[发明专利]过渡金属氧化物纳米粒子的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及将过渡金属利用为反应物质并通过低温水热合成直接制造过渡金属氧化物纳米粒子的制造方法。

背景技术

过渡金属氧化物纳米粒子被广泛、多样地应用于电子材料、(光)催化剂、能源材料、光电极材料等的物理、化学、材料学领域等。

以往为了制造纳米大小的金属氧化物粒子，开发了包括化学/热氧化法，溶胶-凝胶法等的很多合成法。在这些方法中，化学/热氧化法具有因氧化导致的污染危险，难以生成纳米大小的均匀的金属氧化物粒子。

最常使用的溶胶-凝胶法不仅是为了制造金属氧化物单相而附加的高温热处理工序和污染物质去除工序等复杂并需要高费用的多步骤工序，而且用作反应物的金属氯化物、氮化物、硫化物等的处理困难，难以调节快速的水解和反应，因此不容易合成。

更进一步，进行了利用非水性溶液调节分解和反应性的尝试，但因用作反应物的金属氯化物、氮化物、硫化物等的反应非常复杂，受到多种因素的影响，重现性降低，对批量生产造成了障碍。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供容易处理、安全性优异、容易调节反应速度、不需要附加热处理作业、具有重现性、能在短时间内批量生产、利用低温水热合成直接制造具有纳米大小和高结晶性单相的过渡金属氧化物的方法。

本发明的过渡金属氧化物纳米粒子的制造方法，其特征在于，将过渡金属作为反应物，在通过在过氧化氢水溶液中溶解上述过渡金属而得到的过氧化-金属酸盐(peroxi-metallate)溶液中添加含有醇和水的反应溶液，进行水热反应而制造过渡金属氧化物纳米粒子。

具体地说，其特征在于，本发明的制造方法包括：(a)将过渡金属粉末作为反应物，在过氧化氢水溶液中溶解上述过渡金属粉末，制造具有0.001摩尔～0.2摩尔的过渡金属摩尔浓度的过氧化-金属酸盐溶液的步骤；(b)在上述过氧化-金属酸盐溶液中添加含有醇、水及酸的反应溶液，制造混合溶液的步骤；和(c)使上述混合溶液进行水热反应，制造过渡金属氧化物纳米粒子的步骤。

以下，欲详细叙述本发明的制造方法，对于此时使用的技术用语和科学用语如果没有其他定义，则具有本发明技术领域的技术人员通常理解的意思，在下述说明中省略对于不必要地混淆本发明的重点的公知功能和组成的说明。

本发明的过渡金属氧化物纳米粒子的制造方法，其特征在于，作为用于制造过渡金属氧化物的过渡金属的前体，不使用空气中稳定性显著降低，耐水性差，反应速度的调节困难，工序上处理困难的过渡金属的氯化物、氮化物、硫化物、卤化物、醇化物或氢氧化物，而是将过渡金属自身用作反应物，在过氧化氢水溶液中溶解上述过渡金属而制造过渡金属氧化物纳米粒子。更具体地说，其特征在于，为了制造过渡金属氧化物纳米粒子，使用了控制上述过氧化氢水溶液的浓度和加入到过氧化氢的过渡金属的量而具有0.001摩尔～0.2摩尔的过渡金属摩尔浓度(以过渡金属离子为基准的摩尔浓度)的过氧化-金属酸盐溶液。

上述过氧化-金属酸盐溶液是利用将过渡金属用作反应物的本发明的特征和在高浓度的过氧化氢水溶液中溶解过渡金属的本发明的特征制造的溶液，过氧化氢水溶液起着既是氧化剂又是络合物形成剂的作用，因此过氧化物(peroxide)配位体配位金属，在Ti的情况下形成如TiO₂^2-的、在W的情况下形成如W₂0₁₁^2-的过氧化-金属酸盐络合物(complex)。

本发明的制造方法将上述过渡金属用作反应物，能制造容易处理、容易控制反应性、稳定、不含有杂质的高纯度的过渡金属氧化物纳米粒子，在过氧化氢水溶液中溶解相互不同的二个以上的过渡金属，因此能容易地制造过渡金属的金属间化合物的氧化物或二个以上的过渡金属固溶体相的氧化物。