[发明专利]氧化锆水合物粒子及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有大的水合水量、发挥高的质子传导性的氧化锆水合物粒子及其制造方法。

背景技术

氧化铝、掺杂型氧化铈、氧化锆、各种复合氧化物等无机材料是无机质子传导性材料，可以应用于多种用途，例如用于固体氧催化剂、电气化学电容器或燃料电池等的电解质材料，或者电气化学的氢泵、氢传感器或氧传感器等各种气体传感器等。上述无机质子传导性材料之中，氧化锆在制造工序的简便性、安全性等方面优异，是利用频度高的材料。

作为氧化锆等的用途，例如，在专利文献1中提出具有由氧化钛、氧化锆、氧化锡等固体超强氧物质构成的气体感应体的气体传感器。另外，专利文献2中记载了作为氢气传感器的离子导电性电解质，稳定化锆或稳定化铈是有效的。此外，专利文献3中提出了具备由稳定化锆或铈系氧化物构成的固体电解质层的固体电解质型燃料电池。

这样的氧化锆以水合物的形式存在，作为其制造方法通常有利用碱溶液与锆盐溶液的中和反应的方法，或者利用由氨引起的锆盐的水解反应的方法。用这些方法制作的用通式ZrO₂·nH₂O表示的氧化锆水合物的水合水量n在室温干燥状态下至多为2.5左右。这里，氧化锆水合物的水合水包括两部分，即吸附于氧化锆水合物粒子的表面的吸附水以及存在于氧化锆水合物粒子的结晶内的结晶水。

另外，作为氧化锆微粒的制造方法，专利文献4中提出了通过中和沉淀法来制造分散着平均粒径在5～100nm的范围的氧化锆微粒的氧化锆溶胶的方法。另外，专利文献5也提出了通过中和沉淀法来制造平均粒子直径或平均粒子长轴长度在1～200nm的范围的氧化锆粒子的方法。

专利文献1：日本特开2004-325388号公报

专利文献2：日本特开2000-19152号公报

专利文献3：日本特开2002-83611号公报

专利文献4：日本特开2006-143535号公报

专利文献5：日本特开2005-170700号公报

发明内容

通常所知的情况是，氧化锆水合物的水合水量越多，其质子传导性越高。具有大的水合水量的氧化锆水合物理想情况是，(1)为了增大比表面积来增多吸附水而成为超微粒子，此外，(2)为了多含有结晶水以及吸附水这两者而要求结晶性低。这样，从整体来看，就可以尽可能地增多以吸附水与结晶水的形式所赋予的水合水量。这样，为了得到质子传导性高的氧化锆水合物，最好尽量减小其粒径，并且降低其结晶性。

但是，为了减小氧化锆水合物的粒径，就需要提高其结晶性来得到分散性高的均一的微粒，但如果提高结晶性，则存在吸附水与结晶水都减少的问题。另一方面，如果降低氧化锆水合物的结晶性，则不管是湿润氛围还是干燥氛围，只要少量的热就能导致氧化锆水合物粒子凝集而形成粗大粒子，这种倾向性很强，从而难以得到均一的微粒。其结果为，由于结晶性的降低而使得吸附水量与结晶水量有一定程度的增加，但是，粒径的增大会减少比表面积，使得吸附水量的增加也有限度。

这样，在以往难以得到结晶性低、且是超微粒子、水合水量又大的氧化锆水合物粒子。

本发明为解决上述问题而提供一种水合水量大、具有高的质子传导性的氧化锆水合物粒子。

本发明的氧化锆水合物粒子是用通式ZrO₂·nH₂O表示的氧化锆水合物粒子，其特征在于，所述粒子的平均一次粒径为0.5nm以上、5nm以下，所述通式中的n是超过2.5的数，所述n是将所述粒子分散于水中后进行过滤，然后在空气中在60℃下干燥6小时后测定的数值。

另外，本发明的氧化锆水合物粒子的制造方法的特征在于，包含：向碱水溶液中加入锆盐的水溶液，将pH调节至7.0以上13.0以下，制作氧化锆水合物粒子的工序；将所述氧化锆水合物粒子在水的存在下、在50℃以上且不足110℃的温度下，进行3小时以上的水热处理的工序。

根据本发明可以提供一种水合水量大、且具有高的质子传导性的氧化锆水合物。

附图说明

图1是表示在实施例1中得到的氧化锆水合物粒子的X射线衍射谱的图。

图2是表示在实施例1中得到的氧化锆水合物粒子的透射电子显微镜照片。

图3是表示在比较例1中得到的氧化锆水合物粒子的X射线衍射谱的图。

具体实施方式

实施方式1