(57)【要約】【課題】反応槽主体と、前カバーと、後カバーとを有する閉じ込め型ランナー反応槽システムを提供する。【解決手段】閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法であって、まず、触媒前駆体又は支持材前駆体を、当該入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、次に、不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、これらの閉じ込め型ランナーを流れ、当該出口端から流出し、余分な当該前駆体を希釈又は除去する工程と、最後に、当該反応槽主体のこれらの閉じ込め型ランナー内に堆積し、触媒又は支持材を形成する工程とを備える、閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法を提供する。【選択図】図２
2014121700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられた反応槽主体と、
当該反応槽主体の一方の端に設けられ、当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端が設けられた前カバーと、
当該反応槽主体の他方の端に設けられ、当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている出口端が設けられた後カバーと、
を備える、閉じ込め型ランナー反応槽システム。
【請求項２】
当該反応槽主体の外囲形状は、円柱型又は多角柱型である、請求項１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システム。
【請求項３】
触媒前駆体又は支持材前駆体を、当該入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、これらの閉じ込め型ランナーを流れ、当該出口端から流出し、余分な当該前駆体を希釈又は除去する工程と、
当該反応槽主体のこれらの閉じ込め型ランナー内に堆積が行われ、触媒又は支持材を形成する工程と、
を備える、請求項１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法。
【請求項４】
当該触媒前駆体は、貴金属又は遷移金属である、請求項３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項５】
当該貴金属は、鉄、銀、コバルト、ニッケル、白金、パラジューム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、及び錫のいずれかである、請求項４記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項６】
当該支持材前駆体は、耐高温熱の酸化物である、請求項３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項７】
当該耐高温熱の酸化物は、シリカ、二酸化硫黄、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ゲルマニウム、及び酸化マグネシウムのいずれかである、請求項６記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項８】
当該支持材前駆体は、耐火金属である、請求項３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項９】
当該耐火金属は、クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタルのいずれかである、請求項８記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１０】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１１】
内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられた反応槽主体と、
当該反応槽主体の外部に被せて、一方の端は、当該反応槽主体の一方の端に隣接し、これらの閉じ込め型ランナーと同じ出口端を有する反応槽ジャケットと、
一方の端が当該反応槽ジャケットの他方の端と接続するとともに、当該反応槽ジャケットと閉じ込め状に形成し、他方の端に当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端が設けられた反応槽カバーと、
を備える、閉じ込め型ランナー反応槽システム。
【請求項１２】
当該反応槽主体の外囲形状は、円柱型又は多角柱型である、請求項１１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システム。
【請求項１３】
触媒前駆体又は支持材前駆体を、当該入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に通す工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、これらの閉じ込め型ランナーを流れ、当該出口端から流出し、余分な当該前駆体を希釈又は除去する工程と、
当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に堆積が行われ、触媒又は支持材を形成する工程と
を備える、請求項１１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１４】
当該触媒前駆体は、貴金属又は遷移金属である、請求項１３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１５】
当該貴金属は、鉄、銀、コバルト、ニッケル、白金、パラジューム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、及び錫のいずれかである、請求項１４記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１６】
当該支持材前駆体は、耐高温熱の酸化物である、請求項１３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１７】
当該耐高温熱の酸化物は、シリカ、二酸化硫黄、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ゲルマニウム、及び酸化マグネシウムのいずれかである、請求項１６記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１８】
当該支持材前駆体は、耐火金属である、請求項１３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項１９】
当該耐火金属は、クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタルのいずれかである、請求項１８記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２０】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項１３記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２１】
原子層堆積サイクルであって、
第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去する工程と、
堆積を行う工程と、
第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する工程と、
堆積を行う工程と、
を備える、請求項１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法。
【請求項２２】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項２１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２３】
原子層堆積サイクルの実施回数、或いは、触媒又は支持材の厚みや顆粒寸法は、線形正相関性であり、当該原子層堆積サイクルを繰り返すごとに、その触媒又は支持材の厚さが０．５〜１．５Å増える、請求項２１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２４】
スーパー原子層堆積サイクルであって、
第一のサイクル：
ａ．第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｂ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去する；
ｃ．堆積を行う；
ｄ．第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｅ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する；
ｆ．堆積を行う；
第二のサイクル：
ｇ．第三の触媒前駆体又は第三の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｈ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第三の触媒前駆体又は当該第三の支持材を希釈又は除去する；
ｉ．堆積を行う；
ｊ．第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体内に注入する；
ｋ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する；
ｌ．堆積を行う；
工程を備え、
触媒又は支持材を形成するように、第一のサイクルがＮ回、及び、第二のサイクルがＭ回施される、請求項１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法。
【請求項２５】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項２４記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２６】
当該第一のサイクル、及び第二のサイクルは、当該Ｎ回、及びＭ回の実施回数に達するまで交互に又は繰り返して施される、請求項２４記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２７】
当該第一のサイクル、及び第二のサイクルは、当該Ｎ回、及びＭ回の実施回数に達するまで交互に又は繰り返して施されることで、当該触媒又は当該作製した組成の比率を制御するようになる、請求項２４記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項２８】
原子層堆積サイクルであって、
第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去する工程と、
堆積を行う工程と、
第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、
不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する工程と、
堆積を行う工程と、
を備える、請求項１１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法。
【請求項２９】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項２８記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項３０】
原子層堆積サイクルの実施回数、或いは、触媒又は支持材の厚みや顆粒寸法は、線形正相関性であり、当該原子層堆積サイクルを繰り返すごとに、その触媒又は支持材の厚さが０．５〜１．５Å増える、請求項２８記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項３１】
スーパー原子層堆積サイクルであって、
第一のサイクル：
ｍ．第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｎ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去する；
ｏ．堆積を行う；
ｐ．第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｑ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する；
ｒ．堆積を行う；
第二のサイクル：
ｓ．第三の触媒前駆体又は第三の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する；
ｔ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第三の触媒前駆体又は当該第三の支持材を希釈又は除去する；
ｕ．堆積を行う；
ｖ．第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体内に注入する；
ｗ．不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去する；
ｘ．堆積を行う；
工程を備え、
触媒又は支持材を形成するように第一のサイクルがＮ回、及び、第二のサイクルがＭ回施される、請求項１１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムを用いて触媒又は支持材を製造する方法。
【請求項３２】
当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである、請求項３１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項３３】
当該第一のサイクル、及び第二のサイクルは、当該Ｎ回、及びＭ回の実施回数に達するまで交互に又は繰り返して施される、請求項３１記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【請求項３４】
当該第一のサイクル、及び第二のサイクルは、当該Ｎ回、及びＭ回の実施回数に達するまで交互に又は繰り返して施されることで、当該触媒又は当該作製した組成の比率を制御するようになる、請求項３０記載の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明が属する分野は、化学気相反応の方法、特に閉じ込め型ランナー反応槽システムであり、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）で、触媒材料、支持材を製作する方法である。
【背景技術】
【０００２】
石化と、燃料電池と加水分解による水素発生などの工業では、化学反応レートを向上させるために、生産過程で触媒材料を加える方法がある。反応過程で触媒と反応物との接触面積は、その化学反応レートと正相関を示しつつ、その反応に参加しない。
一部の触媒は希有又は貴金属に属し、採掘しにくく、又は価格が高いことから、使用量とコストを低下させるために、現在使用されている触媒は顆粒寸法がナノメーターレベルであることが多い。触媒のクラスター（Ｃｌｕｓｔｅｒ）による反応面積の低下を回避するために、触媒をナノメーター又はミクロンレベルの支持材に堆積させ、さらにその分散性と安定性を増加させる。
【０００３】
通常の技術は、化学合成の方式で触媒と支持材前駆体とを含有した溶液を調製してから、溶液を反応ランナー又は反応槽内部に塗布し、設定された雰囲気で加熱アニールすることで、ナノメーター又はミクロンレベル構造の支持材上にナノメーターレベルの触媒顆粒を形成することができる。
圧縮空気又はポンプにより触媒と支持材前駆体付き溶液を閉じ込め反応ランナーに押出してから、加熱方式で前駆体を触媒と支持材に形成してもよいが、反応材ランナーの形状やサイズ、前駆体液体流動性不足等の原因に制限され、触媒、支持材又はそれらの両者をランナー表面に堆積させにくく、同時にクラスター現象をも起こし触媒反応面積を低下させやすくなる。
粉末冶金技術を利用し、共焼結の方式で反応ランナー又は反応槽等の触媒と支持材を含有した混合材料を形成してもよいが、この方式で形成された材料は表面に分布する触媒のみが反応に供するので、触媒の使用効率の低下と反応器のコストの増加を招いてしまう。
【０００４】
気相堆積の方式は、均一な堆積と貴金属触媒の使用量の低下の方法の一つであるが、この方法は支持材のダクトや形状に制限され、触媒を堆積分布することができず、図１に示すように、気相前駆体を堆積チャンバー体１内に通す際に、前駆体ガスが閉じ込め型ランナー反応槽１２の外部を通し下流Ｑ１に流れる傾向があり、僅かな部分がその反応槽の内部を通し下流Ｑ２に流れる。
前駆体ガスを通す時間を延長することでそのガスを反応ランナー内に広がって均一な堆積に達成可能であるが、これも前駆体の使用量の増加、さらに、調製コストの向上、及び、機械が触媒産業に広く適用できない問題を引き起こしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の問題を改善するための本発明は、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，  ＡＬＤ）技術を利用し、入り口端で押出加圧又は出口端で抽気又は当該両方法が同時に行われる強制流が閉じ込め型ランナー反応槽内部の反応ランナー内を流れることに合わせて、触媒の調製が均一な堆積、貴金属原料の使用量の軽減、化学反応の接触面積の向上等の目標に達するようになる。
本発明は、化学気相堆積の方式で閉じ込め型ランナー反応槽内に、触媒、支持材又はそれらの両種の混合材料を調製することを目的とする。化学気相堆積は、堆積させようとする触媒又は支持材を含有した前駆体ガスを反応槽内に通し、設定された温度、圧力、雰囲気等の条件で化学反応させ、薄膜又は顆粒形態の触媒、支持材又はそれらの混合材料に合成した。本発明は、この目的を達成するために、以下の両種のシステムを利用して、触媒、支持材又はそれらの混合材料の調製を行う。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の閉じ込め型ランナー反応槽システムは、外囲形状が円柱型又は多角柱型であり、内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられた反応槽主体と、当該反応槽主体の一方の端に設けられ、当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端が設けられた前カバーと、当該反応槽主体の他方の端に設けられ、反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている出口端が設けられた後カバーとを備える。
【０００７】
本発明の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法は、まず、触媒前駆体又は支持材前駆体を、当該入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、次に、不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、これらの閉じ込め型ランナーを流れ、当該出口端から流出し、余分な当該前駆体を希釈又は除去する工程と、最後に、当該反応槽主体のこれらの閉じ込め型ランナー内に堆積が行われ、触媒又は支持材を形成する工程とを備える。中でも、当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである。
【０００８】
本発明の別の閉じ込め型ランナー反応槽システムは、外囲形状が円柱型又は多角柱型であり、内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられた反応槽主体と、反応槽主体の外部に被せ、一方の端は反応槽主体の一方の端に隣接し、これらの閉じ込め型ランナーと同じ出口端を有する反応槽ジャケットと、一方の端は反応槽ジャケットの他方の端と接続するとともに、反応槽ジャケットと閉じ込め状に形成し、他方の端に当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端が設けられた反応槽カバーとを備える閉じ込め型ランナー反応槽システムである。
【０００９】
本発明の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法は、まず、触媒前駆体又は支持材前駆体を、当該入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に通す工程と、次に、不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、これらの閉じ込め型ランナーを流れ、当該出口端から流出し、余分な当該前駆体を希釈又は除去する工程と、最後に、当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に堆積が行われ、触媒又は支持材を形成する工程とを備える。中でも、当該不活性ガスは、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれかである。
【００１０】
本発明の上記の両種の閉じ込め型ランナー反応槽システムは、鉄、銀、コバルト、ニッケル、白金、パラジューム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、及び錫のずれかからなる貴金属触媒又は遷移金属触媒を製造するために用いられる。この両種の閉じ込め型ランナー反応槽システムを利用して、シリカ、二酸化硫黄、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化ゲルマニウム、及び酸化マグネシウムといった耐高温熱の酸化物、又は耐火金属（クロム、モリブデン、タングステン、及びタンタル）を更に含む支持材を製造してもよい。
【００１１】
本発明の上記の両種の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法は、原子層堆積サイクルであって、まず、第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、次に、不活性ガス（窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれか）を当該入り口端を介して注入し、当該不活性ガスは、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去した後、第一回の堆積を行う工程と、その後、第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する工程と、不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去した後、第二回の堆積を行う工程とを備える。中でも、この原子層堆積サイクル方法の実施回数、或いは、触媒又は支持材の厚みや顆粒寸法は、線形正相関性であり、当該原子層堆積サイクルを繰り返すごとに、その触媒又は支持材の厚さが０．５〜１．５Å増える。
【００１２】
本発明の上記の両種の閉じ込め型ランナー反応槽システムによる触媒又は支持材の製造方法は、スーパー原子層堆積サイクルであって、以下の工程を備える。
第一のサイクル：
まず、第一の触媒前駆体又は第一の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する。次に、不活性ガス（窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、及びアルゴンガスのいずれか）を当該入り口端を介して注入し、当該不活性ガスは、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第一の触媒前駆体又は当該第一の支持材を希釈又は除去した後、堆積を行う。その後、第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する。不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、当該不活性ガスは、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去した後、堆積を行い、第一のサイクルを完成する。
第二のサイクル：
まず、第三の触媒前駆体又は第三の支持材を、入り口端から当該反応槽主体の各当該閉じ込め型ランナー内に注入する。次に、不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、当該不活性ガスは、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第三の触媒前駆体又は当該第三の支持材を希釈又は除去した後、堆積を行う。その後、第二の触媒前駆体又は第二の支持材を、入り口端から当該反応槽主体内に注入する。不活性ガスを、当該入り口端を介して注入し、当該不活性ガスは、各当該閉じ込め型ランナーを流れ、出口端から流出し、余分な当該第二の触媒前駆体又は当該第二の支持材を希釈又は除去した後、堆積を行い、第二のサイクルを完成する。
上記の第一のサイクルがＮ回、及び、第二のサイクルがＭ回施されることで、触媒又は支持材が形成される。中でも、このスーパー原子層堆積サイクル方法は、第一のサイクル、及び第二のサイクルは当該Ｎ回、及びＭ回の実施回数に達するまで交互に又は繰り返して施されることで、当該触媒又は当該作製した組成の比率を制御するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の閉じ込め型反応槽における堆積チャンバー体の模式図である。
【図２】本発明に係る閉じ込め型ランナー反応槽システムの模式図である。
【図３】本発明に係る閉じ込め型ランナー反応槽システムの模式図である。
【図４】本発明に係る原子層堆積サイクルの模式図である。
【図５】本発明に係るスーパー原子層堆積サイクルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図２は、本発明に係る閉じ込め型ランナー反応槽システム２の模式図である。図に示すように、反応槽主体２１の外囲形状は、円柱型又は多角柱型であり、その内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられている。
前カバー２２が当該反応槽主体２１の一方の端に設けられ、封止度を高めるために前カバー２２と反応槽主体２１が接合した箇所にＯリング２４を有し、当該前カバー２２に当該反応槽主体２１の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端２５が設けられており、後カバー２３が当該反応槽主体２１の他方の端に設けられ、封止度を高めるために後カバー２３と反応槽主体２１とが接合した箇所にＯリング２４を有し、当該後カバー２３に当該反応槽主体の閉じ込め型ランナーとつながっている出口端２６が設けられている。
【００１５】
図３は、本発明に係る閉じ込め型ランナー反応槽システム３の模式図である。図に示すように、反応槽主体３１の外囲形状は、円柱型又は多角柱型であり、その内部に複数の閉じ込め型ランナーが設けられている。
反応槽ジャケット３２は、当該反応槽主体３１の外部に被せ、当該反応槽ジャケット３２の一方の端は当該反応槽主体３２の一方の端に隣接し、これらの閉じ込め型ランナーと同じ出口端２６を有する。反応槽カバー３３の一方の端は当該反応槽ジャケット３２の他方の端と接続し、Ｏリング２４を有し、反応槽カバー３３と当該反応槽ジャケット３２との間は、閉じ込め状に形成し、当該反応槽カバーの他方の端に当該反応槽主体３１の閉じ込め型ランナーとつながっている入り口端２５が設けられている。
【００１６】
図４は、原子層堆積サイクル（ＡＬＤ  ｃｙｃｌｅ）の模式図であり、第一の触媒前駆体又は第一の支持材（Ａ）と第二の触媒前駆体又は第二の支持材（Ｂ）、及び不活性ガス（Ｐ）の三者の流量に対する時間の模式図である。Ａ−Ｐ−Ｂ−Ｐのサイクルを繰り返す回数で堆積された触媒顆粒のサイズ又は支持材の厚さを制御し、最良な触媒反応効率がさらに得られる。
上記工程により、閉じ込め型ランナー反応槽システム２１の内部閉じ込め型ランナー上に、１００回の原子層堆積サイクルで、２００℃で酸化アルミニウムを堆積させる。中でも、用いられる前駆体は塩化アルミニウム、臭化アルミニウム又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）であり、不活性ガスは水素ガス、水蒸気、酸素ガス、アンモニアガス又は二酸化窒素である。堆積された酸化アルミニウム薄膜の厚さは約１００Åである。
上記工程により、閉じ込め型ランナー反応槽システム２１の内部閉じ込め型ランナー上に、１００回の原子層堆積サイクルで、２００℃で二酸化チタンを堆積させる。中でも、用いられる前駆体は四塩化チタンと水である。堆積された二酸化チタン薄膜の厚さは約６０Åである。続いて、有機白金前駆体（ＭｅＣｐＰｔＭｅ3）と酸素ガスを前駆体として、１００回の原子層堆積サイクルで、前述した二酸化チタン薄膜上に径が４０Åである白金触媒顆粒が形成される。
【００１７】
図５は、スーパー原子層堆積サイクル（Ｓｕｐｅｒ  ＡＬＤ−ｃｙｃｌｅ）の模式図であり、第一の触媒前駆体又は第一の支持材（Ａ）、第二の触媒前駆体又は第二の支持材（Ｂ）、第三の触媒前駆体又は第三の支持材（Ａ’）、及び不活性ガス（Ｐ）の三者の流量に対する時間の模式図である。Ａ−Ｐ−Ｂ−Ｐ−Ａ’−Ｐ−Ｂ−Ｐのサイクル工程を繰り返したものである。サイクルにおけるＡ−Ｐ−Ｂ−ＰとＡ’−Ｐ−Ｂ−Ｐの回数比率を変えることでその堆積物の比率を制御してもよく、合金、及び混合相触媒又は支持材をより一層調製できる。
上記工程により、閉じ込め型ランナー反応槽システム２１の内部閉じ込め型ランナー上に、１００回の原子層堆積サイクルで、２００oＣで酸化アルミニウムを堆積させる。中でも、用いられる前駆体はトリメチルアルミニウムと水であり、堆積された二酸化チタン薄膜の厚さは約１００Åである。続いて、有機白金前駆体（ＭｅＣｐＰｔＭｅ3）をＡ前駆体、ルテニウム金属錯体（Ｒｕ（Ｃｐ）2）をＡ’前駆体、酸素ガスをＢ前駆体として、スーパー原子層堆積サイクルで、５回のＡ−Ｐ−Ｂ−Ｐと２０回のＡ’−Ｐ−Ｂ−Ｐサイクルを用いて、前述した三酸化アルミニウム薄膜上に径が４０Åである白金ルテニウム合金触媒顆粒が形成され、白金が総成分比率の２５％を占める。
【００１８】
本発明に係る原子層堆積技術で閉じ込め型ランナー反応槽システムに合わせて触媒、支持材を調製する方法は、従来技術と比較して、以下の特点を有する。
１．閉じ込め型ランナーを流れる強制気流を増加でき、堆積された触媒、支持材をランナー表面に堆積させることを確保することができる。
２．前駆体を通すサイクル回数と組合せ比率を異ならせることで、触媒顆粒寸法と分布、支持材薄膜厚さとその混合材料の比率を制御することができる。
上記特点により、本発明は、閉じ込め型ランナー反応槽システム、及び触媒又は支持材の製造方法で、触媒の使用効能の向上、貴金属触媒の使用量の軽減、及び生産コストの低下などの目標に達する。
【符号の説明】
【００１９】
１    堆積チャンバー体
１２  閉じ込め型反応槽
１３  吸気口
１４  排気口
２    閉じ込め型ランナー反応槽システム
２１  反応槽主体
２２  前カバー
２３  後カバー
２４  Ｏリング
２５  入り口端
２６  出口端
３    閉じ込め型ランナー反応槽システム
３１  反応槽主体
３２  反応槽ジャケット
３３  反応槽カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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