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JP2005125282A - Catalyst particle and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP2005125282A
JP2005125282A JP2003366240A JP2003366240A JP2005125282A JP 2005125282 A JP2005125282 A JP 2005125282A JP 2003366240 A JP2003366240 A JP 2003366240A JP 2003366240 A JP2003366240 A JP 2003366240A JP 2005125282 A JP2005125282 A JP 2005125282A
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particle
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particles
solvent
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JP2003366240A
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Japanese (ja)
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Miho Ito
みほ 伊藤
Jun Hasegawa
順 長谷川
Mariko Sato
満里子 佐藤
Koichi Niihara
晧一 新原
Tadachika Nakayama
忠親 中山
Yamato Hayashi
大和 林
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly produce in a liquid phase a catalyst particle consisting of a base particle having a nano-meter order primary particle size and made of one kind of a single fine particle or a solid solution fine particle of two or more kinds, and one or more kinds of metals covering at least a part of the surface of the base particle. <P>SOLUTION: The base particle 1 having the nano-meter order primary particle size and made of one kind of the single fine particle or the solid solution fine particle of two or more kinds and a metal precursor 3 are mixed with a solvent 4. By exposing the solvent 4 in which the base particle 1 and the metal precursor 3 are mixed to an ultrasonic wave, a metal coating layer 2 consisting of the metal fine particle having the nano-meter order particle size or several atomic layers, the metal of which is obtained by the reduction of the metal precursor 3, is precipitated on the surface of the base particle 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、自動車排気浄化用、燃料電池用、環境浄化用に使用する触媒粒子に関し、特に、ナノメートルオーダーの触媒粒子に関する。   The present invention relates to catalyst particles used for automobile exhaust purification, fuel cell use, and environmental purification, and particularly relates to nanometer order catalyst particles.

例えば、自動車の排ガス等に含まれるHC、CO、NOx等の有害成分を浄化するための触媒としては、Pt、Pd、Rh等の貴金属が使用されている。これらの触媒用貴金属は、排ガスとの接触面積を高めるために、粒子として、アルミナ等の担体の表面に担持され、有害成分を浄化している。   For example, noble metals such as Pt, Pd, and Rh are used as catalysts for purifying harmful components such as HC, CO, and NOx contained in automobile exhaust gas. In order to increase the contact area with the exhaust gas, these noble metals for catalyst are supported as particles on the surface of a carrier such as alumina to purify harmful components.

近年、自動車等の排出ガス規制は、さらに厳しくなる一方であり、排ガス浄化用触媒には、有害成分の浄化をより高効率で行うことが望まれている。   In recent years, exhaust gas regulations for automobiles and the like are becoming stricter, and it is desired for exhaust gas purification catalysts to purify harmful components with higher efficiency.

同様に、燃料電池用の触媒(例えば、水素と酸素との反応やメタノール改質等の触媒)、環境浄化用の触媒においても、さらに浄化性能、機能を向上させる必要があり、より高活性な触媒の開発が期待されている。   Similarly, it is necessary to further improve the purification performance and function of a catalyst for a fuel cell (for example, a catalyst such as a reaction between hydrogen and oxygen or a methanol reforming catalyst) or a catalyst for environmental purification. Development of catalysts is expected.

貴金属触媒の効率向上対策の一つとして、貴金属粒子を微粒子化して、有害成分等との接触面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、従来の担持方法では、サブミクロンオーダ(数百nm程度)の貴金属粒子しか得ることができず、更なる触媒の比表面積の向上を妨げており、このような理由から、ナノメートルオーダ(ナノオーダ、約100nm以下)の貴金属微粒子触媒の出現が望まれている。   As one of the measures for improving the efficiency of the noble metal catalyst, it is conceivable to make the noble metal particles fine and increase the contact area with harmful components. However, in the conventional loading method, only noble metal particles of submicron order (about several hundred nm) can be obtained, which hinders further improvement of the specific surface area of the catalyst. For this reason, nanometer order ( The appearance of a noble metal fine particle catalyst of nano order (about 100 nm or less) is desired.

そこで、上述のような背景において、更なる高活性化を目指し、接触面積の大きいナノオーダの貴金属粒子の開発が進んでいる。   Therefore, in the background as described above, the development of nano-order noble metal particles having a large contact area is progressing with the aim of further increasing the activation.

例えば、スパッタリング法を用いて、γAl23上にナノオーダの金属微粒子を担持させる方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。また、電子線同時照射法を用いて、Al23等の担体上に、20nm以下の微粒子を担持させる方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 For example, a method of supporting nano-order metal fine particles on γAl 2 O 3 using a sputtering method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Further, a method has been proposed in which fine particles of 20 nm or less are supported on a carrier such as Al 2 O 3 by using an electron beam simultaneous irradiation method (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、上記した各特許文献においては、ナノオーダの貴金属微粒子を担体に担持させることはできるものの、それらの貴金属微粒子表面の構成(形状、特異性等)については特に限定されていない。   However, in each of the above-described patent documents, nano-order noble metal fine particles can be supported on a carrier, but the configuration (shape, specificity, etc.) of the surface of the noble metal fine particles is not particularly limited.

さらに、一般的に、浄化用触媒においては、特定の種類の有害物質に対してのみ、特有の分解活性を示すものであって、複数種類の有害物質に対して普遍的な活性を示すわけではない。   Furthermore, in general, a purification catalyst exhibits a specific decomposition activity only for a specific type of harmful substance, and does not exhibit a universal activity for a plurality of types of harmful substances. Absent.

このため、多種類の有害物質を含む排気ガスなどを効果的に処理する必要がある場合、有害物質の種類に応じた多種類の触媒を組合せて使用する方法が考えられるが、上記した特許文献1、特許文献2においては、それら組合せに関する内容、効果について言及されていない。   For this reason, when it is necessary to effectively treat exhaust gas containing many kinds of harmful substances, a method of using a combination of many kinds of catalysts according to the kinds of harmful substances can be considered. 1 and Patent Document 2 do not mention contents and effects related to the combination.

また、たとえば、HC、CO、NOxなどの複数の有害物質を同時に浄化するためには、助触媒の存在が不可欠であるが、助触媒の構造や触媒との複合化については研究例がかなり少ない。   In addition, for example, the presence of a cocatalyst is indispensable for simultaneously purifying a plurality of harmful substances such as HC, CO, and NOx, but there are very few examples of research on the structure of the cocatalyst and the combination with the catalyst. .

以上のことから、より高活性なナノ複合触媒を開発するためには、薄膜レベルあるいは原子レベルでの触媒設計が必要であるといえる。そのような要望に対して、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能な触媒粒子が提案されている(特許文献3参照)。   From the above, it can be said that the catalyst design at the thin film level or the atomic level is necessary to develop a nanocomposite catalyst with higher activity. In response to such a demand, a catalyst particle having higher activity and capable of exhibiting activity against a plurality of types of substances has been proposed (see Patent Document 3).

このものは、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である基粒子と、この基粒子の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの誘導体と、よりなることを特徴とする触媒粒子およびその製造方法を提供するものである。
特表2000−510042号公報 特開2000−15098号公報 特開2003−80077号公報
This includes a single particle having a primary particle size of nanometer order or two or more solid solution fine particles, and one or more metals or their derivatives covering at least a part of the surface of the basic particle. The catalyst particles and the method for producing the same are provided.
Special table 2000-510042 gazette JP 2000-15098 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-80077

しかしながら、上記特許文献3に記載してある触媒粒子の製造方法は、構造を制御し易い気相中での方法であり、量産を考慮した場合、製造装置のスケールアップが困難であるなどの理由から、必ずしも十分満足行く製法とは言い難い。そこで、量産性に優れた液相中での製造方法の開発が急務である。   However, the method for producing catalyst particles described in Patent Document 3 is a method in the gas phase in which the structure is easily controlled, and it is difficult to scale up the production apparatus when mass production is considered. Therefore, it is difficult to say that the production method is satisfactory enough. Therefore, there is an urgent need to develop a production method in a liquid phase that is excellent in mass productivity.

本発明は上記問題に鑑み、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である基粒子と、この基粒子の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属とよりなる触媒粒子を、液相中にて適切に製造できるようにすることを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a base particle which is a kind of single particle or a two or more kinds of solid solution fine particles having a primary particle size on the order of nanometers, and one or more metals covering at least a part of the surface of the base particle. It is an object to enable appropriate production of catalyst particles comprising:

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体粒子である基粒子(1)と、金属前駆体(3)とを溶媒(4)中に混在させ、これら基粒子(1)および金属前駆体(3)が混在する溶媒(4)に超音波を照射することにより、前記基粒子(1)の表面に、前記金属前駆体(3)が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層(2)を析出させることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a base particle (1) which is one kind of single particle having a primary particle size of nanometer order or two or more kinds of solid solution particles, and a metal precursor (3 ) In the solvent (4) and irradiating the solvent (4) in which the base particles (1) and the metal precursor (3) are mixed with ultrasonic waves, the surface of the base particles (1) The metal precursor (3) is a reduced metal and is characterized by depositing a metal coating layer (2) consisting of nanometer-order metal fine particles or several atomic layers.

本発明は実験検討の結果、得られたものであり、基粒子(1)と金属前駆体(3)とを溶媒(4)中に混在させておき、これらに超音波を照射することにより、基粒子(1)の表面に、金属前駆体(3)が還元した金属からなる金属被覆層(2)を、分散性良く析出させることができる。   The present invention was obtained as a result of experimental studies, and the base particles (1) and the metal precursor (3) were mixed in the solvent (4), and these were irradiated with ultrasonic waves, The metal coating layer (2) made of the metal reduced by the metal precursor (3) can be deposited on the surface of the base particle (1) with good dispersibility.

ここで、金属被覆層(2)の形態は、ナノメートルオーダの金属微粒子であるか、または金属の数原子層である。   Here, the form of the metal coating layer (2) is nanometer-order metal fine particles, or a few atomic layers of metal.

また、一般に、浄化用触媒の製造方法においては、貴金属をイオン状態で担体に含浸させておき、焼成することにより、金属化させる手法が一般的であるが、本発明の製造方法では、焼成することなく、常温にて金属前駆体(3)を金属化させ、基粒子(1)の表面に析出させることができる。   In general, in the method for producing a purification catalyst, a method of metallization by impregnating a support with a noble metal in an ionic state and calcining is common, but in the production method of the present invention, calcining is performed. The metal precursor (3) can be metallized at normal temperature and deposited on the surface of the base particles (1).

このように、本発明の製造方法によれば、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である基粒子と、この基粒子の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属とよりなる触媒粒子を、液相中にて適切に製造することができる。   Thus, according to the production method of the present invention, a base particle that is one kind of single particle or two or more solid solution fine particles having a primary particle size on the order of nanometers and at least a part of the surface of the base particle are coated. The catalyst particle which consists of 1 or more types of metal to perform can be manufactured appropriately in a liquid phase.

ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の触媒粒子の製造方法における前記基粒子(1)としては、Ce、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Fe、Sr、Yから選ばれる1種の単体、または2種以上の固溶体からなる金属酸化物を用いることができる。   Here, as in the invention described in claim 2, as the base particle (1) in the method for producing catalyst particles according to claim 1, Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Fe , Sr, Y can be used alone, or a metal oxide composed of two or more solid solutions can be used.

また、請求項3に記載の発明のように、請求項1または請求項2に記載の触媒粒子の製造方法における前記金属前駆体(3)は、金属酸化物、金属塩化物、金属アンモニウム塩、金属硝酸塩およびそれらの誘導体から選ばれたものを用いることができる。   In addition, as in the invention described in claim 3, the metal precursor (3) in the method for producing catalyst particles according to claim 1 or claim 2 is a metal oxide, a metal chloride, a metal ammonium salt, Those selected from metal nitrates and their derivatives can be used.

また、請求項4に記載の発明のように、請求項1〜請求項3に記載の触媒粒子の製造方法における前記金属被覆層(2)としては、遷移金属からなるものであって、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Os、Co、Ni、Fe、Cu、Mn、Cr、V、Mo、Wから選ばれる一種以上の単体、または二種以上の固溶体であるものにすることができる。   In addition, as in the invention according to claim 4, the metal coating layer (2) in the method for producing catalyst particles according to claims 1 to 3 is made of a transition metal, and Pt, One or more simple substances selected from Pd, Rh, Ir, Ru, Au, Ag, Re, Os, Co, Ni, Fe, Cu, Mn, Cr, V, Mo, and W, or two or more solid solutions Can be.

また、請求項5に記載の発明では、請求項1〜請求項4に記載の触媒粒子の製造方法において、前記基粒子(1)および金属前駆体(3)が混在する溶媒(4)に、還元剤を添加することを特徴としている。   Moreover, in invention of Claim 5, in the manufacturing method of the catalyst particle of Claims 1-4, in the solvent (4) in which the said base particle (1) and a metal precursor (3) are mixed, It is characterized by adding a reducing agent.

金属前駆体(3)を還元させるためには、このように還元剤を添加して超音波の照射を行うことが好ましい。   In order to reduce the metal precursor (3), it is preferable to add a reducing agent as described above and perform ultrasonic irradiation.

ここで、請求項6に記載の発明のように、請求項5に記載の触媒粒子の製造方法における前記還元剤としては、アルコール類、アミン類、糖類および界面活性剤から選ばれたものを用いることができる。   Here, as in the invention described in claim 6, the reducing agent in the method for producing catalyst particles according to claim 5 is selected from alcohols, amines, sugars and surfactants. be able to.

また、請求項7に記載の発明のように、請求項5または請求項6に記載の触媒粒子の製造方法においては、前記還元剤の割合を、液相中の0.01wt%以上とすることが好ましい。   Further, as in the invention according to claim 7, in the method for producing catalyst particles according to claim 5 or 6, the ratio of the reducing agent is 0.01 wt% or more in the liquid phase. Is preferred.

また、請求項8に記載の発明のように、請求項1〜請求項7に記載の触媒粒子の製造方法においては、前記超音波の周波数を、20kHz以上300kHz以下とすることが好ましい。   As in the invention described in claim 8, in the method for producing catalyst particles described in claims 1-7, it is preferable that the frequency of the ultrasonic wave is 20 kHz or more and 300 kHz or less.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態に係る触媒粒子を模式的に示す図である。図1において、1は基粒子であり、この基粒子1は、ナノメートルオーダ(以下、ナノオーダという)の一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing catalyst particles according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a base particle, and this base particle 1 is one kind of single particle or two or more kinds of solid solution fine particles having a primary particle diameter of nanometer order (hereinafter referred to as nano order).

ここで、基粒子1の一次粒子径とは、1個の基粒子1の径のことであり、一次粒子径がナノオーダであるとは、通常、一次粒子径が100nm以下であることをいう。本例では、基粒子1の一次粒子径は、1nm〜50nm程度のものである。   Here, the primary particle diameter of the base particle 1 is the diameter of one base particle 1, and the primary particle diameter being nano-order usually means that the primary particle diameter is 100 nm or less. In this example, the primary particle diameter of the base particle 1 is about 1 nm to 50 nm.

また、基粒子1として、一種の単体微粒子とは、一種のセラミックや金属等の元素または化合物よりなる微粒子のことであり、二種以上の固溶体微粒子とは、二種以上のセラミックや金属等の元素または化合物が固溶体となっている微粒子のことである。   In addition, as the base particle 1, one kind of single particle is a kind of fine particle made of an element or compound such as one kind of ceramic or metal, and two or more kinds of solid solution fine particles are two or more kinds of ceramic or metal. A fine particle in which an element or a compound is in a solid solution.

このような基粒子1としては、金属酸化物からなるものにでき、具体的にはCe、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Fe、Sr、Yから選ばれる1種の単体、または2種以上の固溶体を採用することができる。   Such base particles 1 can be made of a metal oxide, specifically, one kind of simple substance selected from Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Fe, Sr, Y, or Two or more kinds of solid solutions can be employed.

このようなナノオーダの微粒子である基粒子1の作製方法としては、特に限定されるものではないが、共沈法、ゾルゲル法、水熱合成法、メッキ法、大気圧プラズマ法、真空蒸発法などがあげられる。   A method for producing the base particle 1 which is such a nano-order fine particle is not particularly limited, but includes a coprecipitation method, a sol-gel method, a hydrothermal synthesis method, a plating method, an atmospheric pressure plasma method, a vacuum evaporation method, and the like. Can be given.

また、二種以上の固溶体の性状、組成比なども特に限定されるものではなく、温度特性、耐久特性などの浄化性能を向上させるために、これら二種以上の固溶体の性状、組成比等を適宜調整すればよい。   In addition, the properties and composition ratios of the two or more solid solutions are not particularly limited, and the properties and composition ratios of the two or more solid solutions are set in order to improve the purification performance such as temperature characteristics and durability characteristics. What is necessary is just to adjust suitably.

そして、本実施形態では、このような基粒子1の表面の少なくとも一部を、一種以上の金属からなる金属被覆層2より被覆したものとしている。ここで、一種以上の金属とは、触媒機能を持つ貴金属等を用いることができる。   In this embodiment, at least a part of the surface of the base particle 1 is covered with a metal coating layer 2 made of one or more metals. Here, the one or more metals may be precious metals having a catalytic function.

この金属被覆層2は、ナノメートルオーダの金属微粒子、たとえば50nm未満の粒径を持つ超微粒子として基粒子1の表面に付着しているか、数原子層からなる被覆層として基粒子1の表面に付着している。   The metal coating layer 2 is attached to the surface of the base particle 1 as nano-sized metal fine particles, for example, ultrafine particles having a particle diameter of less than 50 nm, or is formed on the surface of the base particle 1 as a coating layer consisting of several atomic layers. It is attached.

このように、ナノオーダの基粒子1上に超微粒子または数原子層からなる金属被覆層2を形成させると、高活性な触媒粒子が実現できる。この理由については、上記した特許文献3(特開2003−80077号公報)に記載されている。   Thus, when the metal coating layer 2 composed of ultrafine particles or several atomic layers is formed on the nano-order base particles 1, highly active catalyst particles can be realized. This reason is described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-80077) described above.

そして、このような金属被覆層2は、金属前駆体を後述する超音波アシスト還元法により還元した金属からなるものである。   And such a metal coating layer 2 consists of a metal which reduced the metal precursor by the ultrasonic assist reduction method mentioned later.

この金属前駆体とは、金属酸化物、金属塩化物、金属アンモニウム塩、金属硝酸塩およびそれらの誘導体から選ばれたものである。   The metal precursor is selected from metal oxides, metal chlorides, metal ammonium salts, metal nitrates and derivatives thereof.

これらの化合物であれば、構造は特に限定されるものではなく、Ptを例にして記載すると、金属酸化物としては白金酸、金属塩化物としては塩化白金、金属アンモニウム塩としてはテトラアンミンジクロロ白金、金属硝酸塩としてはジニトロジアミン白金などがあげられる。   If these compounds are used, the structure is not particularly limited. When Pt is used as an example, platinum acid is used as a metal oxide, platinum chloride is used as a metal chloride, tetraamminedichloroplatinum is used as a metal ammonium salt, Examples of the metal nitrate include dinitrodiamine platinum.

そして、このような金属前駆体を還元することにより基粒子1上に析出する金属被覆層2は、遷移金属からなり、具体的にはPt、Pd、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Os、Co、Ni、Fe、Cu、Mn、Cr、V、Mo、Wから選ばれる一種以上の単体、または二種以上の固溶体である。   And the metal coating layer 2 which deposits on the base particle 1 by reducing such a metal precursor consists of transition metals, specifically, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Au, Ag, Re, , Os, Co, Ni, Fe, Cu, Mn, Cr, V, Mo, and W. One or more simple substances or two or more solid solutions.

本実施形態では、基粒子1も触媒活性を持つものにすることができ、基粒子1と金属被覆層2とを、互いに異なる物質に対して触媒活性を示すものになるように選択することができるため、1種の触媒粒子で複数種類の物質に対して活性を示すことができる。   In the present embodiment, the base particle 1 can also have catalytic activity, and the base particle 1 and the metal coating layer 2 can be selected so as to exhibit catalytic activity against different substances. Therefore, one type of catalyst particle can exhibit activity against a plurality of types of substances.

詳細メカニズムについてはよくわかっていないが、実際に、相乗的に触媒機能を高めることができ、複数の有毒物質に対して、分解活性の高い触媒粒子が実現可能となる。   Although the detailed mechanism is not well understood, in practice, the catalytic function can be synergistically enhanced, and catalyst particles having high decomposition activity can be realized for a plurality of toxic substances.

具体的に、触媒機能の相乗効果が期待できる金属被覆層2にてコートされた基粒子1の組合せとしては、PtにてコートされたCeO2微粒子、PtにてコートされたCeO2−ZrO2固溶微粒子、Auにてコ一トしたTiO2微粒子、Ptにてコートされた炭素粒子等があげられる。 Specifically, the combination of the base particles 1 coated with the metal coating layer 2 that can be expected to have a synergistic effect on the catalyst function includes CeO 2 fine particles coated with Pt and CeO 2 —ZrO 2 coated with Pt. Examples thereof include solid solution fine particles, TiO 2 fine particles coated with Au, and carbon particles coated with Pt.

こうして、本実施形態によれば、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能な触媒粒子を提供することができる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide catalyst particles that have higher activity and can exhibit activity against a plurality of types of substances.

このような本実施形態の触媒粒子は、超音波アシスト還元法により製造することができる。図2は、この本実施形態の製造方法である超音波アシスト還元法を説明するための図である。   Such catalyst particles of this embodiment can be produced by an ultrasonic assisted reduction method. FIG. 2 is a diagram for explaining the ultrasonic assisted reduction method which is the manufacturing method of this embodiment.

本実施形態の触媒粒子は、大きくは、基粒子1と金属前駆体3とを溶媒4中に混在させ、これら基粒子1および金属前駆体3が混在する溶媒4に超音波を照射することにより、基粒子1の表面に、金属前駆体3が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層2を析出させることによって製造される。   The catalyst particles of the present embodiment are broadly obtained by mixing the base particles 1 and the metal precursor 3 in the solvent 4 and irradiating the solvent 4 in which the base particles 1 and the metal precursor 3 are mixed with ultrasonic waves. It is produced by depositing on the surface of the base particle 1 a metal coating layer 2 which is a metal reduced by the metal precursor 3 and consists of metal fine particles of nanometer order or several atomic layers.

具体的には、図2(a)に示されるように、ビーカーなどの容器10中に、溶媒4を入れるとともに、この溶媒4中にて基粒子1と金属前駆体3とを混在させる。そして、この容器10を超音波発生器(ソノリアクター)20にセットして、図に示されるように超音波を照射する。   Specifically, as shown in FIG. 2A, the solvent 4 is put in a container 10 such as a beaker, and the base particles 1 and the metal precursor 3 are mixed in the solvent 4. And this container 10 is set to the ultrasonic generator (sono reactor) 20, and an ultrasonic wave is irradiated as shown by a figure.

ここでは、基粒子1としてCeO2、金属前駆体3としてPtCl2を用いた例について、超音波アシスト還元法の原理について、図2(b)〜(e)を参照して述べる。なお、溶媒4としては、水やエタノール等の有機溶媒等を用いることができる。 Here, the principle of the ultrasonic assisted reduction method will be described with reference to FIGS. 2B to 2E for an example in which CeO 2 is used as the base particle 1 and PtCl 2 is used as the metal precursor 3. In addition, as the solvent 4, organic solvents, such as water and ethanol, etc. can be used.

まず、図2(b)に示されるように、溶媒4中にて基粒子1と金属前駆体3とを混在させると、CeO2、Pt2+イオンCl-イオンが溶媒中に分散している。なお、図2においては、Pt2+イオンは小さめの黒丸、Cl-イオンは、やや大きめの丸であって中にクロス印が入った丸で示している。 First, as shown in FIG. 2B, when the base particles 1 and the metal precursor 3 are mixed in the solvent 4, CeO 2 and Pt 2+ ions Cl ions are dispersed in the solvent. . In FIG. 2, Pt 2+ ions are shown as small black circles, and Cl ions are shown as slightly larger circles with a cross mark inside.

そして、図2(c)に示されるように、溶媒4中に含まれる還元剤によって、CeO2表面の活性点を核としてPt2+イオンが還元して金属化することにより、CeO2表面に金属被覆層2としてPt金属が析出する。 Then, as shown in FIG. 2 (c), the reducing agent contained in the solvent 4, the active sites of the CeO 2 surface by the Pt 2+ ions as a nucleus is metallized by reduction, the CeO 2 surface Pt metal is deposited as the metal coating layer 2.

そして、Pt金属2の析出が進行して行くが、このとき、図2(d)に示されるように、超音波によって、CeO2表面にキャビティ(泡)Kが発生する。 Then, the precipitation of the Pt metal 2 proceeds. At this time, as shown in FIG. 2D, cavities (bubbles) K are generated on the CeO 2 surface by the ultrasonic waves.

このキャビティKの存在によりPt金属2がCeO2表面に分散して析出するとともに、キャビティKの消滅の衝撃によりPt金属2の結晶成長が抑制される。なお、図2(d)では、キャビティKはやや小さめの白丸とギザギザのマークにて示している。ギザギザ形状のキャビティKは、破裂状態を示している。 The presence of the cavity K causes the Pt metal 2 to be dispersed and precipitated on the CeO 2 surface, and the crystal growth of the Pt metal 2 is suppressed by the impact of the disappearance of the cavity K. In FIG. 2D, the cavity K is indicated by a slightly smaller white circle and a jagged mark. The jagged cavity K shows a ruptured state.

超音波アシスト還元法では、このようなメカニズムが推定され、結果的に、図2(e)に示されるように、基粒子1の表面に、金属前駆体3が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層2を析出してなる触媒粒子が製造される。   In the ultrasonic assisted reduction method, such a mechanism is presumed. As a result, as shown in FIG. 2E, the metal precursor 3 is a reduced metal having a nanometer size on the surface of the base particle 1. Catalyst particles are produced by depositing a metal coating layer 2 composed of order metal fine particles or several atomic layers.

このように、本実施形態では、超音波アシスト還元法により、本実施形態の触媒粒子を適切に製造することができる。   Thus, in the present embodiment, the catalyst particles of the present embodiment can be appropriately manufactured by the ultrasonic assisted reduction method.

ここで、超音波アシスト還元を活性化させる手段として、上述したように還元剤を添加してもよい。このような還元剤としては、特に限定されるものではないが、アルコール類、アミン類、糖類、界面活性剤などがあげられる。   Here, as described above, a reducing agent may be added as a means for activating ultrasonic assisted reduction. Such a reducing agent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols, amines, saccharides, and surfactants.

具体的には、アルコール類としてはエタノール、プロパノール、アミン類としては、ジエタノールアミン、糖類としてはショ糖、界面活性剤としてはアルカリ性活性剤などがあげられる。   Specifically, the alcohols include ethanol, propanol, the amines include diethanolamine, the saccharides include sucrose, and the surfactant includes an alkaline surfactant.

また、還元剤の添加量についても、特に限定されるものではなく、溶媒4に対して0.01wt%(重量%)以上、つまり、液相中の0.01wt%以上であるであれば良い。   Further, the addition amount of the reducing agent is not particularly limited as long as it is 0.01 wt% (wt%) or more with respect to the solvent 4, that is, 0.01 wt% or more in the liquid phase. .

ただし、還元剤の割合をコントロールすることにより、還元析出する金属粒径をコントロールすることが可能であり、希望とする金属粒径に対する還元剤の割合を選定することが望ましい。   However, by controlling the ratio of the reducing agent, it is possible to control the metal particle size that is reduced and deposited, and it is desirable to select the ratio of the reducing agent to the desired metal particle size.

還元剤の割合が多いと、反応が速くなるために、金属粒子の成長が促進され、金属粒径が大きくなる。これに対し、還元剤の割合が少ないと、金属粒子の成長がゆっくりとなり、かつ成長よりも他の活性点への析出も促進されるため、金属粒径が小さくなる傾向にある。   When the ratio of the reducing agent is large, the reaction becomes faster, so that the growth of the metal particles is promoted and the metal particle size is increased. On the other hand, when the ratio of the reducing agent is small, the growth of the metal particles is slow and the precipitation to other active sites is promoted more than the growth, so that the metal particle size tends to be small.

また、上記超音波アシスト還元法において、照射する超音波の周波数としては、特に限定されるものではないが、20〜300kHzが望ましい。周波数は、金属前駆体によって、最適値が異なり、一般的には、液相に溶解する金属前駆体に対しては、高周波数を使用し、液相に不溶な金属前駆体に対しては、低周波数を使用することが望ましい。   In the ultrasonic assisted reduction method, the frequency of the ultrasonic wave to be irradiated is not particularly limited, but is preferably 20 to 300 kHz. The optimum frequency differs depending on the metal precursor. Generally, for metal precursors that dissolve in the liquid phase, a high frequency is used, and for metal precursors that are insoluble in the liquid phase, It is desirable to use a low frequency.

以上述べてきたように、本実施形態によれば、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体粒子である基粒子1と、金属前駆体3とを溶媒4中に混在させ、これら基粒子1および金属前駆体3が混在する溶媒4に超音波を照射することにより、基粒子1の表面に、金属前駆体3が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層2を析出させることを主たる特徴とする触媒粒子の製造方法が提供される。   As described above, according to the present embodiment, the base particle 1 which is a kind of simple particles having a primary particle size of nanometer order or two or more kinds of solid solution particles, and the metal precursor 3 are contained in the solvent 4. And by irradiating the solvent 4 in which the base particles 1 and the metal precursor 3 are mixed with ultrasonic waves, the surface of the base particles 1 is a metal obtained by reducing the metal precursor 3 and having a metal on the nanometer order. There is provided a method for producing catalyst particles mainly characterized by depositing a metal coating layer 2 composed of fine particles or several atomic layers.

基粒子1と金属前駆体3とを溶媒4中に混在させておき、これらに超音波を照射することにより、基粒子1の表面に、金属前駆体3が還元した金属からなるナノ微粒子または数原子層の金属被覆層2を、分散性良く析出させることができる。   By mixing the base particle 1 and the metal precursor 3 in the solvent 4 and irradiating them with ultrasonic waves, the surface of the base particle 1 has nano-particles or a number of nanoparticles made of metal reduced by the metal precursor 3. The atomic metal coating layer 2 can be deposited with good dispersibility.

また、一般に、浄化用触媒の製造方法においては、貴金属をイオン状態で担体に含浸させておき、焼成することにより、金属化させる手法が一般的であるが、本実施形態の製造方法では、焼成することなく、常温にて金属前駆体3を金属化させ、基粒子1の表面に析出させることができる。   Further, in general, in a method for producing a purification catalyst, a method of metallization by impregnating a support with a noble metal in an ionic state and calcination is common, but in the production method of the present embodiment, calcination is performed. The metal precursor 3 can be metallized at room temperature and deposited on the surface of the base particle 1 without doing so.

このように、本実施形態の製造方法によれば、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である基粒子1と、この基粒子1の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属とよりなる触媒粒子を、液相中にて適切に製造することができる。そのため、量産化に即した製造方法が提供される。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the base particle 1 which is one kind of single particle or two or more kinds of solid solution fine particles having a primary particle size on the order of nanometers, and at least one of the surfaces of the base particle 1 is used. The catalyst particle which consists of 1 or more types of metal which coat | covers a part can be manufactured appropriately in a liquid phase. Therefore, a manufacturing method suitable for mass production is provided.

以下に、本発明による触媒微粒子の実施例を比較例とともに説明するが、本発明で対象としている触媒は、ナノオーダの触媒微粒子であり、排ガス浄化用、環境浄化用、燃料電池用など幅広く多くの分野で適用可能であり、実施例に限定されないことは言うまでもない。   Hereinafter, examples of catalyst fine particles according to the present invention will be described together with comparative examples. The catalyst targeted in the present invention is nano-order catalyst fine particles, which are widely used for exhaust gas purification, environmental purification, fuel cell, and the like. Needless to say, the present invention is applicable in the field and is not limited to the embodiments.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてPtCl2を、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, PtCl 2 as a metal precursor, and water as a solvent were mixed and dispersed uniformly using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and precipitate Pt as a metal. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてPtCl2を、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, PtCl 2 as a metal precursor, and water as a solvent were mixed and dispersed uniformly using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてジエタノールアミンを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, diethanolamine was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and precipitate Pt as a metal. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてPtO2を、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle size of several tens of nanometers as base particles, PtO 2 as a metal precursor, and water as a solvent were mixed and dispersed uniformly using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and precipitate Pt as a metal. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてPtO2を、溶媒としてのエタノール中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, PtO 2 as a metal precursor, and ethanol as a solvent were mixed and dispersed uniformly using a rotor or the like.

続いて、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ultrasonic waves were used to reduce and precipitate Pt as a metal using a sonoreactor. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてテトラクロロ白金酸アンモニウムを、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, ammonium tetrachloroplatinate as a metal precursor, were mixed in water as a solvent, and uniformly dispersed using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and precipitate Pt as a metal. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてテトラクロロ白金酸アンモニウムを、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, ammonium tetrachloroplatinate as a metal precursor, were mixed in water as a solvent, and uniformly dispersed using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPtを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は300kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and precipitate Pt as a metal. As the conditions, the ultrasonic irradiation frequency was 300 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数10nmのCeO2微粒子を、金属前駆体としてPtCl2およびRhCl3/3H2Oを、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 fine particles having a primary particle diameter of several tens of nanometers as base particles, PtCl 2 and RhCl 3 / 3H 2 O as metal precursors were mixed in water as a solvent, and uniformly dispersed using a rotor or the like.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPt、Rhを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and deposit Pt and Rh as metals. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

基粒子として一次粒子径が数nmのCeO2・ZrO2固溶体微粒子を、金属前駆体としてPtCl2およびRhCl3/3H2Oを、溶媒としての水中に混合し、回転子などを用いて、均一に分散させた。 CeO 2 .ZrO 2 solid solution fine particles having a primary particle diameter of several nanometers as base particles, PtCl 2 and RhCl 3 / 3H 2 O as metal precursors are mixed in water as a solvent, and uniform using a rotor or the like. Dispersed.

続いて、還元剤としてエタノールを混合し、ソノリアクターを用いて、超音波を照射し、金属としてPt、Rhを還元析出させた。条件として、超音波の照射周波数は24kHz、照射時間は1時間、水槽温度は20℃とした。   Subsequently, ethanol was mixed as a reducing agent, and ultrasonic waves were applied using a sonoreactor to reduce and deposit Pt and Rh as metals. As the conditions, the irradiation frequency of ultrasonic waves was 24 kHz, the irradiation time was 1 hour, and the water bath temperature was 20 ° C.

(比較例1)
PtコートしたCeO2微粒子の製造方法としては、他に共沈法が挙げられる。この場合の作製方法は以下の通りである。CeならびにPtの水溶性の塩(たとえば、塩化物、硝酸塩、硫酸塩など)の所定の量を、純水あるいはエタノール等の水溶性溶媒中に溶解する。
(Comparative Example 1)
Other methods for producing Pt-coated CeO 2 fine particles include a coprecipitation method. The manufacturing method in this case is as follows. A predetermined amount of a water-soluble salt of Ce and Pt (for example, chloride, nitrate, sulfate, etc.) is dissolved in a water-soluble solvent such as pure water or ethanol.

得られた水溶液に対して、pHが7以上となるようにアンモニアや水酸化ナトリウム等のアルカリ性溶液を徐々に滴下する。この際のアルカリ性溶液の濃度(0.1N以下)は薄いほど好ましい。アルカリ性溶液を滴下次第、Ce並びにPtの水酸化物の沈殿が形成される。   To the resulting aqueous solution, an alkaline solution such as ammonia or sodium hydroxide is gradually added dropwise so that the pH is 7 or more. At this time, the concentration of the alkaline solution (0.1 N or less) is preferably as thin as possible. As soon as the alkaline solution is dropped, a precipitate of Ce and Pt hydroxide is formed.

得られた水酸化物の沈殿を濾紙でこし、2回から3回純水にて水洗し、また濾過することでCeとPtの水酸化物からなる混合粉末を得る。   The obtained hydroxide precipitate is rubbed with filter paper, washed with pure water 2 to 3 times, and filtered to obtain a mixed powder of Ce and Pt hydroxide.

得られた粉末を大気中で仮焼(仮焼温度は300度から1000度程度であるが、400度から600度程度が好ましい)することで、CeO2とPtからなる複合粉末を得る。この際、Ptは非常に還元されやすい物質であるため、大気中であっても、高温にすることで容易に還元され、金属となって析出する。 The obtained powder is calcined in the air (the calcining temperature is about 300 to 1000 ° C., but preferably about 400 to 600 ° C.) to obtain a composite powder made of CeO 2 and Pt. At this time, since Pt is a substance that is very easily reduced, it is easily reduced at a high temperature and deposited as a metal even in the atmosphere.

こうして得られた粉末はナノメートルサイズで均一に混合された粉末となっているが、単なるCeO2とPtの粒子の混合物となっており、それらの結合力は、上記実施例に比べて小さい。また、粒子径や配合比(組成比)を制御することは極めて難しく、不純物が多い。 The powder thus obtained is a powder uniformly mixed in a nanometer size, but it is merely a mixture of CeO 2 and Pt particles, and their binding force is smaller than that of the above example. Moreover, it is extremely difficult to control the particle diameter and the compounding ratio (composition ratio), and there are many impurities.

このようにして得られた複合粉末を一軸加圧成型(印加圧力は1から1000MPaであるが、圧力が高すぎると表面積が減少してしまうため、1から10MPa程度が好ましい。)することでペレットを作製する。   The composite powder thus obtained is uniaxially pressed (applied pressure is 1 to 1000 MPa, but if the pressure is too high, the surface area is reduced, so about 1 to 10 MPa is preferable). Is made.

本比較例1においては、上記共沈法を用いて、CeCl3・xH2Oを助触媒原料、PtCl4・5H2Oを触媒原料として、重量比CeO2:Pt=100:10のPtコートしたCeO2微粒子を作製した。 In this Comparative Example 1, using the above coprecipitation method, CeCl 3 · xH 2 O cocatalyst feed, the PtCl 4 · 5H 2 O as a catalyst material, the weight ratio of CeO 2: Pt = 100: 10 of the Pt-coated CeO 2 fine particles were prepared.

(表面性状の観察)
上記実施例、比較例で作製した触媒微粒子の粒子径などを確認するために、TEM観察およびCOパルス法による金属表面席測定を行い、Pt粒子径を分析した。
(Observation of surface properties)
In order to confirm the particle diameter and the like of the catalyst fine particles produced in the above Examples and Comparative Examples, TEM observation and measurement of the metal surface by the CO pulse method were performed, and the Pt particle diameter was analyzed.

実施例1においては、10〜30nmの一次粒子径をもつCeO2粒子の上に、2nm程度のPtが析出していることが確認できた。これに対し、比較例1においては、50nm程度の一次粒子径をもつCeO2粒子と数nm程度のPtを確認できたものの、実施例1とは異なり、CeO2とPtが単独に存在していた。 In Example 1, it was confirmed that about 2 nm of Pt was deposited on CeO 2 particles having a primary particle diameter of 10 to 30 nm. On the other hand, in Comparative Example 1, CeO 2 particles having a primary particle diameter of about 50 nm and Pt of about several nm were confirmed, but unlike Example 1, CeO 2 and Pt existed alone. It was.

(有毒物質の浄化性能評価)
上記実施例が、有毒ガスに対して高活性を示すことを確認するために、上紀実施例1〜8、比較例1で作製した触媒微粒子ペレットを用いて、浄化性能を評価した。
(Evaluation of purification performance of toxic substances)
In order to confirm that the above examples exhibit high activity against toxic gases, the purification performance was evaluated using the catalyst fine particle pellets produced in the first to fifth examples and the comparative example 1.

各実施例1〜8および比較例1の粒子からなるφ5mmのペレットを作製した後、ふるいでφ0.85mmから1.7mmに粉砕し、粉砕された顆粒5ccを石英ガラス管内にセットした。   After preparing a φ5 mm pellet composed of the particles of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1, it was pulverized from φ0.85 mm to 1.7 mm with a sieve, and 5 cc of the pulverized granule was set in a quartz glass tube.

赤外線イメージ炉の50℃〜400℃の条件下において、当該ガラス管の入口側から、プロピレンガスを流し、ガラス管の出口側から出てくるガス量、ガス成分をガスクロマトグラフィーにて分析し、プロピレンガスが50%浄化する際の温度(浄化温度)を測定した。これを初期の浄化温度ということにする。   Under conditions of 50 ° C. to 400 ° C. in an infrared image furnace, propylene gas is allowed to flow from the inlet side of the glass tube, and the gas amount and gas components coming out from the outlet side of the glass tube are analyzed by gas chromatography. The temperature at which propylene gas was purified by 50% (purification temperature) was measured. This is called the initial purification temperature.

さらに、高温での触媒粒子の安定性を評価するために、1000℃の炉で24時間放置した後に、同様の測定を実施した。また、この測定により得られた浄化温度を、エージング後の浄化温度ということにする。浄化温度が低いほど浄化性能に優れる。   Furthermore, in order to evaluate the stability of the catalyst particles at a high temperature, the same measurement was carried out after being left in a furnace at 1000 ° C. for 24 hours. The purification temperature obtained by this measurement will be referred to as the purification temperature after aging. The lower the purification temperature, the better the purification performance.

上記各実施例1〜8および上記比較例1について浄化温度を測定した結果は、次の通りであった。   The results of measuring the purification temperature for each of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 were as follows.

実施例1では、初期の浄化温度:163℃、エージング後の浄化温度:195℃であった。   In Example 1, the initial purification temperature was 163 ° C., and the purification temperature after aging was 195 ° C.

実施例2では、初期の浄化温度:157℃、エージング後の浄化温度:188℃であった。   In Example 2, the initial purification temperature was 157 ° C., and the purification temperature after aging was 188 ° C.

実施例3では、初期の浄化温度:172℃、エージング後の浄化温度:205℃であった。   In Example 3, the initial purification temperature was 172 ° C., and the purification temperature after aging was 205 ° C.

実施例4では、初期の浄化温度:168℃、エージング後の浄化温度:198℃であった。   In Example 4, the initial purification temperature was 168 ° C., and the purification temperature after aging was 198 ° C.

実施例5では、初期の浄化温度:170℃、エージング後の浄化温度:200℃であった。   In Example 5, the initial purification temperature was 170 ° C., and the purification temperature after aging was 200 ° C.

実施例6では、初期の浄化温度:165℃、エージング後の浄化温度:193℃であった。   In Example 6, the initial purification temperature was 165 ° C., and the purification temperature after aging was 193 ° C.

実施例7では、初期の浄化温度:160℃、エージング後の浄化温度:195℃であった。   In Example 7, the initial purification temperature was 160 ° C., and the purification temperature after aging was 195 ° C.

実施例8では、初期の浄化温度:157℃、エージング後の浄化温度:190℃であった。   In Example 8, the initial purification temperature was 157 ° C., and the purification temperature after aging was 190 ° C.

比較例1では、初期の浄化温度:200℃、エージング後の浄化温度:250℃であった。   In Comparative Example 1, the initial purification temperature was 200 ° C., and the purification temperature after aging was 250 ° C.

比較例1に比べ、実施例1〜8では初期の浄化温度が低く、浄化性能が大幅に向上することが確認される。   Compared to Comparative Example 1, in Examples 1 to 8, the initial purification temperature is low, and it is confirmed that the purification performance is greatly improved.

また、金属前駆体がPtCl2である実施例1と、金属前駆体がPtO2である実施例3と、金属前駆体がテトラクロロ白金酸アンモニウムである実施例5とを比較すると、金属前駆体(Pt原料)によっても浄化性能が若干変化している。   Further, when Example 1 in which the metal precursor is PtCl 2, Example 3 in which the metal precursor is PtO 2, and Example 5 in which the metal precursor is ammonium tetrachloroplatinate are compared, the metal precursor (Pt The purification performance varies slightly depending on the raw materials.

また、超音波の周波数や還元剤の割合、還元剤の種類によっても、浄化特性が若干変化しており、詳細原因はよくわかっていないが、Pt原料によって、最適条件が異なると考えられる。   Also, the purification characteristics slightly change depending on the frequency of the ultrasonic wave, the ratio of the reducing agent, and the type of the reducing agent, and the detailed cause is not well understood, but it is considered that the optimum conditions differ depending on the Pt raw material.

また、実施例と比較例との評価結果からも明らかなように、同温度での浄化を考えた場合、本実施例による触媒は、既存のものに比べ、少量で機能すると言え、コストダウンにも寄与すると予測することができる。   In addition, as is clear from the evaluation results of the examples and comparative examples, when purification at the same temperature is considered, it can be said that the catalyst according to this example functions in a small amount compared to the existing one, which reduces the cost. Can also be expected to contribute.

以上述べてきたように、本発明は、超音波アシスト還元法を用いることにより、液相中で金属元素を析出還元させ、常温において、ナノ複合粒子を製造する手法である。   As described above, the present invention is a technique for producing nanocomposite particles at room temperature by using an ultrasonic-assisted reduction method to precipitate and reduce a metal element in a liquid phase.

そして、具体的には、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ基粒子1および金属前駆体3を溶媒4中に混在させておき、これらに超音波を照射することにより、基粒子1に、ナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層2を還元析出させることにより、ナノ複合粒子を実現する方法である。   Specifically, the base particles 1 having a primary particle size on the order of nanometers and the metal precursor 3 are mixed in the solvent 4 and are irradiated with ultrasonic waves, whereby the base particles 1 This is a method of realizing nanocomposite particles by reducing and depositing metal coating layer 2 composed of metric metal fine particles or several atomic layers.

そして、詳細メカニズムは明らかでないが、本発明の超音波アシスト還元法を用いると、基粒子1上に金属元素を分散性良く還元析出させることが可能であり、高温で焼成する必要なく、高活性なナノ複合粒子を実現することが可能である。また、これにより、少量の触媒で高性能な分解活性が確保でき、コストダウンにも寄与することが期待できる。   Although the detailed mechanism is not clear, when the ultrasonic-assisted reduction method of the present invention is used, the metal element can be reduced and deposited on the base particles 1 with good dispersibility, and there is no need to calcinate at a high temperature. Nanocomposite particles can be realized. In addition, this can ensure high-performance decomposition activity with a small amount of catalyst, and can be expected to contribute to cost reduction.

本発明の実施形態に係る触媒粒子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the catalyst particle which concerns on embodiment of this invention. 実施形態の製造方法である超音波アシスト還元法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ultrasonic-assisted reduction method which is the manufacturing method of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…基粒子、2…金属被覆層、3…金属前駆体、4…溶媒。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base particle, 2 ... Metal coating layer, 3 ... Metal precursor, 4 ... Solvent.

Claims (8)

ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体粒子である基粒子(1)と、金属前駆体(3)とを溶媒(4)中に混在させ、
これら基粒子(1)および金属前駆体(3)が混在する溶媒(4)に超音波を照射することにより、
前記基粒子(1)の表面に、前記金属前駆体(3)が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる金属被覆層(2)を析出させることを特徴とする触媒粒子の製造方法。
A base particle (1) which is a kind of single particle having a primary particle size of nanometer order or two or more kinds of solid solution particles, and a metal precursor (3) are mixed in a solvent (4),
By irradiating ultrasonic waves to the solvent (4) in which the base particles (1) and the metal precursor (3) are mixed,
The surface of the base particle (1) is characterized in that a metal coating layer (2) comprising a metal fine particle of nanometer order or several atomic layers, which is a metal reduced by the metal precursor (3), is deposited. A method for producing catalyst particles.
前記基粒子(1)は、Ce、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Fe、Sr、Yから選ばれる1種の単体、または2種以上の固溶体からなる金属酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の触媒粒子の製造方法。 The base particle (1) is a single oxide selected from Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Fe, Sr, and Y, or a metal oxide composed of two or more solid solutions. The method for producing catalyst particles according to claim 1, wherein the method is characterized in that: 前記金属前駆体(3)は、金属酸化物、金属塩化物、金属アンモニウム塩、金属硝酸塩およびそれらの誘導体から選ばれたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の触媒粒子の製造方法。 3. The catalyst particle according to claim 1, wherein the metal precursor (3) is selected from metal oxides, metal chlorides, metal ammonium salts, metal nitrates, and derivatives thereof. Production method. 前記金属被覆層(2)は、遷移金属からなるものであって、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Os、Co、Ni、Fe、Cu、Mn、Cr、V、Mo、Wから選ばれる一種以上の単体、または二種以上の固溶体であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の触媒粒子の製造方法。 The metal coating layer (2) is made of a transition metal, and is made of Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Au, Ag, Re, Os, Co, Ni, Fe, Cu, Mn, Cr, V, The method for producing catalyst particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst particles are one or more selected from Mo and W, or two or more solid solutions. 前記基粒子(1)および金属前駆体(3)が混在する溶媒(4)に、還元剤を添加することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の触媒粒子の製造方法。 The method for producing catalyst particles according to any one of claims 1 to 4, wherein a reducing agent is added to the solvent (4) in which the base particles (1) and the metal precursor (3) are mixed. . 前記還元剤は、アルコール類、アミン類、糖類および界面活性剤から選ばれたものであることを特徴とする請求項5に記載の触媒粒子の製造方法。 The method for producing catalyst particles according to claim 5, wherein the reducing agent is selected from alcohols, amines, saccharides, and surfactants. 前記還元剤の割合が、液相中の0.01wt%以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の触媒粒子の製造方法。 The method for producing catalyst particles according to claim 5 or 6, wherein the ratio of the reducing agent is 0.01 wt% or more in the liquid phase. 前記超音波の周波数が、20kHz以上300kHz以下であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の触媒粒子の製造方法。
The method for producing catalyst particles according to any one of claims 1 to 7, wherein the frequency of the ultrasonic wave is 20 kHz or more and 300 kHz or less.
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