invention, and examples include water, ethanol, etc. As described later in the method for producing branched metal nanoparticles, the branched metal nanoparticles of this embodiment are obtained by reducing metal ions in solution. Therefore, the solution used during production can be used directly as the dispersion. Such dispersions can be applied, for example, to immunostaining and biosensors.
<多分枝金属ナノ粒子と不飽和脂肪酸とを含む複合体>
また、本発明の第5の態様の別の側面は、多分枝金属ナノ粒子と不飽和脂肪酸とを含む、複合体である。
<A complex containing multiple branched metal nanoparticles and unsaturated fatty acids>
Another aspect of a fifth aspect of the present invention is a composite comprising branched metal nanoparticles and an unsaturated fatty acid.
(不飽和脂肪酸)
第5の態様における不飽和脂肪酸とは、第1及び第2の態様と同様のものが挙げられる。
1つの好ましい態様においては、前記不飽和脂肪酸は炭素数5~23のアルケニルカルボン酸であることが好ましい。前記炭素数はアルケニル基の炭素数を表す。アルケニル基の炭素数は6~8がより好ましく、6~7がさらに好ましい。また、前記アルケニルカルボン酸は、分子内に2つ以上のカルボキシ基を有していてもよい。
1つのより好ましい態様においては、前記アルケニルカルボン酸は、下記式(X3)又は下記式(X4)の構造を有することが好ましい。
R4-CH=CH-COOH ・・・(X3)
R5-CH=CH-R6-COOH ・・・(X4)
(式(X3)中、R4は、炭素数3~16のアルキル基を表す。式(X4)中、R5は、炭素数3~16のアルキル基を表し、R6は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
(unsaturated fatty acids)
The unsaturated fatty acids in the fifth embodiment are the same as those in the first and second embodiments.
In one preferred embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably an alkenylcarboxylic acid having 5 to 23 carbon atoms. The carbon number represents the number of carbon atoms in the alkenyl group. The number of carbon atoms in the alkenyl group is more preferably 6 to 8, and even more preferably 6 to 7. The alkenylcarboxylic acid may also have two or more carboxyl groups in its molecule.
In one more preferred embodiment, the alkenylcarboxylic acid preferably has the structure of the following formula (X3) or the following formula (X4).
R 4 -CH=CH-COOH...(X3)
R 5 -CH=CH-R 6 -COOH...(X4)
(In formula (X3), R4 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms. In formula (X4), R5 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and R6 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH) CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group.)
このうち、式(X4)の構造を有するアルケニルカルボン酸であることがさらに好ましい。また、R5が炭素数3~4のアルケニル基、R6がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基であるアルケニルジカルボン酸が特に好ましい。このようなアルケニルジカルボン酸としては、例えば、2-ヘキセニルコハク酸が特に好ましい。 Of these, it is even more preferable that the alkenylcarboxylic acid has the structure of formula (X4). Furthermore, an alkenyl dicarboxylic acid in which R5 is an alkenyl group having 3 to 4 carbon atoms and R6 is a CH2CH (-COOH) CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group is particularly preferred. As such an alkenyl dicarboxylic acid, for example, 2-hexenyl succinic acid is particularly preferred.
第5の態様において、前記不飽和脂肪酸は、前記多分枝金属ナノ粒子の少なくとも一部に付着していることが好ましい。このような複合体は、不飽和脂肪酸がバインダーとして働くことにより、粘着性と可塑性が発現しやすくなる。その結果、複合体の成形性が向上しやすくなる。
多分枝金属ナノ粒子の表面に不飽和脂肪酸が付着しているかどうかについては、エネルギー分散型X線分析を用いて元素分析によって確認することができる。
In a fifth embodiment, it is preferable that the unsaturated fatty acid is attached to at least a portion of the branched metal nanoparticles. Such a composite is more likely to exhibit adhesiveness and plasticity because the unsaturated fatty acid acts as a binder. As a result, the moldability of the composite is more easily improved.
Whether or not unsaturated fatty acids are attached to the surface of branched metal nanoparticles can be confirmed by elemental analysis using energy-dispersive X-ray spectroscopy.
[多分枝金属ナノ粒子の製造方法]
本発明の第6の態様は、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させる工程を含む、前記多分枝金属ナノ粒子の製造方法である。前述の通り、本願発明者らは、不飽和脂肪酸を用いて金属イオンを還元することで、容易に金属ナノ粒子を製造できることを見出した。すなわち、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させることによって金属イオンを還元し、0価の金属ナノ粒子を製造することができる。また、同様の方法にて、多分枝金属ナノ粒子を製造できることも見出した。
[Method for manufacturing branched metal nanoparticles]
A sixth aspect of the present invention is a method for producing branched metal nanoparticles, comprising the step of contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion. As described above, the inventors of the present invention have found that metal nanoparticles can be easily produced by reducing metal ions using an unsaturated fatty acid. That is, by contacting an unsaturated fatty acid with a metal ion, metal ions can be reduced to produce zero-valent metal nanoparticles. They have also found that branched metal nanoparticles can be produced by a similar method.
<不飽和脂肪酸>
第6の態様における不飽和脂肪酸としては、例えば、第1の態様と同様のものが挙げられる。
1つの好ましい態様においては、前記不飽和脂肪酸は炭素数5~23のアルケニルカルボン酸であることが好ましい。炭素数5~23のアルケニルカルボン酸であれば、多分枝金属ナノ粒子が生成しやすくなる。なお、前記炭素数はアルケニル基の炭素数を表す。アルケニル基の炭素数は6~8がより好ましく、6~7がさらに好ましい。また、前記アルケニルカルボン酸は、分子内に2つ以上のカルボキシ基を有していてもよい。
1つのより好ましい態様においては、前記アルケニルカルボン酸は、下記式(X3)又は下記式(X4)の構造を有することが好ましい。
R4-CH=CH-COOH ・・・(X3)
R5-CH=CH-R6-COOH ・・・(X4)
(式(X3)中、R4は、炭素数3~16のアルキル基を表す。式(X4)中、R5は、炭素数3~16のアルキル基を表し、R6は、炭素数1~4のアルキレン基、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。)
<Unsaturated fatty acids>
Examples of unsaturated fatty acids in the sixth embodiment include those similar to those in the first embodiment.
In one preferred embodiment, the unsaturated fatty acid is preferably an alkenylcarboxylic acid having 5 to 23 carbon atoms. If the alkenylcarboxylic acid has 5 to 23 carbon atoms, branched metal nanoparticles are more easily formed. The carbon number refers to the number of carbon atoms in the alkenyl group. The number of carbon atoms in the alkenyl group is more preferably 6 to 8, and even more preferably 6 to 7. Furthermore, the alkenylcarboxylic acid may have two or more carboxyl groups in its molecule.
In one more preferred embodiment, the alkenylcarboxylic acid preferably has the structure of the following formula (X3) or the following formula (X4).
R 4 -CH=CH-COOH...(X3)
R 5 -CH=CH-R 6 -COOH...(X4)
(In formula (X3), R4 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms. In formula (X4), R5 represents an alkyl group having 3 to 16 carbon atoms, and R6 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, a CH2CH (-COOH) CH2 group, or a CH(-COOH) CH2 group.)
上記式(X3)又は(X4)の構造を有するアルケニルカルボン酸であれば、金属イオンが還元されやすくなり、多分枝金属ナノ粒子が生成しやすくなる。このうち、式(X4)の構造を有するアルケニルカルボン酸であることがさらに好ましい。また、R5が炭素数3~4のアルケニル基、R6がCH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基であるアルケニルジカルボン酸が特に好ましい。このようなアルケニルジカルボン酸としては、例えば、2-ヘキセニルコハク酸が特に好ましい。 If the alkenylcarboxylic acid has the structure of formula (X3) or (X4) above, the metal ions are more easily reduced, and branched metal nanoparticles are more easily formed. Of these, the alkenylcarboxylic acid having the structure of formula (X4) is even more preferred. In addition, alkenyl dicarboxylic acids in which R5 is an alkenyl group having 3 to 4 carbon atoms and R6 is a CH2CH (-COOH) CH2 group or a CH(-COOH) CH2 group are particularly preferred. As such an alkenyl dicarboxylic acid, for example, 2-hexenyl succinic acid is particularly preferred.
<金属イオン>
第6の態様における金属イオンとしては、第1の態様と同じものが挙げられ、好ましい例もまた同じである。
第6の態様において、金属イオンは塩化金酸等の金属塩から調製されることが好ましい。このような金属塩を水に溶解させることで、より容易に金属イオンを調製できる。
<Metal Ions>
The metal ions in the sixth embodiment are the same as those in the first embodiment, and the preferred examples are also the same.
In the sixth embodiment, it is preferable that the metal ion is prepared from a metal salt such as chloroauric acid. By dissolving such a metal salt in water, the metal ion can be prepared more easily.
<製造工程>
第6の態様において、不飽和脂肪酸と金属イオンとの接触(以下、単に「接触工程」と言うこともある)は溶液中で行われる。また、前記溶液は水溶液、あるいは水を含む混合溶液であることが好ましい。第6の態様においては、溶液中で不飽和脂肪酸と金属イオンとを混合することによって、不飽和脂肪酸と金属イオンとを接触させることが好ましい。
接触工程における溶液の温度は、常温~90℃であることが好ましく、20~70℃であることがより好ましく、50~70℃であることが特に好ましい。なお、「常温」とは、室温、又は20℃を意味する。
溶液中の不飽和脂肪酸の濃度は、溶液の総重量に対して、0.1~5wt%であることが好ましく、0.8~1.5wt%であることがより好ましい。不飽和脂肪酸の濃度が前記範囲内であれば、金属イオンを還元しやすくなる。
なお、前記溶液中には、不飽和脂肪酸及び金属イオン以外のその他の成分が含まれていてもよい。その他の成分としては、本発明の効果を有する限り特に限定されないが、例えば、エタノール等が挙げられる。その他成分を含む場合、その配合量は、例えば、水等の溶媒に対して0.1~50(V/V%)の範囲であることが好ましい。
<Manufacturing process>
In the sixth aspect, the contact between the unsaturated fatty acid and the metal ion (hereinafter sometimes simply referred to as the "contact step") is carried out in a solution. Furthermore, the solution is preferably an aqueous solution or a mixed solution containing water. In the sixth aspect, it is preferable to bring the unsaturated fatty acid and the metal ion into contact by mixing the unsaturated fatty acid and the metal ion in a solution.
The temperature of the solution during the contact process is preferably room temperature to 90°C, more preferably 20°C to 70°C, and particularly preferably 50°C to 70°C. "Room temperature" refers to room temperature or 20°C.
The concentration of unsaturated fatty acids in the solution is preferably 0.1 to 5 wt%, and more preferably 0.8 to 1.5 wt%, relative to the total weight of the solution. When the concentration of unsaturated fatty acids is within the above range, it becomes easier to reduce metal ions.
The solution may also contain other components besides unsaturated fatty acids and metal ions. These other components are not particularly limited as long as they provide the effects of the present invention, but examples include ethanol. If other components are included, their amount is preferably in the range of 0.1 to 50 (V/V%) relative to a solvent such as water.
本態様の多分枝金属ナノ粒子の製造方法によれば、上記のような条件で簡便に多分枝金属ナノ粒子を調製することができる。多分枝金属ナノ粒子の調製に要する時間、すなわち、前記の接触工程の時間は、10秒間~15分間程度であり、短時間の反応で多分枝金属ナノ粒子を調製することができる。また、接触工程の時間と、溶液温度を前述の範囲内で調整することにより、多分枝金属ナノ粒子の平均粒子径を制御することも可能である。 According to the method for producing branched metal nanoparticles of this embodiment, branched metal nanoparticles can be easily prepared under the conditions described above. The time required for preparing the branched metal nanoparticles, i.e., the contact step time, is approximately 10 seconds to 15 minutes, allowing for the preparation of branched metal nanoparticles in a short reaction time. Furthermore, by adjusting the contact step time and solution temperature within the aforementioned range, it is possible to control the average particle size of the branched metal nanoparticles.
前述の接触工程により、金属イオンが還元されて、多分枝金属ナノ粒子が生成する。多分枝金属ナノ粒子は、溶液中に分散した状態(金属ナノ粒子を含む分散液)で得られる。そのため、本態様の製造方法では、前記接触工程の後、金属ナノ粒子を回収する工程を含んでいてもよい。
多分枝金属ナノ粒子の回収方法としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、従来公知の方法、例えば、前記の溶液中に酢酸エチル等を添加して有機溶媒相に金属ナノ粒子を移行させた後、前記有機溶媒相に含まれる金属ナノ粒子を回収する方法等によって回収してもよい。
The aforementioned contact step reduces the metal ions, generating branched metal nanoparticles. The branched metal nanoparticles are obtained in a dispersed state in a solution (a dispersion containing metal nanoparticles). Therefore, the manufacturing method of this embodiment may include a step of recovering the metal nanoparticles after the contact step.
The method for recovering the branched metal nanoparticles is not particularly limited as long as it achieves the effects of the present invention, and may be recovered by conventionally known methods, such as adding ethyl acetate or the like to the above solution to transfer the metal nanoparticles to the organic solvent phase, and then recovering the metal nanoparticles contained in the organic solvent phase.
<用途>
本発明の第3の態様における板状金属ナノ粒子は、例えば、触媒、薬物輸送、腫瘍検出等への応用が可能である。
また、本発明の第4の態様における複合体は、例えば、導電性インク、導電性コーティング、導電性隙間充填剤、装飾剤、エンボス等の塑性造形、触媒等への応用が可能である。
また、本発明の第5の態様における多分枝金属ナノ粒子は、例えば、触媒、免疫染色およびバイオセンサー等への応用が可能である。
<Application>
The plate-shaped metal nanoparticles in the third aspect of the present invention can be applied, for example, to catalysts, drug transport, tumor detection, and the like.
Furthermore, the composite material according to the fourth aspect of the present invention can be applied to, for example, conductive inks, conductive coatings, conductive gap fillers, decorative agents, plastic molding such as embossing, catalysts, and the like.
Furthermore, the branched metal nanoparticles in the fifth aspect of the present invention can be applied to, for example, catalysts, immunostaining, and biosensors.
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following description.
[実施例1]
<金ナノ粒子の合成>
不飽和脂肪酸として、式(X2)において、R2が炭素数16のアルキル基であり、R3がCH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸を用い、前記不飽和脂肪酸を水中に500μL添加して、不飽和脂肪酸の水溶液(1.1wt%)を調製した。その後、この水溶液を69℃に加熱した後、塩化金酸溶液(2mmoL/L)を添加して混合した。水溶液の色変化が観測されたため、金ナノ粒子の生成が確認された。溶媒を除去し、板状金ナノ粒子と不飽和脂肪酸を含む複合体を得た。
得られた複合体の平均直径(d)は、8μmであり、平均厚み(t)は15nmであった。また、(d/t)は、533であった。また、複合体の電気抵抗率は、5×10-7Ω・mであった。ヤング率は0.4MPaであった。
なお、金属ナノ粒子の評価は以下の方法に沿って行った。
[Example 1]
<Synthesis of gold nanoparticles>
As the unsaturated fatty acid, an alkenyl carboxylic acid in formula (X2) where R2 is a C16 alkyl group and R3 is a CH(-COOH) CH2 group was used. 500 μL of the unsaturated fatty acid was added to water to prepare an aqueous solution of the unsaturated fatty acid (1.1 wt%). This aqueous solution was then heated to 69°C, and a chloroauric acid solution (2 mmol/L) was added and mixed. A color change in the aqueous solution was observed, confirming the formation of gold nanoparticles. The solvent was removed to obtain a composite containing plate-like gold nanoparticles and the unsaturated fatty acid.
The average diameter (d) of the obtained composite was 8 μm, and the average thickness (t) was 15 nm. The ratio (d/t) was 533. The electrical resistivity of the composite was 5 × 10⁻⁷ Ω·m, and the Young's modulus was 0.4 MPa.
The evaluation of metal nanoparticles was performed according to the following method.
<金属ナノ粒子の評価>
金属ナノ粒子を走査型電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で観察して、その種類を特定した。また得られた金属ナノ粒子の平均粒子径、アスペクト比、直径(d)、厚み(t)を、以下の条件に沿って測定した。
(平均粒子径、アスペクト比、直径(d))
装置:走査型電子顕微鏡 型式:JSM-6340F(日本電子(株)製)
観察条件:10kV,10μA
上記装置を用いて、粒状金属ナノ粒子10個について、長軸(b)、短軸(a)、粒子径を測定し、その平均値を算出した。同様に、板状金属ナノ粒子10個の直径(d)を測定し、その平均値を算出した。
(厚み(t))
装置:原子間力顕微鏡(セイコーインスツル(株)製)
ユニット部:SPA-300 ステーション部:SPI 4000
測定範囲:20μm×20μm
上記装置を用いて、板状金属ナノ粒子10個の厚み(t)を測定し、その平均値を算出した。
<Evaluation of metal nanoparticles>
The types of metal nanoparticles were identified by observing them with a scanning electron microscope and an atomic force microscope. The average particle size, aspect ratio, diameter (d), and thickness (t) of the obtained metal nanoparticles were also measured according to the following conditions.
(Average particle size, aspect ratio, diameter (d))
Equipment: Scanning electron microscope, Model: JSM-6340F (manufactured by JEOL Ltd.)
Observation conditions: 10 kV, 10 μA
Using the above apparatus, the major axis (b), minor axis (a), and particle diameter were measured for 10 granular metal nanoparticles, and their average values were calculated. Similarly, the diameter (d) of 10 plate-shaped metal nanoparticles was measured, and its average value was calculated.
(Thickness (t))
Equipment: Atomic force microscope (manufactured by Seiko Instruments Inc.)
Unit: SPA-300 Station: SPI 4000
Measurement range: 20 μm x 20 μm
Using the above apparatus, the thickness (t) of 10 plate-shaped metal nanoparticles was measured, and the average value was calculated.
金属ナノ粒子を含む複合体について、下記の条件で導電率とヤング率を測定した。
(導電率評価)
装置:接触式抵抗測定器((株)三菱ケミカルアナリテック製、製品名:MCP-T370、四探針法)
得られた複合体を小型卓上試験機((株)島津製作所製、製品名:EZ-LX)を用いて、80%まで圧縮した後、上記測定器を用いて電気抵抗率を測定した。
(ヤング率評価)
装置:小型卓上試験機((株)島津製作所製、製品名:EZ-LX)
得られた複合体を、室温で、速度0.5mm/minで60%(ひずみ)まで圧縮した後、一方向の圧縮応力の方向に対するひずみ量の関係からヤング率を算出した。
The conductivity and Young's modulus of composites containing metal nanoparticles were measured under the following conditions.
(Evaluation of electrical conductivity)
Equipment: Contact-type resistance meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytec Co., Ltd., product name: MCP-T370, four-probe method)
The resulting composite was compressed to 80% using a small benchtop testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: EZ-LX), and then its electrical resistivity was measured using the above measuring instrument.
(Evaluation of Young's modulus)
Equipment: Small benchtop testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: EZ-LX)
The resulting composite was compressed to 60% (strain) at room temperature at a rate of 0.5 mm/min, and then the Young's modulus was calculated from the relationship between the amount of strain and the direction of unidirectional compressive stress.
[実施例2]
不飽和脂肪酸として、式(X2)において、R2が炭素数12のアルキル基であり、R3がCH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸を用い、反応温度を56℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、板状金ナノ粒子と前記不飽和脂肪酸を含む複合体が得られた。得られた複合体について、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子の評価を行った。その結果、平均直径(d)は、6μmであり、平均厚み(t)は8nmであった。また、(d/t)は、750であった。また、複合体の電気抵抗率は、5×10-7Ω・mであった。ヤング率は0.4MPaであった。
[Example 2]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that an alkenyl carboxylic acid in formula (X2), where R2 is a C12 alkyl group and R3 is a CH(-COOH) CH2 group, was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 56°C. As a result, a composite containing plate-like gold nanoparticles and the unsaturated fatty acid was obtained. The gold nanoparticles of the obtained composite were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the average diameter (d) was 6 μm, and the average thickness (t) was 8 nm. The (d/t) ratio was 750. The electrical resistivity of the composite was 5 × 10⁻⁷ Ω·m. The Young's modulus was 0.4 MPa.
[実施例3]
不飽和脂肪酸として、ドデセニルコハク酸(式(X2)において、R2がノニル基であり、R3がCH2CH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸)を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、板状金ナノ粒子と前記不飽和脂肪酸との複合体が得られた。得られた複合体について、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子の評価を行った。その結果、平均直径(d)は、6μmであり、平均厚み(t)は8nmであった。また、(d/t)は、750であった。また、複合体の電気抵抗率は、5×10-7Ω・mであった。ヤング率は0.4MPaであった。
[Example 3]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that dodecenyl succinic acid (an alkenyl carboxylic acid in formula (X2) where R2 is a nonyl group and R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group) was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, a composite of plate-like gold nanoparticles and the unsaturated fatty acid was obtained. The gold nanoparticles of the obtained composite were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the average diameter (d) was 6 μm, and the average thickness (t) was 8 nm. The (d/t) ratio was 750. The electrical resistivity of the composite was 5 × 10⁻⁷ Ω·m. The Young's modulus was 0.4 MPa.
[実施例4]
不飽和脂肪酸として、式(X2)において、R2がペンチル基であり、R3がCH2CH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、板状金ナノ粒子と前記不飽和脂肪酸との複合体が得られた。得られた複合体について、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子の評価を行った。その結果、平均直径(d)は、6μmであり、平均厚み(t)は8nmであった。また、(d/t)は、750であった。また、複合体の電気抵抗率は、5×10-7Ω・mであった。ヤング率は0.4MPaであった。
[Example 4]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that an alkenyl carboxylic acid in formula (X2), where R2 is a pentyl group and R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group, was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, a composite of plate-like gold nanoparticles and the unsaturated fatty acid was obtained. The gold nanoparticles of the obtained composite were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the average diameter (d) was 6 μm, and the average thickness (t) was 8 nm. The (d/t) ratio was 750. The electrical resistivity of the composite was 5 × 10⁻⁷ Ω·m. The Young's modulus was 0.4 MPa.
[実施例5]
不飽和脂肪酸として、式(X2)において、R2がプロピル基であり、R3がCH2CH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、多分枝金ナノ粒子が得られた。得られた多分枝金ナノ粒子は、板状片の分枝部を有し、前記分枝部が単結晶であった。一方、多分枝金ナノ粒子全体の結晶構造は多結晶であった。さらに、多分枝金ナノ粒子の平均粒子径は350nmであった。なお、多分枝金ナノ粒子の結晶構造と、平均粒子径は以下の方法で測定した。
(平均粒子径)
装置:走査型電子顕微鏡 型式:JSM-6340F(日本電子(株)製)
観察条件:10kV,10μA
上記装置を用いて、多分枝金ナノ粒子を内包する真円の直径を測定し、多分枝金ナノ粒子の粒子径を測定した。同様の方法で、多分枝金ナノ粒子15個について粒子径を測定し、その平均値を算出した。
(結晶構造)
装置:透過型電子顕微鏡 型式:Tecnai Osiris(FEI Company製)
上記装置を用いて、分枝部と1つの多分枝金ナノ粒子全体の電子線回折像を測定して結晶構造を調べた。
[Example 5]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that an alkenyl carboxylic acid in formula (X2), where R2 is a propyl group and R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group, was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, branched gold nanoparticles were obtained. The obtained branched gold nanoparticles had a branched portion of plate-like fragments, and the branched portion was a single crystal. On the other hand, the overall crystal structure of the branched gold nanoparticles was polycrystalline. Furthermore, the average particle size of the branched gold nanoparticles was 350 nm. The crystal structure and average particle size of the branched gold nanoparticles were measured by the following method.
(Average particle size)
Equipment: Scanning electron microscope, Model: JSM-6340F (manufactured by JEOL Ltd.)
Observation conditions: 10 kV, 10 μA
Using the above apparatus, the diameter of the perfect circle containing the multi-branched gold nanoparticles was measured, and the particle size of the multi-branched gold nanoparticles was determined. In the same manner, the particle size of 15 multi-branched gold nanoparticles was measured, and the average value was calculated.
(Crystal structure)
Equipment: Transmission electron microscope Model: Tecnai Osiris (manufactured by FEI Company)
Using the above apparatus, the crystal structure was investigated by measuring electron diffraction patterns of the branched portion and the entire multi-branched gold nanoparticle.
[実施例6]
不飽和脂肪酸として、式(X2)において、R2がメチル基であり、R3がCH2CH(-COOH)CH2基であるアルケニルカルボン酸を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、粒状金ナノ粒子が得られた。得られた粒状金ナノ粒子について、実施例1と同様の方法で平均粒子径とアスペクト比を算出した。その結果、粒状金ナノ粒子の平均粒子径は120nmであり、アスペクト比は1.5であった。
[Example 6]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that an alkenyl carboxylic acid in formula (X2), where R2 is a methyl group and R3 is a CH2CH (-COOH) CH2 group, was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, granular gold nanoparticles were obtained. The average particle size and aspect ratio of the obtained granular gold nanoparticles were calculated in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size of the granular gold nanoparticles was 120 nm, and the aspect ratio was 1.5.
[実施例7]
不飽和脂肪酸として、5-ヘキセン酸(式(X2)において、R2が水素であり、R3がプロピレン基であるアルケニルカルボン酸)を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、粒状金ナノ粒子が得られた。得られた粒状金ナノ粒子について、実施例1と同様の方法で平均粒子径とアスペクト比を算出した。その結果、粒状金ナノ粒子の平均粒子径は120nmであり、アスペクト比は1.5であった。
[Example 7]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that 5-hexenoic acid (an alkenyl carboxylic acid in formula (X2) where R2 is hydrogen and R3 is a propylene group) was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, granular gold nanoparticles were obtained. The average particle size and aspect ratio of the obtained granular gold nanoparticles were calculated in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size of the granular gold nanoparticles was 120 nm, and the aspect ratio was 1.5.
[実施例8]
不飽和脂肪酸として、trans-2-ヘキセン酸(式(X1)において、R1がプロピル基であるアルケニルカルボン酸)を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、粒状金ナノ粒子が得られた。得られた粒状金ナノ粒子について、実施例1と同様の方法で平均粒子径とアスペクト比を算出した。その結果、粒状金ナノ粒子の平均粒子径は120nmであり、アスペクト比は1.5であった。
[Example 8]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that trans-2-hexenoic acid (an alkenyl carboxylic acid in formula (X1) where R1 is a propyl group) was used as the unsaturated fatty acid and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, granular gold nanoparticles were obtained. The average particle size and aspect ratio of the obtained granular gold nanoparticles were calculated in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size of the granular gold nanoparticles was 120 nm and the aspect ratio was 1.5.
[実施例9]
不飽和脂肪酸として、4-ペンテン酸(式(X2)において、R2が水素であり、R3がエチレン基であるアルケニルカルボン酸)を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、粒状金ナノ粒子が得られた。得られた粒状金ナノ粒子について、実施例1と同様の方法で平均粒子径とアスペクト比を算出した。その結果、粒状金ナノ粒子の平均粒子径は120nmであり、アスペクト比は1.5であった。
[Example 9]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that 4-pentenoic acid (an alkenyl carboxylic acid in formula (X2) where R2 is hydrogen and R3 is an ethylene group) was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, granular gold nanoparticles were obtained. The average particle size and aspect ratio of the obtained granular gold nanoparticles were calculated in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size of the granular gold nanoparticles was 120 nm, and the aspect ratio was 1.5.
[実施例10]
不飽和脂肪酸として、3-ブテン酸(式(X2)において、R2が水素であり、R3がメチレン基であるアルケニルカルボン酸)を用い、反応温度を53℃とした以外は、実施例1と同様の方法で金ナノ粒子を製造した。その結果、粒状金ナノ粒子が得られた。得られた粒状金ナノ粒子について、実施例1と同様の方法で平均粒子径とアスペクト比を算出した。その結果、粒状金ナノ粒子の平均粒子径は120nmであり、アスペクト比は1.5であった。
[Example 10]
Gold nanoparticles were produced in the same manner as in Example 1, except that 3-butenoic acid (an alkenyl carboxylic acid in formula (X2) where R2 is hydrogen and R3 is a methylene group) was used as the unsaturated fatty acid, and the reaction temperature was set to 53°C. As a result, granular gold nanoparticles were obtained. The average particle size and aspect ratio of the obtained granular gold nanoparticles were calculated in the same manner as in Example 1. As a result, the average particle size of the granular gold nanoparticles was 120 nm, and the aspect ratio was 1.5.
[比較例1]
不飽和脂肪酸の代わりにドデシルコハク酸を用いた以外は、実施例1と同様の方法にて反応を行ったが、金属ナノ粒子は生成しなかった。
[Comparative Example 1]
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that dodecyl succinic acid was used instead of an unsaturated fatty acid, but no metal nanoparticles were produced.
以上の結果より、実施例1~10の方法では、金属イオンが容易に還元されて金属ナノ粒子が生成することが分かった。また実施例1~4で得られた複合体は(d/t)値が大きく、直径方向に粒子が大きく成長していることが分かった。また、不飽和脂肪酸としてヘキセニルコハク酸を用いた実施例5では、多分枝金属ナノ粒子が生成した。得られた多分枝金属ナノ粒子は、分枝部が単結晶の結晶構造を有していたが、一つの多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造は多結晶であった。一方、比較例1に示すように、脂肪酸を還元剤として用いた場合は、金属ナノ粒子は生成しなかった。以上の結果より、本発明の金属イオンの還元方法によれば、環境への負荷が少なく、簡便かつ省エネルギーな方法で金属ナノ粒子が得られることが分かった。また、金属ナノ粒子の形状を特定の範囲に制御可能であることも分かった。また、得られた板状金属ナノ粒子及びその複合体は、導電性インク、導電性コーティング、導電性隙間充填剤、装飾剤、エンボス等の塑性造形への応用が期待できる。 From the above results, it was found that in the methods of Examples 1 to 10, metal ions were easily reduced and metal nanoparticles were generated. Furthermore, the composites obtained in Examples 1 to 4 had large (d/t) values, indicating significant particle growth in the diametrical direction. In Example 5, where hexenyl succinic acid was used as the unsaturated fatty acid, branched metal nanoparticles were generated. The obtained branched metal nanoparticles had a single-crystal structure in the branched portions, but the overall crystal structure of a single branched metal nanoparticle was polycrystalline. On the other hand, as shown in Comparative Example 1, when a fatty acid was used as a reducing agent, no metal nanoparticles were generated. From these results, it was found that the metal ion reduction method of the present invention provides a simple and energy-efficient method with minimal environmental impact for obtaining metal nanoparticles. It was also found that the shape of the metal nanoparticles can be controlled within a specific range. Furthermore, the obtained plate-like metal nanoparticles and their composites are expected to have applications in conductive inks, conductive coatings, conductive gap fillers, decorative agents, and plastic molding such as embossing.
Claims (13)
下記式(X2)の構造を有する不飽和脂肪酸を含む、金属イオン還元剤。
R2-CH=CH-R3-COOH ・・・(X2)
(式(X2)中、R2は、水素、又は炭素数1~16のアルキル基を表し、R3は、CH2CH(-COOH)CH2基、又はCH(-COOH)CH2基を表す。) A reducing agent for metal ions, including precious metal ions,
A metal ion reducing agent comprising an unsaturated fatty acid having the structure of the following formula (X2).
R 2 -CH=CH-R 3 -COOH...(X2)
(In formula (X2), R2 represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, and R3 represents two CH2CH(-COOH) CH groups or two CH(-COOH)CH groups.)
前記多分枝金属ナノ粒子が、中心部と、前記中心部から外方へ延出する複数の前記板状片からなる分枝部とを有し、
前記分枝部の結晶構造が単結晶を含み、前記多分枝金属ナノ粒子全体の結晶構造が多結晶である、請求項3から8のいずれか一項に記載の複合体。 The composite comprises branched metal nanoparticles including plate-like pieces made of the plate-like metal nanoparticles,
The branched metal nanoparticle has a central part and branched portions consisting of a plurality of plate-like pieces extending outward from the central part.
The composite according to any one of claims 3 to 8 , wherein the crystal structure of the branched portion includes a single crystal, and the crystal structure of the entire multi-branched metal nanoparticle is polycrystalline.
前記板状金属ナノ粒子の直径(d)と厚み(t)の比(d/t)が100~1200であり、前記厚み(t)が30nm未満である、板状金属ナノ粒子。 A plate-shaped metal nanoparticle of a noble metal contained in the composite according to any one of claims 3 to 11 ,
Plate-shaped metal nanoparticles having a diameter (d) to thickness (t) ratio (d/t) of 100 to 1200, and a thickness (t) of less than 30 nm.
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