(57)【要約】金属ナノ結晶を形成する方法は、溶媒中で金属イオンと有機リガンドの錯体を形成させること、及び還元剤を導入して複数の金属イオンを還元し、有機リガンドと関連している金属ナノ結晶を形成することを含む。ナノ結晶は、任意によりドープされるか又は他の金属と合金にされる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ナノ結晶を形成する方法であって、
第一溶媒中で金属イオンと有機リガンド間の錯体を形成させるステップ; 及び
還元剤を導入して複数の金属イオンを還元し、前記有機リガンドと関連している金属ナノ結晶を形成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項２】
金属イオンが、ベリリウム、マグネシウム、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、トリウム、プロトアクチニウム、ウラン、ネプツニウム、及びプルトニウムからなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
【請求項３】
有機リガンドが式A-L-(Q)n又は
【化１】
2005536634.tif 000004
(式中、LはC1〜C30アルキル、C5〜C30シクロアルキル、C2〜C30アルケニル、C6〜C30シクロアルケニル、C6〜C40芳香族であり; Qは金属イオンを配位結合することができるヘテロ原子含有部分であり、ヘテロ原子は酸素、窒素又はイオウを含み; ヘテロ原子はアルコール、カルボニル、カルボキシル、ホスファチジル、スルホニル、スルフィニル、ニトロシル、アミノ、イミド、アジド、チオール、エステル、エーテル、第二級アミノ、チオエステル、チオエーテル、シラノール、シロキシルとして存在し; Aは溶解性付与部分であり、水素、アルコール、スルホニル、スルフヒドリル、アミノ、第二級アミノ、ホスファチジル、カルボキシル、フェニル、ニトロ、エステル、エーテル、チオエステル、チオエーテルを例として含み; nは1〜4の整数である。)
を有する、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記金属イオンと前記有機リガンド間のモル比が1:0.10〜l:6である、請求項1記載の方法。
【請求項５】
前記還元剤が水素ガス、ナトリウム金属、亜鉛金属、マグネシウム金属、アルミニウム金属、水素化アルミニウムリチウム、水素化ホウ素ナトリウム、及びヒドラジンからなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
【請求項６】
前記金属ナノ結晶のドメインサイズが1ナノメートル〜8ナノメートルである、請求項1記載の方法。
【請求項７】
前記第一溶媒からの前記金属ナノ結晶を第二溶媒で抽出するステップを更に含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
前記還元剤の導入の間、前記第二溶媒が前記第一溶媒と接触している、請求項7記載の方法。
【請求項９】
前記金属ナノ結晶から前記副生成物を取り出すステップを更に含む、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
前記有機リガンドと関連している前記金属ナノ結晶が可溶性である、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
前記有機リガンドと関連している前記金属ナノ結晶が懸濁性である、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
前記還元剤の導入が不活性雰囲気下で行われる、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
前記還元剤の導入の前にドーパント金属イオンを添加するステップを更に含む、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
銅含有ナノ結晶を形成する方法であって、
第一溶媒中で銅イオンと、分子量が400原子単位未満である有機リガンドの錯体を形成させるステップ; 及び
水素ガス、水素化物、及びヒドラジンからなる群より選ばれた還元剤を導入して銅イオンを還元し、前記有機リガンドと関連している銅のナノ結晶を形成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項１５】
第二溶媒を加層し、前記第一溶媒とのメニスカスをその上に形成するステップを更に含む、請求項14記載の方法。
【請求項１６】
前記銅のナノ結晶が前記第二溶媒へ運搬される、請求項14記載の方法。
【請求項１７】
前記還元剤の導入の前にドーパント金属イオンを添加するステップを更に含む、請求項14記載の方法。
【請求項１８】
リガンドがC6〜C30アミンである、請求項14記載の方法。
【請求項１９】
前記リガンドが、銅イオンと配位共有結合を形成することができる少なくとも2つのヘテロ原子を含有する、分子量が400未満である有機分子からなる群より選ばれ、前記ヘテロ原子が酸素、窒素及びイオウからなる群より選ばれる、請求項14記載の方法。
【請求項２０】
平均ドメインサイズが1〜8ナノメートルである複数の銅ナノ結晶であって、前記複数の銅ナノ結晶の各々が表面を有し、有機リガンドの分子量が400原子単位未満である有機リガンドで表面が不動態化された、前記銅ナノ結晶; 及び銅ナノ結晶表面から伸びている前記リガンドの一部に親和性を有する溶媒を含む溶液。
【請求項２１】
銀、金、マグネシウム、アルミニウム、合金、及びそのドープされた形状からなる群より選ばれた第二タイプのナノ結晶を更に含む、請求項20記載の溶液。
【請求項２２】
寸法が1ナノメートル〜20ナノメートルである結晶性銅ドメインを含む銅のナノ結晶であって、前記結晶性ドメインが表面を有し; 複数のリガンドが表面を不動態化しており、各リガンドが式A-L-(Q)n又は
【化２】
2005536634.tif 000005
(式中、LはC1〜C30アルキル、C5〜C30シクロアルキル、C2〜C30アルケニル、C6〜C30シクロアルケニル、C6〜C40芳香族であり; Qは金属イオンを配位結合することができるヘテロ原子含有部分であり、ヘテロ原子は酸素、窒素又はイオウを含み; ヘテロ原子はアルコール、カルボニル、カルボキシル、ホスファチジル、スルホニル、スルフィニル、ニトロシル、アミノ、イミド、アジド、チオール、エステル、エーテル、第二級アミノ、チオエステル、チオエーテル、シラノール、シロキシルとして存在し; Aは溶解性付与部分であり、水素、アルコール、スルホニル、スルフヒドリル、アミノ、第二級アミノ、ホスファチジル、カルボキシル、フェニル、ニトロ、エステル、エーテル、チオエステル、チオエーテルを例として含み; nは1〜4の整数である。)を有する、前記銅のナノ結晶。
【請求項２３】
前記銅ドメインの寸法が1.8〜8ナノメートルである、請求項22記載の銅のナノ結晶。
【請求項２４】
原子百分率が0.05〜49である金属ドーパントを更に含む、請求項22記載の銅のナノ結晶。
【請求項２５】
前記ドーパントが金、銀、マグネシウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる、請求項24記載の銅のナノ結晶。
【請求項２６】
前記複数のリガンドが溶媒における溶解性を銅のナノ結晶に与える、請求項22記載の銅のナノ結晶。
【請求項２７】
前記溶媒が有機溶媒である、請求項26記載の銅のナノ結晶。
【請求項２８】
Qがイオウである請求項22記載の銅のナノ結晶。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は金属のナノ結晶及びその合成、更に詳細には、可溶性金属ナノ結晶及びそのための拡張可能な合成に関する。
【０００２】
発明の背景
金属ナノ結晶は、触媒として広く用いられ、シングルエレクトロンデバイス、自己組織化単層、薄膜前駆物質としてますます探索されている。金属ナノ結晶の適用に対する制限は、既存の合成を工業規模まで拡張することが実際的でないことである。減圧下のクラスタ堆積は、低処理能力が低いこと、凝結に対してナノ結晶を安定させることが難しいこと、合成系が複雑なことによって特徴づけられる。(P. Jensen, Reviews of Modern physics, 7l(5), (1999) 1695-1734)。金属ナノ結晶のコロイド合成は確立しているが、容積に対して収量が低いことや合成後にコロイド安定剤を取り出すことが難しいことを欠点として持っている。コロイド金属のための初期の調製には、ガムアラビカムの存在下でヒドラジン水和物希釈液(1:2000)と亜硫酸銅アンモニア液(1:1000)とを混ぜることが含まれている。注意深い加熱によりヒドロゾルが生成され、蒸留水に対して4日間透析した後、反射が赤く、光透過が青いヒドロゾルが生成される (A. Gutbeir, G. Hoffmeyer, Z. Anorg. Allgem. Chem., 44, (1905) 227)。他のコロイド合成によって低濃度の特性と高分子又は界面活性剤安定剤を保持することが開発された。(H.H. Huang et al., Langmuir, 13 (1997) 172-175; I. Lisiecki and M.P. Pileni, J. Phys. Chem., 99 (14) (1995) 5077-5082, Nanoparticles and Nanostructured Films, J.H. Fendler, Wiley-VCH, 1998, Chapt.4.) 可溶化不動態化剤の存在下で還元する前に金属イオンを有機相へ移すためにシャトル分子も用いられた。この方法は別の酸性酸溶液から金属イオンを生じるために魅力的であるが、テトラアルキルアンモニア塩のようなシャトル分子のコストはかなりのものである。(Brust et al., J. Chem. Soc. Commun. (1994) 801.) 更に他のグループの金属ナノ結晶合成にはリガンドとして有機還元剤が用いられ、還元を意図した金属イオンの錯体が形成された。そのような方法は好収率の金属ナノ粒子を生じるが、そのような方法は粒子の凝集によって特徴づけられる。(N. Arul Dhas et a1., Chem. Mater.10(1998)1446-1452.)
【０００３】
一定の溶媒に可溶である大量の金属ナノ結晶を経済的に生産する能力によって、新規な触媒系と材料系を開発する数多くの機会がもたらされる。従つて、グラムやキログラム量を生産するために容易に拡張可能である方法によって可溶性ナノ結晶を得る金属ナノ結晶合成が求められている。
【０００４】
発明の概要
金属ナノ結晶を形成する方法は、第一溶媒中で金属イオンと有機リガンドの錯体を形成させるステップ、及び還元剤を導入して複数の金属イオンを還元し、有機リガンドと関連している金属ナノ結晶を形成するステップを含んでいる。有機リガンドは、式A-L-(Q)n又は
【０００５】
【化１】
2005536634.tif 000002
【０００６】
(式中、LはC1〜C30アルキル、C5〜C30シクロアルキル、C2〜C30アルケニル、C6〜C30シクロアルケニル、C6〜C40芳香族であり; Qは金属イオンを配位結合することができるヘテロ原子含有部分であり、ヘテロ原子は酸素、窒素又は、イオウを含み; ヘテロ原子はアルコール、カルボニル、カルボキシル、ホスファチジル、スルホニル、スルフィニル、ニトロシル、アミノ、イミド、アジド、チオール、エステル、エーテル、第二級アミノ、チオエステル、チオエーテル、シラノール、シロキシルとして存在し; Aは可溶性付与部分であり、水素、アルコール、スルホニル、スルフヒドリル、アミノ、第二級アミノ、ホスファチジル、カルボキシル、フェニル、ニトロ、エステル、エーテル、チオエステル、チオエーテルを例として含み; nはl〜4の整数である。)を有する。銅含有結晶を形成する方法には、特に、溶媒中で銅イオンと有機リガンド間の錯体を形成するステップ及び水素ガス、水素化物、ヒドラジンを例として含む還元剤を導入して銅イオンを還元させ、有機リガンドと関連している銅のナノ結晶を形成するステップが含まれる。任意により、リガンドは、反応溶媒と混ざらない第二溶媒中でそれと関連する銅ナノ結晶に可溶性を与えるように選ばれ、銅ナノ結晶を第二溶媒へ運搬し、それにより反応溶媒中に反応副生成物が残る。溶液は、平均ドメインサイズが1〜50ナノメートルである複数の銅ナノ結晶を含み、各ナノ結晶は分子量が40O原子単位未満である有機リガンドで不動態化された表面を有し、溶媒は銅ナノ結晶表面から伸びているリガンドの一部に親和性を有する。
【０００７】
好適実施態様の詳細な説明
本発明は、反応後の金属イオン錯体リガンドが凝集を予防し且つ得られた金属ナノ結晶に可溶性を与えるのに役立つ金属イオン錯体の還元的合成を提供する。得られた金属のナノ結晶は、懸濁液とは対照的に、動力学的に安定な溶液を形成することが好ましい。
本明細書に用いられる"ナノ結晶"とは、少なくとも1つの軸に沿った寸法が1ナノメートル〜100ナノメートルである結晶性ドメインを意味する。
本明細書に用いられる"溶解性"は、0.2ミクロン(マイクロメートル)フィルタを通過することができ且つ7000rpmで10分間遠心した後に24時間液体のままである液体に分散した物質として定義される。
【０００８】
本発明の金属ナノ結晶を形成する方法は、溶媒中で金属イオンと有機リガンド間の錯体を形成させることを含んでいる。金属イオンの全ての配位圏が有機リガンドによって満たされることを必要としないことは理解される; むしろ、スペクテイターイオン、溶媒分子、溶媒イオンが、金属イオンに配位結合することができる。次に、金属配位子錯体に還元剤が導入される。還元剤は、正の酸化状態からゼロ酸化状態金属原子まで金属イオンを還元するのに十分な電気化学ポテンシャルを有するように又は金属水素化物を与え金属をゼロ酸化状態に還元するように選ばれる。有機リガンド-金属イオン錯体の存在下で金属イオン還元の結果として、それとともに有機リガンドを会合した金属ナノ結晶が形成される。有機リガンドと金属ナノ結晶との会合は、ナノ結晶成長を抑制し、ナノ結晶凝集を制限し、好ましくは得られたナノ結晶に可溶性を与えるように選ばれる。
【０００９】
本発明によれば、金属ナノ結晶は、ベリリウム、マグネシウム、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、トリウム、プロトアクチニウム、ウラン、ネプツニウム、プルトニウムを含む金属元素から形成される。典型的には、無機金属塩は、ナノ結晶を形成する還元の金属イオンの供給源として選ばれる。金属イオンカウンタアニオンの選択は、主に可溶性と溶媒との相溶性によって決定される。本明細書で作用的な金属イオンカウンタアニオンとしては、ハロゲンイオン、例えば、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン; 硝酸イオン; リン酸イオン; 過塩素酸イオン; ギ酸イオン; 酢酸イオン; ホウ酸イオン; 水酸イオン; ケイ酸イオン; 炭酸イオン; 亜硫酸イオン; 硫酸イオン; 亜硝酸イオン; 亜リン酸イオン; その水和物; その混合物が例として含まれる。
【００１０】
原子百分率に基づく支配的な金属イオン試薬が金属イオンリガンド錯体として存在すれば、複数の異なる金属イオンが金属合金又は金属イオンドープ金属ナノ結晶を形成するように同時に還元されることは理解される。ドーパント金属イオンは、典型的には非協調性であり、支配的な金属イオン-リガンド錯体に呼応して還元される。ドーパント金属の原子百分率は、典型的には、ナノ結晶の全金属含量の0.05〜49である。好ましくは、ドーパント金属の原子百分率は、存在する全金属の0.5〜5である。
全金属イオンは、典型的には0.01〜1モルの濃度で存在する。金属イオンの濃度は、溶媒における金属イオン-カウンタイオンの溶解性や所望のナノ結晶サイズが例として含まれる要因によって決定される。
【００１１】
金属イオンリガンド錯体の形成に選ばれる溶媒は、試薬溶解性によるだけでなく、溶媒におけるゼロ酸化状態金属ナノ結晶の安定性によっても決定される。したがって、水及び水含有有機溶媒は、ほとんどの金属ナノ結晶の合成に作用的であるが、安定な水酸化物又は酸化物を容易に形成する金属はメタノール、イソプロパノール、高級アルコール、エーテル等の無水有機溶媒中でより良好に合成される。溶媒の脱ガスと金属ナノ結晶の合成が、窒素、アルゴン、及びヘリウムが例として含まれる不活性雰囲気下で反応を行うことにより酸素の除外をしばしば必要とすることは理解される。
【００１２】
本発明において作用的なリガンドは、与えられた金属イオンに配位共原子価結合を形成することができるあらゆる有機化学種である。与えられた金属イオンと錯体を形成させるのに適切なリガンドは、Chemistry of the Elements, 2nd Ed., 1997 by N.N. Greenwood and A. Earnshaw, Butterwerth-Heinemann, Oxford, UK; Principles and Applications of Organotransition Metal Chemistry, 1987 by J. Collman et al., University Science Books, Mill Valley, CA; Organic Sequestering Agents, S. Chaberek and B.E. Martell, 1959, Wiley, NYに詳述されるので当該技術に周知である。本発明において作用的なリガンドは、式A-L-(Q)n (式中、LはC1〜C30アルキル、C5〜C30シクロアルキル、C2〜C30アルケニル、C6〜C30シクロアルケニル、芳香族C6〜C40であり; Qは金属イオンを配位結合することができるヘテロ原子含有部分であり、ヘテロ原子は酸素、窒素又はイオウを含み; ヘテロ原子はアルコール、カルボニル、カルボキシル、ホスファチジル、スルホニル、スルフィニル、ニトロシル、アミノ、イミド、アジド、チオール、エステル、エーテル、第二級アミノ、チオエステル、チオエーテル、シラノール、シロキシルとして存在し; Aは水素、アルコール、スルホニル、スルフヒドリル、アミノ、第二級アミノ、ホスファチジル、カルボキシル、フェニル、ニトロ、エステル、エーテル、チオエステル、チオエーテルが例として含まれる溶解性付与部分であり; nは1〜4の整数であり、一座配位子〜四座配位子に対応する。)を有する。好適実施態様においては、Lはアルキルである。多座配位子のQの各々の存在においては、Qがヘテロ原子、酸素、窒素及びイオウより独立して選ばれることは更に理解される。好適実施態様においては、多座配位子は、少なくとも2つの異なるヘテロ原子Qを有する。例えば、Qの第一存在はアミン窒素であり、第二存在はアルコール酸素であり、還元時に1つのヘテロ原子金属イオン結合の優先的会合が生じる。ヘテロ原子含有配位基Qと溶解性付与部分Aの同一性は、ときには同じでもよいが、ある立体効果のために金属イオンに配位結合されないような場合には、AはQと区別される。リガンドが、その中にヘテロ原子含有基Qを組込んでいる環状の
【００１３】
【化２】
2005536634.tif 000003
【００１４】
であってもよいことは理解される。ここで、A、L、Q、nの同一性は上記と同じである。環状リガンドには、テトラヒドロフラン、チオフェン、ピリジン、ピペラジン、ラクトン、ジアゾール、トリアゾール、チアゾール、糖が例として含まれる。リガンドに対する制限は、得られた錯体がゼロ酸化状態金属原子に還元をしやすいままであることである。好ましくは、リガンドの分子量は400原子単位未満である。リガンド金属イオン錯体をうまく形成するQの同一性は、金属イオンやゼロ酸化状態の金属原子と相対するQの結合特性に左右される。金属イオンリガンド錯体は還元剤の金属イオンに及ぼす作用を可能にするのに十分弱い金属イオンQ結合を有しなければならないが、Qはナノ結晶表面上のゼロ酸化状態の金属原子のための親和性も有しなければならない。Qと金属イオン又はイオン還元後に形成されたゼロ酸化状態の金属の結合強度は、熱化学データから得られる結合解離又は平均結合エネルギーから予測された、GAUSSIAN（登録商標）プログラムを用いたアプイニシオ計算によって与えられたリガンド-金属イオン系について容易に得られる。(CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th Ed. (1995) 9-15-9-63)。
【００１５】
複数のリガンド系は金属イオンを選択的に結合している第一リガンドと本明細書では作用的であるが、第二リガンドが還元後にナノ結晶表面上に配列したゼロ酸化状態金属原子と優先的に会合することは理解される。一例として、多くの主族金属イオンは、イオウ又は酸素によってゼロ酸化状態の金属としてより良好に安定する作用的アミン錯体を形成する。詳しくは、Qが第一級アミンであるCu2+錯体には、Qがアルキルチオール又はチオエステルである第二リガンドが含まれる。イオウ含有リガンドは、得られた銅ナノ結晶を安定させる際にアミンを置換させる。複数のリガンド系は、全てのリガンドが同じ溶媒に可溶であることを必要とせず; むしろ、金属イオン錯体形成リガンドが、金属イオンと安定な錯体を形成しつつ、単にナノ結晶に溶解特性を与える得られたナノ結晶と一時的に安定な会合を形成して、最終的なナノ結晶を含有する混ざらない第二溶媒層へナノ結晶を運搬し、第一金属イオンリガンドを優先的に置換させる第二リガンドを不動態化することも更に理解される。
【００１６】
金属イオンとリガンド分子との比は、所望のナノ結晶サイズ、n値、リガンドの立体的なかさ、金属イオン還元後に存続する金属-リガンド結合能力が例として含まれる要因に左右される。金属イオンと配位基Qを含有するヘテロ原子との原子比は、1:0.10〜1:6の範囲にある。より小さいサイズのナノ結晶の合成における安易なリガンドが高い比のリガンドと金属イオンを支持することは理解される。一座配位子については、金属とリガンドとの比は、好ましくは1:0.5〜1:4である。
しばしば、リガンドを金属イオン溶液に導入するときに、得られた錯体は不溶であり、沈殿を生じる。そのような錯体沈殿は、沈殿が溶媒に懸濁性であれば、可溶性金属イオン-リガンド錯体と本明細書では同様に作用的である。
【００１７】
還元剤を金属イオン-リガンド錯体溶液又は懸濁液の状態に添加して金属イオンをゼロ酸化状態に還元する。会合した複数のゼロ酸化状態の金属イオンとリガンドとを組み合わせることにより、発明の金属ナノ結晶が得られる。本明細書で作用的な還元剤は、H-転移試薬又は還元すべき金属イオンの還元電位より大きい電気化学ポテンシャルである。(CRC Handbook of chemistry and Physics, 76th Ed. (1995) 8-26 - 8-31, CRC Press, Boca Raton, FL)。通常、主族金属イオンは、水やヒドラジン、水酸化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウムが例として含まれるアルコール可溶性還元剤によって容易に還元される。更に、金属イオン-リガンド錯体の懸濁液又は溶液によるガス状還元剤の通気、又は無水条件下での反応性金属の添加もまた、本明細書に作用的である。反応性金属還元剤が、電気化学系列に従ってある金属イオンを還元するのに必要とされるより大きな電気化学ポテンシャルを与えることは理解される。代替還元剤が金属イオン還元を進めるために必要な電気化学ポテンシャルを有する場合には、ヒドラジン又は水酸化ホウ素ナトリウムの溶液が好ましい。しかしながら、好ましい還元剤は酸性溶液と適合せず、そのような場合には、水素は好ましい還元剤である。更に好ましくは、還元剤は、ゼロ価金属への金属イオンの完全な還元を保証するために過剰に添加される。
【００１８】
ナノ結晶が形成された金属のサイズは1ナノメートル〜100ナノメートルのサイズに変動し得るが、好ましいナノ結晶ドメインサイズは1ナノメートル〜8ナノメートルであり、このサイズ状況の微粒子と関連づけられた高い表面積と体積との比を利用する。このように、本明細書で製造される金属ナノ結晶は、触媒、薄膜の前駆物質、シングルエレクトロンデバイスセンサ、生体医学的標識、放射性金属の場合のより高い放射性フラックス分裂供給源としての用途がある。
【００１９】
好適実施態様においては、金属イオン溶液と混ざらない第二溶媒がそれに添加される。第二溶媒は、それと会合したときに金属ナノ結晶に対するリガンド分子末端の部分が溶媒に魅力的であるように選ばれる。例えば、金属ナノ結晶表面に結合したヘテロ原子から伸びているアルキル鎖は、親油性溶媒、例えば、アルカン、エーテル又はトルエンに対して魅力的であり、それにより不動態化金属ナノ結晶に溶解性が与えられる。
本発明を述べてきたが、次に本発明の範囲を制限するものではない実例を示す。
【００２０】
実施例1
0.0837グラムの塩化銅2水和物を5.4ミリリットルの水に溶解する。0.0315グラムのドデシルアミンをそれに添加し、青色溶液と青色綿状物を得る。3ミリリットルのヘキサンを水性綿状物と溶液に加層し、混濁した青色混合物を得、時間が経つにつれて部分的に分離し、ヘキサン相が綿状になった青色材料の一部を含有する。8.4ミリリットルの0.64モル水素化ホウ素ナトリウム水溶液を撹拌しながら滴下し、透明な無色の水溶液と赤褐色のヘキサン相を得る。ヘキサン相は、7000rpmで10分間遠心の間、沈殿せず、0.2ミクロンフィルタを通過することができる物質を含んでいる。その材料は、平均粒径が3ナノメートルである銅のナノ結晶に対応する。不活性雰囲気下で乾燥したときに、得られた銅のナノ結晶はヘキサンに容易に再溶解する。
【００２１】
実施例2
50ミリリットルの0.1モル硝酸銅水溶液を50ミリリットルのヘキサンに重層する。20ミリリットルのエタノール中の0.57グラムの水素化ホウ素ナトリウムと0.43グラムのヘキサデシルチオールをそれに滴下する。黒色沈殿が、水とヘキサン間のメニスカスで生じる。黒色沈殿は、銅の理論収量の124%に相当する。X線粉末回折により、黒色沈殿がデバイ-シェーラーラインブロードニングで求めた平均ドメインサイズが12ナノメートルの銅のナノ結晶であることが確認される。
【００２２】
実施例3
50ミリリットルの0.1モル硝酸銅水溶液を5Oミリリットルのジエチルエーテルに重層する。0.507グラムのヘキサデシルチオールをエーテル相に溶解する。0.59グラムの水素化ホウ素ナトリウムと20ミリリットルの水を滴下してデバイシェーラーラインブロードニングにより求めた平均ドメインサイズが6.2ナノメートルの銅のナノ結晶を形成する。エーテル相は、銅ナノ結晶微粒子を含有する黒い不透明な懸濁液である。
【００２３】
実施例4
エタノール中の20ミリリットルの0.5モル塩化銅を1.27グラムのベンゾチアゾールと合わせ、透明な青色溶液を得る。4ミリリットルの水中のO.2グラムの水素化ホウ素ナトリウムを添加することにより、3ナノメートルの可溶性銅ナノ結晶に相当する赤褐色溶液が生じる。
【００２４】
実施例5
0.46グラムのナトリウムメルカプトプロピルスルホネートを25ミリリットルの0.1モル硝酸銅に添加して黄色溶液を得る。0.226グラムの水素化ホウ素ナトリウムと10ミリリットルの水を滴下して水溶性で再溶解可能な銅ナノ結晶を含有する赤褐色溶液を得る。得られた溶液をシリカゲルカラムに通過させると、水溶性銅ナノ結晶を反応副生成物から分離させる働きをする。
【００２５】
実施例6
0.002モルの硝酸銀を30ミリリットルの水に溶解し、それに0.2グラムのドデシルアミンを添加する。20ミリリットルのヘキサンをその上に加層し、10ミリリットルの水中の0.135グラムの水素化ホウ素ナトリウムを滴下して黒色ヘキサン層と透明な無色の水層を形成する。ヘキサン層は、可溶性銀ナノ結晶を含有する。
【００２６】
実施例7
0.3グラムの塩化コバルトを20ミリリットルの水に溶解し、それに0.1グラムのナトリウムメルカプトプロピルスルホネートを添加する。還元剤として0.2グラムの60メッシュマグネシウム金属を添加する。その溶液は、薔薇色から暗赤色、次に黒色まで2時間かかって黒くなる。その溶液は、4ナノメートル径のコバルトナノ結晶を含有する。
【００２７】
実施例8
実施例7の方法を、0.075グラムのラウリン酸ナトリウムで繰り返す。還元時に形成された得られたナノ結晶は、ヘキサン可溶性である。
【００２８】
実施例9
O.05グラムの硝酸銀を0.13グラムのヘキサデシルアミンを含有する25ミリリットルの0.1モル硝酸銅に添加する。15ミリリットルのヘキサンをその水溶液に重層する。ヘキサンは0.08グラムのドデシルチオールを含有する。約6ミリリットルの1.25モル水素化ホウ素ナトリウムを滴下し約1時間撹拌した後、ヘキサン可溶性ナノ結晶が透明な無色水相に見出される。得られたナノ結晶は、試薬比が銅イオンと銀イオンと一致した原子比で銀がバルク銅相へ組み込まれている。
【００２９】
実施例10
0.4グラムの過塩素酸ニッケルを0.1グラムのドデシルアミンを含有する25ミリリットルの水に溶解する。その水溶液を5ミリリットルのヘキサンの上に置き、続いて0.2グラムの60メッシュマグネシウム金属を添加する。還元後、透明な無色の水相が認められるが、ヘキサン相はニッケルナノ結晶を含有することが見出される。
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【国際調査報告】
2005536634.tif 000006
2005536634.tif 000007