(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を形成する方法であって、
プラズマ銃を使用して複数の酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子を形成するステップであって、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子が、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は金属パラジウムを含む、ステップと、
湿式化学プロセスを使用して、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子に複数の触媒白金ナノ粒子を付けるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記プラズマ銃を使用して前記複数の酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子を形成するステップが、
ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比で前記プラズマ銃内に装填することであって、前記酸化アルミニウム材料および前記パラジウム材料が、粉末形態であることと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発酸化アルミニウムおよび前記蒸発パラジウムを凝縮して担体ナノ粒子にすることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させるステップは、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記作動ガスがアルゴンおよびＨ２を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記湿式化学プロセスは、
白金溶液を前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子と混合することと、
前記白金溶液から形成される複数の触媒白金ナノ粒子を、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子に結合することと
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子は、１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記触媒白金ナノ粒子は、１ナノメートル以下の直径を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒白金ナノ粒子は、０．５ナノメートルの直径を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
触媒を形成する方法であって、
支持構造体を用意するステップと、
複数のナノ粒子を用意するステップであって、
プラズマ銃を使用して複数の酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子を形成するステップであって、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子が、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は金属パラジウムを含む、ステップと、
湿式化学プロセスを使用して、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子に複数の触媒白金ナノ粒子を付けるステップと
を含む、ステップと、
前記複数のナノ粒子を前記支持構造体に結合するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記プラズマ銃を使用して前記複数の酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子を形成するステップが、
ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比で前記プラズマ銃内に装填することであって、前記酸化アルミニウム材料および前記パラジウム材料が、粉末形態であることと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発酸化アルミニウムおよび前記蒸発パラジウムを凝縮して担体ナノ粒子にすることと
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させるステップは、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記作動ガスがアルゴンおよびＨ２を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記湿式化学プロセスは、
白金溶液を前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子と混合することと、
前記白金溶液から形成される複数の触媒白金ナノ粒子を、前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子に結合することと
を含む、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の担体ナノ粒子を前記支持構造体に結合するステップは、焼成プロセスを実施することを含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持構造体は、多孔質セラミック材料であり、
前記複数のナノ粒子は、前記セラミック材料の孔内に配置されている、
請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸化アルミニウム−パラジウム担体ナノ粒子は、１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記触媒白金ナノ粒子は、１ナノメートル以下の直径を有する、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒白金ナノ粒子は、０．５ナノメートルの直径を有する、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒の分野に関する。より具体的には、本発明は、触媒を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を創製するためにセラミック表面上に小白金粒子を置くのに、湿式化学を使用することができる。しかし、触媒が加熱されて使用される場合、白金粒子は、セラミック表面上に十分に結合されない。結果として、これらは可動性であり、これらが動き回り、他の白金粒子を見出すことを可能にする。白金粒子が互いに見つけ合うと、これらは凝集してより大きい白金粒子になる。
【０００３】
例えば、先行技術プロセスにより、１／２ナノメートルの白金粒子から開始されても、エージング試験が実施された時までに（車上で１０年に等しい）、白金粒子は凝集して１６ナノメートルの粒子になっている。
【０００４】
白金粒子がこのように凝集すると、触媒表面積が大幅に低減する。結果として、触媒の性能が著しく減少する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、触媒材料をコアナノ粒子に確実に結合するためにピン止め剤（ｐｉｎｎｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）を使用する。ピン止め剤は、触媒材料をコアナノ粒子に確実に繋ぎ止め、それによって触媒材料の可動性および凝集を最小限にし、または排除する。結果として、本発明は、極めて小さいサイズの触媒粒子を各コアナノ粒子上に実質的に維持し、それによって、触媒表面積を最大化する、エージングが最小限の触媒、またはさらにはエージングしない触媒をもたらすことができる。
【０００６】
本発明の一態様では、ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、混合金属酸化物を含み、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む。外面は純金属パラジウムを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の直径を有する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。いくつかの実施形態では、中心コアはシリカを含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比でプラズマ銃内に装填するステップと、プラズマ銃を使用してこのある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成するステップと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを凝縮してナノ粒子にするステップとを含む。各ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、このある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物はナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、ある量のアルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比で用意するステップと、湿式化学プロセスを使用して、このある量のアルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料から複数のナノ粒子を形成するステップとを含む。各形成されたナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は、塩または有機化合物であり、パラジウム材料は、塩であり、湿式化学プロセスは、化学反応を介してアルミニウム材料およびパラジウム材料から混合金属酸化物を形成することを含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、各ナノ粒子の中心コアを形成し、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスを使用して複数のナノ粒子を形成するステップは、各ナノ粒子の中心コアの周りに混合金属酸化物を含む単層を形成することを含む。いくつかの実施形態では、各ナノ粒子の中心コアは、シリカを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００１８】
本発明のさらに別の態様では、触媒担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む担体ナノ粒子を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。触媒ナノ粒子は、外面の純金属パラジウムに結合している。触媒ナノ粒子は白金である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の直径を有する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、担体ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。中心コアがシリカを含む、請求項２６に記載のナノ粒子。
【００２２】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、ある量の酸化アルミニウム材料、ある量のパラジウム材料、およびある量の白金材料を所望の比でプラズマ銃内に装填するステップと、プラズマ銃を使用してこのある量の酸化アルミニウム材料、このある量のパラジウム材料、およびこのある量の白金材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウム、蒸発パラジウム、および蒸発白金を含む蒸気雲を形成するステップと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発酸化アルミニウム、蒸発パラジウム、および蒸発白金を凝縮して担体ナノ粒子にするステップとを含む。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含み、白金ナノ粒子は、外面の純金属パラジウムに結合している。
【００２３】
いくつかの実施形態では、このある量の酸化アルミニウム材料、このある量のパラジウム材料、およびこのある量の白金材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の酸化アルミニウム材料、このある量のパラジウム材料、およびこのある量の白金材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、担体ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００２６】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、ある量のアルミニウム材料、ある量のパラジウム材料、およびある量の白金材料を所望の比で用意するステップと、湿式化学プロセスを使用して、このある量のアルミニウム材料、このある量のパラジウム材料、およびこのある量の白金材料から複数の担体ナノ粒子を形成するステップとを含む。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含み、白金ナノ粒子は、外面の純金属パラジウムに結合している。
【００２７】
いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は、塩または有機化合物であり、パラジウム材料は塩であり、湿式化学プロセスは、化学反応を介してアルミニウム材料およびパラジウム材料から混合金属酸化物を形成することと、複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を含む担体粒子懸濁物を形成することとを含む。各アルミニウム−パラジウム担体粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、白金溶液を担体粒子懸濁物と混合することと、白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、アルミニウム−パラジウム担体粒子上の純金属パラジウムに結合することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。
【００２８】
いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は、塩または有機化合物であり、パラジウム材料は塩であり、湿式化学プロセスは、化学反応を介してアルミニウム材料およびパラジウム材料から混合金属酸化物を形成することと、各担体ナノ粒子の中心コアの周りに混合金属酸化物の単層を形成することと、担体ナノ粒子の懸濁物を形成することとを含む。中心コアは、単層と異なる化学組成物を含み、各単層は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、白金溶液をナノ粒子の懸濁物と混合することと、白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、担体ナノ粒子上の純金属パラジウムに結合することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。いくつかの実施形態では、各担体ナノ粒子の中心コアはシリカを含む。
【００２９】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウム−白金合金まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００３０】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、プラズマ銃を使用して複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を形成するステップであって、各アルミニウム−パラジウム担体粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む、ステップと、湿式化学プロセスを使用してアルミニウム−パラジウム担体粒子のそれぞれの上の純金属パラジウムに白金ナノ粒子を付けるステップとを含む。
【００３１】
いくつかの実施形態では、プラズマ銃を使用して複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を形成するステップは、ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、プラズマ銃を使用してこのある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを凝縮して担体ナノ粒子にすることとを含む。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、外面は純金属パラジウムを含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、このある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の酸化アルミニウム材料およびこのある量のパラジウム材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、アルミニウム−パラジウム担体粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、各アルミニウム−パラジウム担体粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、白金溶液をアルミニウム−パラジウム担体粒子と混合することと、白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、アルミニウム−パラジウム担体粒子上の純金属パラジウムに結合することとを含む。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、アルミニウム−パラジウム担体粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００３６】
本発明のさらに別の態様では、触媒は、支持構造体、および支持構造体に結合した複数の担体ナノ粒子を含む。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含み、外面は純金属を含む。触媒粒子は、外面の純金属に結合している。
【００３７】
いくつかの実施形態では、支持構造体は、多孔質セラミック材料であり、複数の担体ナノ粒子は、セラミック材料の孔内に配置されている。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む。いくつかの実施形態では、純金属はパラジウムである。いくつかの実施形態では、内部領域内の混合金属酸化物は、外面の純金属まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、各担体ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、各担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。いくつかの実施形態では、中心コアはシリカを含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、外面は純金属の合金を含む。いくつかの実施形態では、触媒粒子は白金である。いくつかの実施形態では、触媒は、エージングしない触媒である。
【００４１】
本発明のさらに別の態様では、触媒を形成する方法は、支持構造体を用意するステップと、複数の担体ナノ粒子を用意するステップであって、各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域は混合金属酸化物を含み、外面は純金属を含み、触媒粒子は外面の純金属に結合している、ステップと、複数の担体ナノ粒子を支持構造体に結合するステップとを含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、支持構造体は、多孔質セラミック材料であり、複数の担体ナノ粒子は、セラミック材料の孔内に配置されている。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、純金属は、純金属パラジウムを含む。いくつかの実施形態では、触媒粒子は白金である。いくつかの実施形態では、内部領域内のパラジウムは、外面の純金属パラジウムまで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、担体ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、複数の担体ナノ粒子を用意するステップは、ある量の第１材料、ある量の第２材料、およびある量の第３材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、プラズマ銃を使用してこのある量の第１材料、このある量の第２材料、およびこのある量の第３材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料、蒸発第２材料、および蒸発第３材料を含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発第１材料、蒸発第２材料、および蒸発第３材料を凝縮して担体ナノ粒子にすることとを含む。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。いくつかの実施形態では、このある量の第１材料、このある量の第２材料、およびこのある量の第３材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の第１材料、このある量の第２材料、およびこのある量の第３材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、複数の担体ナノ粒子を用意するステップは、ある量の第１材料、ある量の第２材料、およびある量の第３材料を所望の比で用意することと、湿式化学プロセスを使用して、このある量の第１材料、このある量の第２材料、およびこのある量の第３材料から複数の担体ナノ粒子を形成することとを含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、第１材料および第２材料を含み、外面は第２材料を含み、触媒粒子は第３材料を含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、化学反応を介して第１材料および第２材料から混合金属酸化物を形成することと、複数の担体粒子を含む担体粒子懸濁物を形成することとを含む。各担体粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域の混合金属酸化物は、第１材料および第２材料を含み、外面の純金属は、第２材料を含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、第１材料はアルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料である。いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は塩または有機化合物であり、パラジウム材料は塩である。
【００４７】
いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、触媒溶液を担体粒子懸濁物と混合することと、触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、担体粒子上の純金属に結合することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液であり、触媒ナノ粒子は白金ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。
【００４８】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物を形成するステップは、各担体粒子の中心コアの周りに単層を形成することを含む。中心コアは、単層と異なる化学組成物を含み、各単層は、内部領域および外面を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、外面の純金属はパラジウムを含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、触媒溶液を担体粒子懸濁物と混合することと、触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、担体粒子上の純金属に結合することとをさらに含む。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液であり、触媒ナノ粒子は白金ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。いくつかの実施形態では、各担体ナノ粒子の中心コアはシリカを含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、複数の担体ナノ粒子を用意するステップは、プラズマ銃を使用して複数の担体粒子を形成することであって、各担体粒子は、内部領域および外面を含む、ことと、湿式化学プロセスを使用して担体粒子のそれぞれの上の純金属に触媒ナノ粒子を付けることとを含む。いくつかの実施形態では、プラズマ銃を使用して複数の担体粒子を形成するステップは、ある量の第１材料およびある量の第２材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、プラズマ銃を使用してこのある量の第１材料およびこのある量の第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を凝縮して担体粒子にすることとを含む。いくつかの実施形態では、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスを使用して純金属に触媒ナノ粒子を付けるステップは、触媒溶液をコア粒子と混合することと、触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、担体粒子上の純金属に結合することとを含む。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液であり、触媒ナノ粒子は白金ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。いくつかの実施形態では、複数の担体ナノ粒子を支持構造体に結合するステップは、焼成プロセスを実施することを含む。
【００５０】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子は、混合金属酸化物を含む内部領域、および純金属を含む外面を含む。
【００５１】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む。いくつかの実施形態では、純金属はパラジウムである。いくつかの実施形態では、内部領域内の混合金属酸化物は、外面の純金属まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の直径を有する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、ナノ粒子の中心コアを形成する。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。いくつかの実施形態では、中心コアはシリカを含む。いくつかの実施形態では、外面は純金属の合金を含む。いくつかの実施形態では、純金属の合金は、パラジウム−白金合金である。
【００５４】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、ある量の第１材料およびある量の第２材料を用意するステップと、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料から複数のナノ粒子を形成するステップとを含む。各ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含み、外面は純金属を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、第１材料および第２材料を含み、純金属は第２材料を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、純金属はパラジウムを含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、純金属はパラジウム−白金合金を含む。
【００５６】
いくつかの実施形態では、複数のナノ粒子を形成するステップは、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、プラズマ銃を使用してこのある量の第１材料およびこのある量の第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を凝縮してナノ粒子にすることであって、各ナノ粒子は、内部領域および外面を含む、こととを含む。いくつかの実施形態では、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、第１材料および第２材料を含み、純金属は第２材料を含む。いくつかの実施形態では、第１材料はアルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料である。
【００５７】
いくつかの実施形態では、複数のナノ粒子を形成するステップは、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料を用いて湿式化学プロセスを実施することを含む。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、化学反応を介して第１材料および第２材料から混合金属酸化物を形成することを含む。いくつかの実施形態では、第１材料はアルミニウム材料を含み、第２材料はパラジウム材料を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は塩または有機化合物であり、パラジウム材料は塩である。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、各ナノ粒子の中心コアを形成し、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、各ナノ粒子の中心コアの周りに単層を形成することを含む。単層は混合金属酸化物を含む。いくつかの実施形態では、各ナノ粒子の中心コアはシリカを含む。
【００５８】
いくつかの実施形態では、内部領域内の混合金属酸化物は、外面の純金属まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。
【００５９】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子は、混合金属酸化物を含む内部領域、純金属を含む外面、および純金属に付けられた触媒粒子を含む。触媒粒子は、純金属および混合金属酸化物と異なる化学組成を有する。
【００６０】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、第１材料および第２材料を含み、純金属は第２材料を含み、触媒粒子は第３材料を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。いくつかの実施形態では、中心コアはシリカを含む。
【００６１】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウム、および白金を含まない金属ピン止め剤を含み、純金属は金属ピン止め剤を含み、触媒粒子は白金を含む。いくつかの実施形態では、金属ピン止め剤は、銅、モリブデン、またはコバルトを含む。いくつかの実施形態では、触媒粒子は金属合金を含む。いくつかの実施形態では、金属合金はパラジウム−白金合金である。いくつかの実施形態では、金属ピン止め剤は、銅、モリブデン、またはコバルトを含み、触媒粒子はパラジウム−白金合金を含む。
【００６２】
いくつかの実施形態では、内部領域内の混合金属酸化物は、外面の純金属まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の直径を有する。
【００６３】
いくつかの実施形態では、触媒粒子はナノ粒子である。いくつかの実施形態では、触媒粒子は、約１ナノメートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態では、触媒粒子は、約１／２ナノメートルの直径を有する。
【００６４】
本発明のさらに別の態様では、ナノ粒子を形成する方法は、担体ナノ粒子を用意するステップであって、担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域は混合金属酸化物を含み、外面は純金属を含む、ステップと、触媒粒子を純金属に付けるステップであって、触媒粒子は、純金属および混合金属酸化物と異なる化学組成物を有する、ステップとを含む。
【００６５】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は第１材料および第２材料から形成され、純金属は第２材料から形成され、触媒粒子は第３材料から形成される。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する。いくつかの実施形態では、中心コアはシリカを含む。
【００６６】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウム、および白金を含まない金属ピン止め剤を含み、純金属は金属ピン止め剤を含み、触媒粒子は白金を含む。いくつかの実施形態では、金属ピン止め剤は、銅、モリブデン、またはコバルトを含む。いくつかの実施形態では、触媒粒子は金属合金を含む。いくつかの実施形態では、金属合金はパラジウム−白金合金である。いくつかの実施形態では、金属ピン止め剤は、銅、モリブデン、またはコバルトを含み、触媒粒子はパラジウム−白金合金を含む。
【００６７】
いくつかの実施形態では、内部領域内の混合金属酸化物は、外面の純金属まで延在し、これに結合している。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の直径を有する。
【００６８】
いくつかの実施形態では、触媒粒子はナノ粒子である。いくつかの実施形態では、触媒粒子は、約１ナノメートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態では、触媒粒子は、約１／２ナノメートルの直径を有する。
【００６９】
いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子を用意するステップ、および触媒粒子を純金属に付けるステップは、プラズマ銃を使用して実施される。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子を用意するステップ、および触媒粒子を純金属に付けるステップは、湿式化学プロセスを使用して実施される。
【００７０】
いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子を用意するステップは、ある量の第１材料およびある量の第２材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を凝縮して担体ナノ粒子にすることとを含む。担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。いくつかの実施形態では、このある量の第１材料材料およびこのある量の第２材料を蒸発させるステップは、プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、このある量の第１材料およびこのある量の第２材料をプラズマストリーム中に流すこととを含む。いくつかの実施形態では、触媒粒子を純金属に付けるステップは、湿式化学プロセスを使用して実施される。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスは、触媒溶液を担体ナノ粒子と混合することと、触媒溶液から形成される触媒粒子を、担体ナノ粒子上の純金属に結合することとを含む。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液であり、触媒粒子は白金ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、白金溶液は硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。
【００７１】
本発明のさらに別の態様では、触媒ナノ粒子を形成する方法は、複数の担体ナノ粒子を用意するステップであって、各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域は混合金属酸化物を含み、外面は純金属を含む、ステップと、触媒ナノ粒子を各担体ナノ粒子上の純金属に付けるステップとを含む。
【００７２】
いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子を純金属に付けるステップは、プラズマ銃を使用して実施される。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子を純金属に付けるステップは、複数のナノ粒子およびある量の触媒材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、このある量の触媒材料を蒸発させ、それによって蒸発触媒材料を含む蒸気雲を形成することと、蒸気雲を急冷し、それによって、蒸発触媒材料を凝縮して、担体ナノ粒子上の純金属に結合している触媒ナノ粒子にすることとを含む。
【００７３】
いくつかの実施形態では、複数の担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、各触媒ナノ粒子は、約１ナノメートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態では、各触媒ナノ粒子は、約１／２ナノメートルの直径を有する。
【００７４】
いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子を純金属に付けるステップは、湿式化学プロセスを使用して実施される。いくつかの実施形態では、湿式化学プロセスを使用して触媒ナノ粒子を純金属に付けるステップは、触媒溶液を複数の担体ナノ粒子と混合することと、触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、複数の担体ナノ粒子上の純金属に結合することとを含む。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液であり、触媒ナノ粒子は白金ナノ粒子である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。
一実施形態において、例えば、以下の項目が提供される。
（項目１）
酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含む内部領域と、
純金属パラジウムを含む外面と
を含むナノ粒子。
（項目２）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目１に記載のナノ粒子。
（項目３）
約１０ナノメートル以下の直径を有する、項目１に記載のナノ粒子。
（項目４）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを形成する、項目１に記載のナノ粒子。
（項目５）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目４に記載のナノ粒子。
（項目６）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目１に記載のナノ粒子。
（項目７）
前記中心コアがシリカを含む、項目６に記載のナノ粒子。
（項目８）
ナノ粒子を形成する方法であって、
ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比でプラズマ銃に装填するステップと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成するステップと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発酸化アルミニウムおよび前記蒸発パラジウムを凝縮してナノ粒子にするステップと
を含み、
各ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、方法。
（項目９）
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させる前記ステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目８に記載の方法。
（項目１１）
前記ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目８に記載の方法。
（項目１２）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを形成する、項目８に記載の方法。
（項目１３）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
ナノ粒子を形成する方法であって、
ある量のアルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比で用意するステップと、
湿式化学プロセスを使用して、前記ある量のアルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料から複数のナノ粒子を形成するステップと
を含み、
各形成されたナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、方法。
（項目１５）
前記アルミニウム材料が塩または有機化合物であり、
前記パラジウム材料が塩であり、
前記湿式化学プロセスが、化学反応を介して前記アルミニウム材料および前記パラジウム材料から前記混合金属酸化物を形成することを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記混合金属酸化物が各ナノ粒子の中心コアを形成し、
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
湿式化学プロセスを使用して前記複数のナノ粒子を形成する前記ステップが、各ナノ粒子の中心コアの周りに前記混合金属酸化物を含む単層を形成することを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
各ナノ粒子の前記中心コアがシリカを含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
前記ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目１４に記載の方法。
（項目２１）
内部領域および外面を含む担体ナノ粒子であって、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、担体ナノ粒子と、
前記外面の前記純金属パラジウムに結合した、白金である触媒ナノ粒子と
を含む触媒担体ナノ粒子。
（項目２２）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目２１に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２３）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の直径を有する、項目２１に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２４）
前記混合金属酸化物が、前記担体ナノ粒子の中心コアを形成する、項目２１に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２５）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目２４に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２６）
前記混合金属酸化物が、前記担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目２１に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２７）
前記中心コアがシリカを含む、項目２６に記載の触媒担体ナノ粒子。
（項目２８）
ナノ粒子を形成する方法であって、
ある量の酸化アルミニウム材料、ある量のパラジウム材料、およびある量の白金材料を所望の比でプラズマ銃内に装填するステップと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の酸化アルミニウム材料、前記ある量のパラジウム材料、および前記ある量の白金材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウム、蒸発パラジウム、および蒸発白金を含む蒸気雲を形成するステップと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発酸化アルミニウム、前記蒸発パラジウム、および前記蒸発白金を凝縮して担体ナノ粒子にするステップと
を含み、
各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含み、白金ナノ粒子は、前記外面の前記純金属パラジウムに結合している、方法。
（項目２９）
前記ある量の酸化アルミニウム材料、前記ある量のパラジウム材料、および前記ある量の白金材料を蒸発させる前記ステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の酸化アルミニウム材料、前記ある量のパラジウム材料、および前記ある量の白金材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目２８に記載の方法。
（項目３１）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目２８に記載の方法。
（項目３２）
前記混合金属酸化物が、前記担体ナノ粒子の中心コアを形成する、項目２８に記載の方法。
（項目３３）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
ナノ粒子を形成する方法であって、
ある量のアルミニウム材料、ある量のパラジウム材料、およびある量の白金材料を所望の比で用意するステップと、
湿式化学プロセスを使用して、前記ある量のアルミニウム材料、前記ある量のパラジウム材料、および前記ある量の白金材料から複数の担体ナノ粒子を形成するステップと
を含み、
各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含み、白金ナノ粒子は、前記外面の前記純金属パラジウムに結合している、方法。
（項目３５）
前記アルミニウム材料が塩または有機化合物であり、
前記パラジウム材料が塩であり、
前記湿式化学プロセスが、化学反応を介して前記アルミニウム材料および前記パラジウム材料から前記混合金属酸化物を形成することと、複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を含む担体粒子懸濁物を形成することとを含み、各アルミニウム−パラジウム担体粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む前記混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
前記湿式化学プロセスが、
白金溶液を前記担体粒子懸濁物と混合することと、
前記白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、前記アルミニウム−パラジウム担体粒子上の前記純金属パラジウムに結合することと
をさらに含む、項目３５に記載の方法。
（項目３７）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
前記アルミニウム材料が塩または有機化合物であり、
前記パラジウム材料が塩であり、
前記湿式化学プロセスが、化学反応を介して前記アルミニウム材料および前記パラジウム材料から前記混合金属酸化物を形成することと、各担体ナノ粒子の中心コアの周りに前記混合金属酸化物の単層を形成することと、前記担体ナノ粒子の懸濁物を形成することとを含み、前記中心コアは、前記単層と異なる化学組成物を含み、各単層は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む前記混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、項目３４に記載の方法。
（項目３９）
前記湿式化学プロセスが、
白金溶液をナノ粒子の前記懸濁物と混合することと、
前記白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、前記担体ナノ粒子上の前記純金属パラジウムに結合することと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
各担体ナノ粒子の前記中心コアがシリカを含む、項目３８に記載の方法。
（項目４２）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の純金属パラジウム−白金合金まで延在し、これに結合している、項目３４に記載の方法。
（項目４３）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目３４に記載の方法。
（項目４４）
ナノ粒子を形成する方法であって、
プラズマ銃を使用して複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を形成するステップであって、各アルミニウム−パラジウム担体粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、ステップと、
湿式化学プロセスを使用して前記アルミニウム−パラジウム担体粒子のそれぞれの上の前記純金属パラジウムに白金ナノ粒子を付けるステップと
を含む、方法。
（項目４５）
前記プラズマ銃を使用して前記複数のアルミニウム−パラジウム担体粒子を形成するステップが、
ある量の酸化アルミニウム材料およびある量のパラジウム材料を所望の比で前記プラズマ銃に装填することと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させ、それによって蒸発酸化アルミニウムおよび蒸発パラジウムを含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発酸化アルミニウムおよび前記蒸発パラジウムを凝縮して担体ナノ粒子にすることと
を含み、
各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属パラジウムを含む、項目４４に記載の方法。
（項目４６）
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を蒸発させる前記ステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の酸化アルミニウム材料および前記ある量のパラジウム材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目４５に記載の方法。
（項目４７）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目４５に記載の方法。
（項目４８）
前記アルミニウム−パラジウム担体粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目４４に記載の方法。
（項目４９）
前記混合金属酸化物が、各アルミニウム−パラジウム担体粒子の中心コアを形成する、項目４４に記載の方法。
（項目５０）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目４９に記載の方法。
（項目５１）
前記湿式化学プロセスが、
白金溶液を前記アルミニウム−パラジウム担体粒子と混合することと、
前記白金溶液から形成される白金ナノ粒子を、前記アルミニウム−パラジウム担体粒子上の前記純金属パラジウムに結合することと
を含む、項目４４に記載の方法。
（項目５２）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目５１に記載の方法。
（項目５３）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目４４に記載の方法。
（項目５４）
前記アルミニウム−パラジウム担体粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目４４に記載の方法。
（項目５５）
支持構造体と、
前記支持構造体に結合した複数の担体ナノ粒子と
を含む触媒であって、各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属を含み、触媒粒子は、前記外面の前記純金属に結合している、触媒。
（項目５６）
前記支持構造体が多孔質セラミック材料であり、
前記複数の担体ナノ粒子が、前記セラミック材料の孔内に配置されている、項目５５に記載の触媒。
（項目５７）
前記混合金属酸化物が酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む、項目５５に記載の触媒。
（項目５８）
前記純金属がパラジウムである、項目５５に記載の触媒。
（項目５９）
前記内部領域内の前記混合金属酸化物が、前記外面の前記純金属まで延在し、これに結合している、項目５５に記載の触媒。
（項目６０）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目５５に記載の触媒。
（項目６１）
前記混合金属酸化物が、各担体ナノ粒子の中心コアを形成する、項目５５に記載の触媒。
（項目６２）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目６１に記載の触媒。
（項目６３）
前記混合金属酸化物が、各担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目５５に記載の触媒。
（項目６４）
前記中心コアがシリカを含む、項目６３に記載の触媒。
（項目６５）
前記外面が純金属の合金を含む、項目５５に記載の触媒。
（項目６６）
前記触媒粒子が白金である、項目５５に記載の触媒。
（項目６７）
エージングしない触媒である、項目５５に記載の触媒。
（項目６８）
触媒を形成する方法であって、
支持構造体を用意するステップと、
複数の担体ナノ粒子を用意するステップであって、各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属を含み、触媒粒子は前記外面の前記純金属に結合している、ステップと、
前記複数の担体ナノ粒子を前記支持構造体に結合するステップと
を含む、方法。
（項目６９）
前記支持構造体が多孔質セラミック材料であり、
前記複数の担体ナノ粒子が、前記セラミック材料の孔内に配置されている、項目６８に記載の方法。
（項目７０）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、前記純金属が純金属パラジウムを含む、項目６８に記載の方法。
（項目７１）
前記触媒粒子が白金である、項目６８に記載の方法。
（項目７２）
前記内部領域内の前記パラジウムが、前記外面の前記純金属パラジウムまで延在し、これに結合している、項目６８に記載の方法。
（項目７３）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目６８に記載の方法。
（項目７４）
前記混合金属酸化物が、前記担体ナノ粒子の中心コアを形成する、項目６８に記載の方法。
（項目７５）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目７４に記載の方法。
（項目７６）
複数の担体ナノ粒子を用意する前記ステップが、
ある量の第１材料、ある量の第２材料、およびある量の第３材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の前記第１材料、前記ある量の前記第２材料、および前記ある量の前記第３材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料、蒸発第２材料、および蒸発第３材料を含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発第１材料、前記蒸発第２材料、および前記蒸発第３材料を凝縮して担体ナノ粒子にすることであって、各担体ナノ粒子は、前記内部領域および前記外面を含む、ことと
を含む、項目６８に記載の方法。
（項目７７）
前記ある量の前記第１材料材料、前記ある量の前記第２材料、および前記ある量の前記第３材料を蒸発させる前記ステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の前記第１材料、前記ある量の前記第２材料、および前記ある量の前記第３材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目７６に記載の方法。
（項目７８）
複数の担体ナノ粒子を用意する前記ステップが、
ある量の第１材料、ある量の第２材料、およびある量の第３材料を所望の比で用意することと、
湿式化学プロセスを使用して、前記ある量の前記第１材料、前記ある量の前記第２材料、および前記ある量の前記第３材料から前記複数の担体ナノ粒子を形成することと
を含む、項目６８に記載の方法。
（項目７９）
前記混合金属酸化物が、前記第１材料および前記第２材料を含み、前記外面が前記第２材料を含み、前記触媒粒子が前記第３材料を含む、項目７８に記載の方法。
（項目８０）
前記湿式化学プロセスが、
化学反応を介して前記第１材料および前記第２材料から前記混合金属酸化物を形成することと、
複数の担体粒子を含む担体粒子懸濁物を形成することであって、各担体粒子は、前記内部領域および前記外面を含み、前記内部領域の前記混合金属酸化物は、前記第１材料および前記第２材料を含み、前記外面の前記純金属は、前記第２材料を含む、ことと
を含む、項目７８に記載の方法。
（項目８１）
前記第１材料がアルミニウム材料であり、
前記第２材料がパラジウム材料である、項目８０に記載の方法。
（項目８２）
前記アルミニウム材料が塩または有機化合物であり、
前記パラジウム材料が塩である、項目８１に記載の方法。
（項目８３）
前記湿式化学プロセスが、
触媒溶液を前記担体粒子懸濁物と混合することと、
前記触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、前記担体粒子上の前記純金属に結合することと
をさらに含む、項目８０に記載の方法。
（項目８４）
前記触媒溶液が白金溶液であり、前記触媒ナノ粒子が白金ナノ粒子である、項目８３に記載の方法。
（項目８５）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目８４に記載の方法。
（項目８６）
前記混合金属酸化物を形成することが、各担体粒子の中心コアの周りに単層を形成することを含み、前記中心コアは、前記単層と異なる化学組成物を含み、各単層は、前記内部領域および前記外面を含む、項目８０に記載の方法。
（項目８７）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、前記外面の前記純金属がパラジウムを含む、項目８６に記載の方法。
（項目８８）
前記湿式化学プロセスが、
触媒溶液を前記担体粒子懸濁物と混合することと、
前記触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、前記担体粒子上の前記純金属に結合することと
をさらに含む、項目８６に記載の方法。
（項目８９）
前記触媒溶液が白金溶液であり、前記触媒ナノ粒子が白金ナノ粒子である、項目８８に記載の方法。
（項目９０）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目８９に記載の方法。
（項目９１）
各担体ナノ粒子の前記中心コアがシリカを含む、項目８６に記載の方法。
（項目９２）
前記複数の担体ナノ粒子を用意する前記ステップが、
プラズマ銃を使用して複数の担体粒子を形成することであって、各担体粒子が前記内部領域および前記外面を含む、ことと、
湿式化学プロセスを使用して前記担体粒子のそれぞれの上の前記純金属に触媒ナノ粒子を付けることと
を含む、項目６８に記載の方法。
（項目９３）
前記プラズマ銃を使用して前記複数の担体粒子を形成するステップが、
ある量の第１材料およびある量の第２材料を所望の比で前記プラズマ銃内に装填することと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発第１材料および前記蒸発第２材料を凝縮して前記担体粒子にすることと
を含む、項目９２に記載の方法。
（項目９４）
前記ある量の第１材料および前記ある量の第２材料を蒸発させるステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の第１材料および前記ある量の第２材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目９３に記載の方法。
（項目９５）
湿式化学プロセスを使用して前記純金属に触媒ナノ粒子を付けるステップが、
触媒溶液を前記コア粒子と混合することと、
前記触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、前記担体粒子上の前記純金属に結合することと
を含む、項目９２に記載の方法。
（項目９６）
前記触媒溶液が白金溶液であり、前記触媒ナノ粒子が白金ナノ粒子である、項目９５に記載の方法。
（項目９７）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目９６に記載の方法。
（項目９８）
前記複数の担体ナノ粒子を前記支持構造体に結合するステップが、焼成プロセスを実施することを含む、項目６８に記載の方法。
（項目９９）
混合金属酸化物を含む内部領域と、
純金属を含む外面と
を含むナノ粒子。
（項目１００）
前記混合金属酸化物が酸化アルミニウムおよびパラジウムを含む、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０１）
前記純金属がパラジウムである、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０２）
前記内部領域内の前記混合金属酸化物が、前記外面の前記純金属まで延在し、これに結合している、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０３）
約１０ナノメートル以下の直径を有する、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０４）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを形成する、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０５）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目１０４に記載のナノ粒子。
（項目１０６）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目９９に記載のナノ粒子。
（項目１０７）
前記中心コアがシリカを含む、項目１０６に記載のナノ粒子。
（項目１０８）
前記外面が純金属の合金を含む、項目１０６に記載のナノ粒子。
（項目１０９）
前記純金属の合金がパラジウム−白金合金である、項目１０８に記載のナノ粒子。
（項目１１０）
ナノ粒子を形成する方法であって、
ある量の第１材料およびある量の第２材料を用意するステップと、
前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料から複数のナノ粒子を形成するステップであって、各ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属を含む、ステップと
を含む、方法。
（項目１１１）
前記混合金属酸化物が前記第１材料および前記第２材料を含み、前記純金属が前記第２材料を含む、項目１１０に記載の方法。
（項目１１２）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、前記純金属がパラジウムを含む、項目１１０に記載の方法。
（項目１１３）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムを含み、前記純金属がパラジウム−白金合金を含む、項目１１０に記載の方法。
（項目１１４）
前記複数のナノ粒子を形成する前記ステップが、
前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、
前記プラズマ銃を使用して前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発第１材料および前記蒸発第２材料を凝縮してナノ粒子にすることであって、各ナノ粒子は、前記内部領域および前記外面を含む、こと
とを含む、項目１１０に記載の方法。
（項目１１５）
前記ある量の前記第１材料材料および前記ある量の前記第２材料を蒸発させるステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目１１４に記載の方法。
（項目１１６）
前記混合金属酸化物が、前記第１材料および前記第２材料を含み、前記純金属が前記第２材料を含む、項目１１４に記載の方法。
（項目１１７）
前記第１材料がアルミニウム材料であり、前記第２材料がパラジウム材料である、項目１１６に記載の方法。
（項目１１８）
前記複数のナノ粒子を形成する前記ステップが、前記ある量の第１材料および前記ある量の第２材料を用いて湿式化学プロセスを実施することを含む、項目１１０に記載の方法。
（項目１１９）
前記湿式化学プロセスが、化学反応を介して前記第１材料および前記第２材料から前記混合金属酸化物を形成することを含む、項目１１８に記載の方法。
（項目１２０）
前記第１材料がアルミニウム材料を含み、
前記第２材料がパラジウム材料を含む、項目１１９に記載の方法。
（項目１２１）
前記アルミニウム材料が塩または有機化合物であり、
前記パラジウム材料が塩である、項目１２０に記載の方法。
（項目１２２）
前記混合金属酸化物が、各ナノ粒子の中心コアを形成し、
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよびパラジウムのみからなる、項目１１９に記載の方法。
（項目１２３）
前記湿式化学プロセスが、各ナノ粒子の中心コアの周りに単層を形成することを含み、前記単層が前記混合金属酸化物を含む、項目１１９に記載の方法。
（項目１２４）
各ナノ粒子の前記中心コアがシリカを含む、項目１２３に記載の方法。
（項目１２５）
前記内部領域内の前記混合金属酸化物が、前記外面の前記純金属まで延在し、これに結合している、項目１１０に記載の方法。
（項目１２６）
前記ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目１１０に記載の方法。
（項目１２７）
混合金属酸化物を含む内部領域と、
純金属を含む外面と、
前記純金属および前記混合金属酸化物と異なる化学組成を有する、前記純金属に付けられた触媒粒子と
を含むナノ粒子。
（項目１２８）
前記混合金属酸化物が、第１材料および第２材料を含み、
前記純金属が前記第２材料を含み、
前記触媒粒子が第３材料を含む、項目１２７に記載のナノ粒子。
（項目１２９）
前記混合金属酸化物が、前記ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目１２８に記載のナノ粒子。
（項目１３０）
前記中心コアがシリカを含む、項目１２９に記載のナノ粒子。
（項目１３１）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよび金属ピン止め剤を含み、
前記純金属が、白金を含まない前記金属ピン止め剤を含み、
前記触媒粒子が白金を含む、項目１２７に記載のナノ粒子。
（項目１３２）
前記金属ピン止め剤が、銅、モリブデン、またはコバルトを含む、項目１３１に記載のナノ粒子。
（項目１３３）
前記触媒粒子が金属合金を含む、項目１３１に記載のナノ粒子。
（項目１３４）
前記金属合金がパラジウム−白金合金である、項目１３３に記載のナノ粒子。
（項目１３５）
前記金属ピン止め剤が、銅、モリブデン、またはコバルトを含み、
前記触媒粒子がパラジウム−白金合金を含む、項目１３１に記載のナノ粒子。
（項目１３６）
前記内部領域内の前記混合金属酸化物が、前記外面の前記純金属まで延在し、これに結合している、項目１２７に記載のナノ粒子。
（項目１３７）
約１０ナノメートル以下の直径を有する、項目１２７に記載のナノ粒子。
（項目１３８）
前記触媒粒子がナノ粒子である、項目１２７に記載のナノ粒子。
（項目１３９）
前記触媒粒子が、約１ナノメートル以下の直径を有する、項目１３８に記載のナノ粒子。
（項目１４０）
前記触媒粒子が、約１／２ナノメートルの直径を有する、項目１３９に記載のナノ粒子。
（項目１４１）
ナノ粒子を形成する方法であって、
担体ナノ粒子を用意するステップであって、前記担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属を含む、ステップと、
触媒粒子を前記純金属に付けるステップであって、前記触媒粒子は、前記純金属および前記混合金属酸化物と異なる化学組成を有する、ステップと
を含む、方法。
（項目１４２）
前記混合金属酸化物が、第１材料および第２材料から形成され、
前記純金属が前記第２材料から形成され、
前記触媒粒子が第３材料から形成される、項目１４１に記載の方法。
（項目１４３）
前記混合金属酸化物が、前記担体ナノ粒子の中心コアを取り囲む単層を形成する、項目１４２に記載の方法。
（項目１４４）
前記中心コアがシリカを含む、項目１４３に記載の方法。
（項目１４５）
前記混合金属酸化物が、酸化アルミニウムおよび金属ピン止め剤を含み、
前記純金属が、白金を含まない前記金属ピン止め剤を含み、
前記触媒粒子が白金を含む、項目１４１に記載の方法。
（項目１４６）
前記金属ピン止め剤が、銅、モリブデン、またはコバルトを含む、項目１４５に記載の方法。
（項目１４７）
前記触媒粒子が金属合金を含む、項目１４５に記載の方法。
（項目１４８）
前記金属合金がパラジウム−白金合金である、項目１４７に記載の方法。
（項目１４９）
前記金属ピン止め剤が、銅、モリブデン、またはコバルトを含み、
前記触媒粒子がパラジウム−白金合金を含む、項目１４５に記載の方法。
（項目１５０）
前記内部領域内の前記混合金属酸化物が、前記外面の前記純金属まで延在し、これに結合している、項目１４１に記載の方法。
（項目１５１）
前記担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の直径を有する、項目１４１に記載の方法。
（項目１５２）
前記触媒粒子がナノ粒子である、項目１４１に記載の方法。
（項目１５３）
前記触媒粒子が、約１ナノメートル以下の直径を有する、項目１５２に記載の方法。
（項目１５４）
前記触媒粒子が、約１／２ナノメートルの直径を有する、項目１５３に記載の方法。
（項目１５５）
前記担体ナノ粒子を用意する前記ステップ、および前記触媒粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、プラズマ銃を使用して実施される、項目１４１に記載の方法。
（項目１５６）
前記担体ナノ粒子を用意する前記ステップ、および前記触媒粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、湿式化学プロセスを使用して実施される、項目１４１に記載の方法。
（項目１５７）
前記担体ナノ粒子を用意するステップが、
ある量の第１材料およびある量の第２材料を所望の比でプラズマ銃内に装填することと、
前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を蒸発させ、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって前記蒸発第１材料および前記蒸発第２材料を凝縮して前記担体ナノ粒子にすることであって、前記担体ナノ粒子は、前記内部領域および前記外面を含む、ことと
を含む、項目１４１に記載の方法。
（項目１５８）
前記ある量の前記第１材料材料および前記ある量の前記第２材料を蒸発させるステップが、
前記プラズマ銃の反応器内に作動ガスを流すことと、
前記作動ガスにエネルギーを送達し、それによってプラズマストリームを形成することと、
前記ある量の前記第１材料および前記ある量の前記第２材料を前記プラズマストリーム中に流すことと
を含む、項目１５７に記載の方法。
（項目１５９）
前記触媒粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、湿式化学プロセスを使用して実施される、項目１５７に記載の方法。
（項目１６０）
前記湿式化学プロセスが、
触媒溶液を前記担体ナノ粒子と混合することと、
前記触媒溶液から形成される触媒粒子を、前記担体ナノ粒子上の前記純金属に結合することと
を含む、項目１５９に記載の方法。
（項目１６１）
前記触媒溶液が白金溶液であり、前記触媒粒子が白金ナノ粒子である、項目１６０に記載の方法。
（項目１６２）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目１６１に記載の方法。
（項目１６３）
触媒ナノ粒子を形成する方法であって、
複数の担体ナノ粒子を用意するステップであって、各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、前記内部領域は混合金属酸化物を含み、前記外面は純金属を含む、ステップと、
触媒ナノ粒子を各担体ナノ粒子上の前記純金属に付けるステップと
を含む、方法。
（項目１６４）
前記触媒ナノ粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、プラズマ銃を使用して実施される、項目１６３に記載の方法。
（項目１６５）
前記触媒ナノ粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、
前記複数のナノ粒子およびある量の触媒材料を所望の比でプラズマ銃に装填することと、
前記ある量の触媒材料を蒸発させ、それによって蒸発触媒材料を含む蒸気雲を形成することと、
前記蒸気雲を急冷し、それによって、前記蒸発触媒材料を凝縮して、前記担体ナノ粒子上の前記純金属に結合している触媒ナノ粒子にすることと
を含む、項目１６４に記載の方法。
（項目１６６）
前記複数の担体ナノ粒子が、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する、項目１６４に記載の方法。
（項目１６７）
各触媒ナノ粒子が、約１ナノメートル以下の直径を有する、項目１６６に記載の方法。
（項目１６８）
各触媒ナノ粒子が、約１／２ナノメートルの直径を有する、項目１６７に記載の方法。
（項目１６９）
前記触媒ナノ粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、湿式化学プロセスを使用して実施される、項目１６３に記載の方法。
（項目１７０）
湿式化学プロセスを使用して触媒ナノ粒子を前記純金属に付ける前記ステップが、
触媒溶液を前記複数の担体ナノ粒子と混合することと、
前記触媒溶液から形成される触媒ナノ粒子を、前記複数の担体ナノ粒子上の前記純金属に結合することと
を含む、項目１６９に記載の方法。
（項目１７１）
前記触媒溶液が白金溶液であり、前記触媒ナノ粒子が白金ナノ粒子である、項目１７０に記載の方法。
（項目１７２）
前記白金溶液が、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である、項目１７１に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、本発明の原理による、担体ナノ粒子と結合した触媒ナノ粒子の一実施形態の断面図を例示する。
【図２】図２は、本発明の原理による、担体ナノ粒子と結合した触媒ナノ粒子の別の実施形態の断面図を例示する。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の原理による触媒の一実施形態の断面図を例示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の原理による触媒の別の実施形態の断面図を例示する。
【図４】図４は、本発明の原理による、触媒担体ナノ粒子およびこれに由来する触媒を生成する方法の一実施形態を例示する。
【図５】図５は、本発明の原理による、プラズマ銃を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法の一実施形態を例示する。
【図６】図６は、本発明の原理による、プラズマ銃を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法の別の実施形態を例示する。
【図７】図７は、本発明の原理によるプラズマベース粒子生成システムの一実施形態を例示する。
【図８】図８は、本発明の原理によるプラズマベース粒子生成システムの別の実施形態を例示する。
【図９】図９は、本発明の原理による、湿式化学プロセスを使用しての触媒担体ナノ粒子の方法の一実施形態を例示する。
【図１０】図１０は、本発明の原理による、プラズマ銃および湿式化学プロセスの両方を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法の一実施形態を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
以下の記述は、当業者が本発明を作製および使用するのを可能にするために提示され、特許出願およびその要求事項との関連で示されている。記載される実施形態の様々な改変は、当業者に容易に明らかとなり、本明細書の一般的な原理を他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることは意図されていないが、本明細書に記載の原理および特徴と一致する最も広い範囲に照応されるべきである。
【００７７】
本開示は、本発明のいくつかの実施形態を用意する。任意の実施形態からの任意の特徴は、任意の他の実施形態からの任意の特徴と組み合わせることができることが企図されている。この様式で、例示および記載される実施形態のハイブリッド構成は、十分本発明の範囲内である。
【００７８】
本開示は、粒子および粉末の両方に関する。これらの２つの用語は、単数形の「粉末」が粒子の集まりを指すという注意を除いて、等しい。本発明は、多種多様な粉末および粒子に適用され得る。本発明の範囲内に包含される粉末として、それだけに限らないが、以下のうちのいずれを挙げることができる：（ａ）２５０ナノメートル未満の平均粒度および１〜１００万の間のアスペクト比を有するナノ構造粉末（ナノ粉末）、（ｂ）１ミクロン未満の平均粒度および１〜１００万の間のアスペクト比を有するサブミクロン粉末、（ｃ）１００ミクロン未満の平均粒度および１〜１００万の間のアスペクト比を有する超微粉、ならびに（ｄ）５００ミクロン未満の平均粒度および１〜１００万の間のアスペクト比を有する微粉。
【００７９】
本開示の様々な態様は、流れ図を使用して記述することができる。多くの場合、本開示の一態様の１つの例を示すことができる。しかし、当業者によって理解されるように、本明細書に記載のプロトコール、プロセス、および手順は、本明細書に記載の要求を満たすために、連続的に、または必要な限り何度も繰り返すことができる。さらに、本発明のある特定の方法ステップは、流れ図に開示したものの代替の順序で実施され得ることが企図されている。したがって、特許請求の範囲は、順序が請求項の言い回しによって明示的に要求されない限り、方法ステップの任意の特定の順序に限定されるべきでない。
【００８０】
図１は、本発明の原理による、担体ナノ粒子１００に結合した触媒ナノ粒子１３０の一実施形態の断面図を例示する。担体ナノ粒子１００は、内部領域および外面１１５を含む。外面１１５は、担体ナノ粒子１００の周囲を画定する。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子１００は、約１０ナノメートル以下の直径を有し、これは、理想的なサイズであることが判明している。しかし、他の直径も本発明の範囲内であることが企図されている。
【００８１】
内部領域は、担体粒子の中心と外面１１５との間の領域である。この内部領域は、混合金属酸化物１１０を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物１１０は、付随金属とともに酸化アルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、この付随金属はパラジウムである。適当であることが判明している他の付随金属は、銅、モリブデン、およびコバルトである。他の酸化物および他の金属も同様に使用され得ることが企図されている。
【００８２】
外面は、純金属からなる１つまたは複数の純金属領域１２０を含む。これらの純金属領域に適当であることが判明している金属には、パラジウム、銅、モリブデン、およびコバルトが含まれる。しかし、他の金属も同様に使用され得ることが企図されている。本開示の目的に関して、用語「純金属」および「純金属の」は、領域が金属のみからなり、任意の他の種類の材料が存在しないことによって特徴付けられることを意味すると解釈されるべきである。例えば、純金属領域１２０は、金属または金属−金属合金を含むことができるが、これらは、いずれのセラミック材料も含む場合はない。これらの純粋に金属の領域１２０の目的は、触媒ナノ粒子１３０が強く引かれる、担体ナノ粒子１００の外面１１５における曝露領域（ｅｘｐｏｓｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）となることである。
【００８３】
触媒ナノ粒子１３０は、これらの純金属領域１２０に結合しており、または他の方法で付いている。いくつかの実施形態では、これらの触媒ナノ粒子１３０は、白金を含み、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、これらの触媒ナノ粒子１３０は、白金−パラジウム合金などの白金合金を含み、またはそれからなる。しかし、他の触媒材料も同様に使用され得ることが企図されている。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子１３０は、約１ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子１３０は、約１／２ナノメートルの平均粒度を有する。しかし、他のサイズも本発明の範囲内であることが企図されている。図１は、担体ナノ粒子１１０上の１つを超える純金属領域１２０、および担体ナノ粒子１１０に結合した１つを超える触媒ナノ粒子１３０を示すが、これらの構成要素の他の量も本発明の範囲内であることが企図されている。例えば、いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子１１０は、１つの別個の純金属領域１２０、および担体ナノ粒子１１０に結合した１つの別個の触媒ナノ粒子１３０のみを含む。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子１１０は、１つを超える別個の純金属領域１２０、および担体ナノ粒子１１０に結合した１つを超える別個の触媒ナノ粒子１３０を含む。
【００８４】
純金属領域１２０は、混合金属酸化物１１０に結合しており、触媒ナノ粒子１３０を担体ナノ粒子１００に確実に付けるためのピン止め剤として作用し、それによって触媒ナノ粒子１３０の可動性を低減または排除し、これらの凝集を防止する。
【００８５】
図２は、本発明の原理による、担体ナノ粒子２００に結合した触媒ナノ粒子２３０の一実施形態の断面図を例示する。担体ナノ粒子２００は、内部領域および外面２１５を含む。外面２１５は、担体ナノ粒子２００の周囲を画定する。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子２００は、約１０ナノメートル以下の直径を有し、これは、理想的なサイズであることが判明している。しかし、他の直径も本発明の範囲内であることが企図されている。
【００８６】
内部領域は、担体粒子の中心と外面２１５との間の領域である。この内部領域は混合金属酸化物２１０を含む。いくつかの実施形態では、混合金属酸化物２１０は、付随金属とともに酸化アルミニウムを含む。いくつかの実施形態では、この付随金属はパラジウムである。適当であることが判明している他の付随金属は、銅、モリブデン、およびコバルトである。他の酸化物および他の金属も同様に使用され得ることが企図されている。
【００８７】
図２の実施形態は、図１の実施形態と非常に類似している。しかし、担体ナノ粒子の中心から担体ナノ粒子の外面１１５および純金属領域１２０まで混合金属酸化物１１０のみを含むとして図１に示されている担体ナノ粒子１００の内部領域と対照的に、担体ナノ粒子２００の内部領域は、周りに混合金属酸化物２１０の単層が形成されている中心コア２０５を有するものとして図２に示されている。いくつかの実施形態では、この中心コア２０５は、セラミック材料から形成される。いくつかの実施形態では、この中心コア２０５は、シリカから形成される。しかし、他の材料も中心コア２０５を形成するのに適当であり得ることが企図されている。
【００８８】
担体ナノ粒子１００の外面と同様に、担体ナノ粒子２００の外面は、純金属からなる１つまたは複数の純金属領域２２０を含む。これらの純金属領域に適当であることが判明している金属には、パラジウム、銅、モリブデン、およびコバルトが含まれる。しかし、他の金属も同様に使用され得ることが企図されている。本開示の目的に関して、用語「純金属」および「純金属の」は、領域が金属のみからなり、任意の他の種類の材料が存在しないことによって特徴付けられることを意味すると解釈されるべきである。例えば、純金属領域２２０は、金属または金属−金属合金を含むことができるが、これらは、いずれのセラミック材料も含む場合はない。これらの純粋に金属の領域２２０の目的は、触媒ナノ粒子２３０が強く引かれる、担体ナノ粒子２００の外面２１５における曝露領域となることである。
【００８９】
図１の実施形態に関して上記に論じたように、触媒ナノ粒子２３０は、これらの純金属領域２２０に結合しており、または他の方法で付いている。いくつかの実施形態では、これらの触媒ナノ粒子２３０は、白金を含み、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、これらの触媒ナノ粒子２３０は、白金−パラジウム合金などの白金合金を含み、またはそれからなる。しかし、他の触媒材料も同様に使用され得ることが企図されている。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子２３０は、約１ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子２３０は、約１／２ナノメートルの平均粒度を有する。しかし、他のサイズも本発明の範囲内であることが企図されている。図２は、担体ナノ粒子２１０上の１つを超える純金属領域２２０、および担体ナノ粒子２１０に結合した１つを超える触媒ナノ粒子２３０を示すが、これらの構成要素の他の量も本発明の範囲内であることが企図されている。例えば、いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子２１０は、１つの別個の純金属領域２２０、および担体ナノ粒子２１０に結合した１つの別個の触媒ナノ粒子２３０のみを含む。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子２１０は、１つを超える別個の純金属領域２２０、および担体ナノ粒子２１０に結合した１つを超える別個の触媒ナノ粒子２３０を含む。
【００９０】
図１の実施形態に関して先に論じたように、純金属領域２２０は、混合金属酸化物２１０に結合しており、触媒ナノ粒子２３０を担体ナノ粒子２００に確実に付けるためのピン止め剤として作用し、それによって触媒ナノ粒子２３０の可動性を低減または排除し、これらの凝集を防止する。
【００９１】
図１〜２の実施形態または本発明の範囲内のいくつかの他の実施形態に関するか否かにかかわらず、構成要素の化学的および構造的組成は、変更することができる。例えば、いくつかの実施形態では、混合金属酸化物は、酸化アルミニウムを含み、またはそれからなり、純金属領域は、パラジウムを含み、またはそれからなり、触媒粒子は、白金を含み、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、内部領域は、混合金属酸化物のみからなる。いくつかの実施形態では、内部領域は、混合金属酸化物の単層によって取り囲まれたセラミック中心コアを含む。いくつかの実施形態では、純金属は、パラジウム以外の金属、例えば、銅、モリブデン、もしくはコバルトなどを含み、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、触媒粒子は、パラジウム−白金合金を含み、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、純金属は、パラジウム以外の金属、例えば、銅、モリブデン、もしくはコバルトなどを含み、またはそれからなり、触媒粒子は、パラジウム−白金合金を含み、またはそれからなる。
【００９２】
図１〜２の実施形態または本発明の範囲内のいくつかの他の実施形態に関するか否かにかかわらず、触媒ナノ粒子の１つまたは複数と担体ナノ粒子との結合により、触媒担体ナノ粒子の形成が定義される。これらの触媒担体ナノ粒子は、使用可能な触媒を形成するために、触媒担持体上に植え付け（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅ）、または他の方法で付けることができる。いくつかの実施形態では、触媒担持体はセラミック材料である。いくつかの実施形態では、触媒担持体は酸化物材料である。いくつかの実施形態では、触媒担持体はモノリスである。いくつかの実施形態では、触媒担持体は押し出し物である。このような担持体は、２５０ｍ２／ｇもの高い、その非常にアクセス可能で大きい表面積のために有用性がある。いくつかの実施形態では、触媒担持体は巨視的担持粒子である。このような実施形態では、巨視的担持粒子のサイズは、触媒担体ナノ粒子が結合または固定される最大表面積をもたらすように選択される。いくつかの実施形態では、触媒担持体は多孔質構造体である。
【００９３】
いくつかの実施形態では、混合金属酸化物２１０は、部分的な単層と複数の単層の間のものであり得る。いくつかの実施形態では、純金属領域２２０は、金属粒子を繋ぎ止めるための少なくとも１つの結合部位を有する、マトリックス中の酸素原子に部分的に結合した金属原子と、混合金属酸化物中に組み込まれた１つまたは複数の原子、および金属触媒作用粒子（例えば、白金ナノ粒子）との合金形成に利用可能な１つまたは複数の純金属原子を含む金属原子クラスターとの間のものであり得る。
【００９４】
図３Ａは、本発明の原理による触媒３００Ａの一実施形態の断面図を例示する。触媒３００Ａは、上記に論じた触媒担体ナノ粒子などの触媒担体ナノ粒子３３０Ａを植え付けられた、多孔質構造体である触媒担持体３１０Ａを含む。多孔質構造体として、触媒担持体３１０Ａは、複数の孔３２０を含む。植え付けられた多孔質担持体３１０Ａのクローズアップ図が図３Ａに例示されており、孔３２０内に固定された触媒担体ナノ粒子３３０Ａを示している。
【００９５】
図３Ｂは、本発明の原理による触媒３００Ｂの別の実施形態の断面図を例示する。触媒３００Ｂは、上記に論じた触媒担体ナノ粒子などの触媒担体ナノ粒子３３０Ｂを植え付けられた、マクロな担持体である触媒担持体３１０Ｂを含む。
【００９６】
触媒担持体３１０Ａ、３１０Ｂに触媒担体ナノ粒子３３０Ａ、３３０Ｂを植え付けるのに、様々な異なる方法が使用され得ることが企図されている。いくつかの実施形態では、触媒担体ナノ粒子の液体分散系が触媒担持体に適用される。触媒担持体は乾燥させられ、かつ／または乾燥プロセスが触媒担持体に実施される。分散系中の液体が蒸発する際に、触媒担体ナノ粒子は、担持体の表面上および／または担持体内の孔中に定着する。植え付けられた触媒担持体が乾燥すると、触媒担体ナノ粒子と触媒担持体との間の静電相互作用および他の力が何らかの接着をもたらす。有利には、このような力は、ナノ粒子を担持体の表面および孔上に固着させる。
【００９７】
いくつかの実施形態では、熱、圧力、またはこれらの組合せに曝露して、ナノ粒子と触媒担持体との間の酸化物−酸化物結合を形成するために、焼成（ｃａｌｃｉｎｉｎｇ）ステップが実施される。焼成温度は一般に、３５０〜１０００セ氏温度であり、圧力は、周囲の気圧〜数気圧の程度である。酸化物−酸化物結合を最適にするために、触媒担体ナノ粒子の一部は、触媒担持体が構成される材料に対応するように選ばれる。例として、触媒担体ナノ粒子の一部がアルミナを含む場合、触媒担持体は、アルミナを含むことが好ましいが、非類似の酸化物も企図されている。触媒担持体とナノ粒子との間の物理的および化学的結合のために、触媒担持体の表面に結合、固定、または他の方法でピン止めされたナノ粒子のアイランドは、触媒転換の間に移動および合体しない。触媒作用のための表面積は大きいままであり、したがって触媒活性は高いままである。事実上、精製化学工場および石油精製所などの運転は、既存のプロセスと同じ頻度で運転を停止し、無効な触媒担持体を新鮮な触媒担持体と取り換えることを要求されないことになり、それによって工場および精製所における処理量を増大させ、これらの運転の全体的なコストを低減する。
【００９８】
図４は、本発明の原理による、触媒担体ナノ粒子およびこれに由来する触媒を生成する方法の一実施形態を例示する。
【００９９】
ステップ４１０で、複数の担体ナノ粒子が形成される。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含み、一方、外面は純金属を含む。担体ナノ粒子は、図１〜２に関して上記に論じた構成要素のいずれも含むことができる。
【０１００】
ステップ４２０で、少なくとも１つの触媒粒子が担体ナノ粒子のそれぞれに結合され、それによって触媒担体ナノ粒子を形成する。触媒粒子は、担体粒子の外面の純金属に結合される。触媒粒子は、図１〜２に関して上記に論じた構成要素のいずれも含むことができる。
【０１０１】
ステップ４３０で、複数の担体ナノ粒子が支持構造体に結合される。このような支持構造体の一例は、多孔質セラミック材料である。しかし、他の種類の支持構造体も使用され得ることが企図されている。支持構造体は、図３Ａ〜Ｂに関して上記に論じた構成要素のいずれも含むことができる。
【０１０２】
図５は、本発明の原理による、プラズマ銃を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法の一実施形態を例示する。
【０１０３】
ステップ５１０で、第１材料、第２材料、および第３材料が、所望の比でプラズマ銃に装填される。いくつかの実施形態では、第１材料は酸化アルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料であり、第３材料は白金材料である。しかし、これらの材料に加えて、またはその代替として他の材料も使用され得ることが企図されている。
【０１０４】
ステップ５２０で、第１材料、第２材料、および第３材料がプラズマ銃を使用して蒸発され、それによって蒸発第１材料、蒸発第２材料、および蒸発第３材料を含む蒸気雲を形成する。
【０１０５】
ステップ５３０で、蒸気雲が急冷され、それによって蒸発材料が凝縮して、担体ナノ粒子に結合した触媒ナノ材料を有する担体ナノ粒子になる。各ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含む。外面は純金属を含む。触媒ナノ材料は、外面の純金属に結合している。
【０１０６】
本発明は、装填材料を蒸発および急冷させてナノ粒子にするために、様々な異なる種類のプラズマ銃システムを使用できることが企図されている。好適な実施形態では、ナノ粒子はサイズが実質的に均一である。ナノ粒子は、２００５年４月１９日に出願され、「Ｈｉｇｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」という表題の共同所有の同時係属出願第１１／１１０，３４１号、および２００８年５月８日に出願され、「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  Ｑｕｅｎｃｈ  Ｃｈａｍｂｅｒ」という表題の共同所有の同時係属出願第１２／１５１，９３５号に記載および特許請求されているものなど、プラズマプロセス中にミクロンサイズの材料を導入することによって形成することができる。両出願は、本明細書に示されているように、参照により本明細書に組み込まれている。
【０１０７】
図７は、本発明の原理によって使用することができるプラズマベース粒子生成システム７００の一実施形態を例示する。システム７００は、ナノ粒子を生成するのに、プラズマプロセスおよび高乱流急冷チャンバー（ｈｉｇｈｌｙ  ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｑｕｅｎｃｈ  ｃｈａｍｂｅｒ）７４５を使用する。システム７００は、プラズマ生成および反応チャンバー７３０と流体的に連結した前駆体供給デバイス７１０および作動ガス供給デバイス７２０を備える。エネルギー送達システム７２５も、プラズマ生成および反応器チャンバー７３０と連結している。プラズマ生成および反応器チャンバー７３０は、圧縮急冷チャンバー（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｎｇ  ｑｕｅｎｃｈ  ｃｈａｍｂｅｒ）７４５と流体的に連通する注入ポート７４０を含む。１つまたは複数のポート７９０はまた、急冷チャンバー７４５と制御気圧システム７７０との間を流体連通させることができる。急冷チャンバー７４５は、出口７６５にも流体的に連結している。
【０１０８】
一般に、チャンバー７３０は、反応器として動作し、ガスストリーム内で粒子を含むアウトプットを生成する。生成は、本明細書で後に記載される組合せ、反応、およびコンディショニングの基本ステップを含む。システムは、チャンバー７３０のエネルギー送達ゾーン内で、前駆体供給デバイス７１０から供給される前駆体材料と、作動ガス供給デバイス７２０から供給される作動ガスとを組み合わせる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、前駆体材料は、粉末状物質を含む。いくつかの実施形態では、前駆体材料は、ミクロンサイズになっている。いくつかの実施形態では、前駆体材料は、５００〜６００ナノメートルの平均粒径を構成する。いくつかの実施形態では、前駆体材料は、１マイクロメートルの平均粒径を構成する。いくつかの実施形態では、前駆体材料は、５ミクロン以上の平均粒径を構成する。
【０１１０】
システムは、エネルギー供給システム７２５からのエネルギーを使用してチャンバー７３０内の作動ガスにエネルギーを与え、それによって、プラズマを形成する。プラズマがチャンバー７３０内の前駆体材料に印加され、エネルギー付与された反応混合物を形成する。この混合物は、蒸気、ガス、およびプラズマを含み得る、複数の相のうちの少なくとも１つでの１つまたは複数の材料を含む。反応混合物は、プラズマ生成および反応器チャンバー７３０から注入ポート７４０を通じて急冷チャンバー７４５内に流れる。
【０１１１】
急冷チャンバー７４５は好ましくは、実質的に円筒形の表面７５０、円錐台形（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌ）表面７５５、および注入ポート７４０を円筒形表面７５０と接続する環状表面７６０を備える。円錐台形表面７６０は、出口７６５に合うように狭くなる。プラズマ生成および反応器チャンバー７３０は、その末端に注入ポート７４０が配置された延長部分を含む。この延長部分は、注入ポート７４０と出口７６５との間の距離を短くし、急冷領域と呼ばれる、反応混合物とコンディショニング流体が混合することになる領域の体積を低減する。好適な実施形態では、注入ポート７４０は、出口７６５と同軸上に配置されている。注入ポートの中心は、出口７６５から第１の距離ｄ１に位置されている。注入ポートの周囲は、円錐台形表面７５５の部分から第２の距離ｄ２に位置されている。注入ポート７４０および円錐台形表面７５５は、これらの間で上述の急冷領域を形成する。注入ポート７４０の周囲と円錐台形表面７５５との間の空間は、急冷領域内にコンディショニング流体を供給するためのチャネルとして作用するギャップをこれらの間に形成する。円錐台形表面７５５は、ギャップを通じ、急冷領域内に流体を向かわせる漏斗面（ｆｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）として作用する。
【０１１２】
反応混合物が急冷チャンバー７４５内に流れる間、ポート７９０は、急冷チャンバー７４５内にコンディショニング流体を供給する。次いでコンディショニング流体は、円錐台形表面７５５に沿って、注入ポート７４０と円錐台形表面７５５との間のギャップを通り、急冷領域内へと移動する。いくつかの実施形態では、制御気圧システム７７０が、急冷領域に供給されるコンディショニング流体の体積流量または質量流量を制御するために構成される。
【０１１３】
反応混合物が注入ポート７４０から外に移動する際、これは広がり、コンディショニング流体と混合する。好ましくは、コンディショニング流体が供給される角度により高い程度の乱流が生じ、反応混合物との混合が促進される。この乱流は、多くのパラメータに依存し得る。好適な実施形態では、これらのパラメータの１つまたは複数は、乱流のレベルを制御するために調節可能である。これらの要因には、コンディショニング流体の流量、円錐台形表面７５５の温度、円錐台形表面７５５の角度（これは、コンディショニング流体が急冷領域内に供給される角度に影響する）、および急冷領域のサイズが含まれる。例えば、円錐台形表面７５５および注入ポート７４０の相対的な位置決めは調節可能であり、これは、急冷領域の体積を調節するのに使用することができる。これらの調節は、それだけに限らないが、自動手段および手動手段を含めた様々な異なる機構を使用して、様々な異なる方法で行うことができる。
【０１１４】
急冷チャンバー７４５に入った直後の短期間の間に粒子形成が起こる。粒子が凝集する程度は、冷却の速度に依存する。冷却速度は、急冷領域内の流れの乱流に依存する。好ましくは、システムは、高乱流を形成し、非常に分散した粒子を形成するように調節される。例えば、好適な実施形態では、急冷領域内の流れの乱流度（ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ）は、流れが少なくとも１０００のレイノルズ数を有するようなものである。
【０１１５】
依然として図７を参照すると、急冷チャンバー７４５の構造は、相当な量の熱を消散させることができる相対的に薄い壁で仕切られたコンポーネントで形成されることが好ましい。例えば、薄い壁で仕切られたコンポーネントは、チャンバー内側からの熱を伝導し、周囲にその熱を輻射することができる。
【０１１６】
相当な熱は、急冷チャンバー７４５内に流入した後の反応混合物からほとんど放射線の形態で放出される。急冷チャンバー７４５は、この熱を効率的に消散させるように設計される。急冷チャンバー７４５の表面は、冷却システム（図示せず）に曝露されていることが好ましい。好適な実施形態では、冷却システムは、円錐台形表面７５５の温度を制御するように構成される。
【０１１７】
急冷領域内への注入、冷却、および粒子形成の後、混合物は、出口ポート７６５を通じて急冷チャンバー７４５から流れる。発生器７９５によって生じる吸引により、混合物およびコンディショニング流体が急冷領域から流路７９２内に移動する。出口ポート７６５から、混合物は、吸引発生器７９５に向かって流路７９２に沿って流れる。好ましくは、粒子は、吸引発生器７９５に遭遇する前に、収集またはサンプリングシステム（図示せず）によって混合物から取り出される。
【０１１８】
依然として図７を参照すると、制御気圧システム７７０は、チャンバー７８５に流体的に連結しており、このチャンバーは、ポート（複数可）７９０を通じて急冷領域に流体的に連結しており、この中にコンディショニング流体が、制御気圧システム７７０のリザーバから流路７８０を通じて導入される。上述したように、コンディショニング流体は、アルゴンを含むことが好ましい。しかし、他の不活性な相対的に重いガスも同様に好適である。やはり上記に論じたように、急冷チャンバー７４５内にコンディショニング流体を提供する好ましい機構は、急冷チャンバー７４５と出口７６５の間の圧力差の形成である。このような圧力差により、コンディショニング流体がポート７９０を通じて急冷チャンバー７４５内に引き込まれる。コンディショニング流体を提供する他の方法には、それだけに限らないが、チャンバー７８５内の陽圧形成が含まれる。
【０１１９】
円錐台形表面の角度は、コンディショニング流体が急冷領域内に供給される角度に影響し、これは、急冷領域内の乱流のレベルに影響し得る。コンディショニング流体は、複数の運動量ベクトルに沿って急冷領域内に流れることが好ましい。運動量ベクトル同士間の角度の程度が大きいほど、生じる乱流のレベルが高い。好適な実施形態では、高乱流急冷チャンバーは、２つの運動量ベクトル間で少なくとも９０度の角度があるように、少なくとも２つのコンディショニング流体の運動量ベクトルを急冷領域内に集めるように構成された円錐台形表面を備える。他の角度の度の閾値も同様に適用され得ることが企図されている。例えば、コンディショニング流体の運動量ベクトルの少なくとも１つと、反応混合物の運動量ベクトルとの間に形成される角度にも関心を払うことができる。高乱流急冷チャンバーの一実施形態では、反応混合物の入口は、反応混合物を第１の運動量ベクトルに沿って急冷領域内に供給するように構成され、円錐台形表面は、コンディショニング流体を第２の運動量ベクトルに沿って急冷領域に供給するように構成され、第２の運動量ベクトルは、第１の運動量ベクトルに対して２０度超の斜角を有する。
【０１２０】
急冷領域のサイズも、急冷領域内の乱流のレベルに影響する。急冷領域が小さいほど、生じる乱流のレベルが高い。急冷領域のサイズは、注入ポート７４０の中心と出口７６５との間の距離を低減することによって低減することができる。
【０１２１】
本発明の実施形態によって生じる高乱流により、形成される粒子が互いに凝集し得る期間が減少し、それによってより均一なサイズの粒子が生成され、場合によっては、より小さいサイズの粒子が生成される。これらの特徴の両方により、分散性が増大し、表面積と体積の比が増大した粒子がもたらされる。上述したプラズマプロセスは、ナノ粒子の生成において極めて有利であるが、ナノ粒子は、他の方法で同様に生成され得ることが企図されている。
【０１２２】
図６は、本発明の原理による、プラズマ銃を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法の別の実施形態を例示する。
【０１２３】
ステップ６１０で、第１材料および第２材料が所望の比でプラズマ銃内に装填される。いくつかの実施形態では、第１材料は酸化アルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料である。しかし、これらの材料に加えて、またはその代替として他の材料も使用され得ることが企図されている。
【０１２４】
ステップ６２０で、第１材料および第２材料がプラズマ銃を使用して蒸発され、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲が形成される。
【０１２５】
ステップ６３０で、蒸気雲が急冷され、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料が凝縮して担体ナノ粒子になる。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含む。外面は純金属を含む。
【０１２６】
ステップ６４０で、担体ナノ粒子および第３材料が、所望の比でプラズマ銃内に装填される。いくつかの実施形態では、第３材料は白金材料である。しかし、白金材料に加えて、またはその代替として他の材料も使用され得ることが企図されている。
【０１２７】
ステップ６５０で、第３材料がプラズマ銃を使用して蒸発され、それによって蒸発第３材料を含む蒸気雲が形成される。
【０１２８】
ステップ６６０で、担体ナノ粒子が蒸気雲中の蒸発第３材料と混合される。
【０１２９】
ステップ６７０で、蒸気雲が急冷され、それによって蒸発第３材料が凝縮して触媒ナノ粒子になり、これらが担体ナノ粒子の外面の純金属に結合される。
【０１３０】
上記に論じたように、本発明は、装填材料を蒸発および急冷させてナノ粒子にするために、様々な異なる種類のプラズマ銃システムを使用できることが企図されている。ナノ粒子は、２００８年５月９日に出願され、「Ｐｏｗｄｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｇｕｎ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ」という表題の共同所有の同時係属出願第１２／１５２，１１１号に記載および特許請求されているものなど、プラズマプロセス中にミクロンサイズの材料を導入することによって形成することができる。この出願は、本明細書に示されているように、参照により本明細書に組み込まれている。
【０１３１】
図８は、本発明の原理によるプラズマベース粒子生成システム８００の別の実施形態を例示する。システム８００は、プラズマ生成チャンバー８２０、コーティングチャンバー８３０、冷却流路８７０、サンプリングシステム８８０、および原動ポンプ（ｍｏｔｉｖｅ  ｐｕｍｐ）８９０を備える。プラズマ生成チャンバー８２０およびコーティングチャンバー８３０は、原動ガス（ｍｏｔｉｖｅ  ｇａｓ）供給チャンバー８１０内に囲まれていることが好ましい。
【０１３２】
原動ガス供給チャンバー８１０は、原動ガスを供給するように構成された原動ガス供給システム８１５に流体的に連結されている。好ましくは、原動ガスは、アルゴンなどの不活性ガスである。さらに、チャンバー８１０は、流路がプラズマ生成チャンバー８２０およびコーティングチャンバー８３０まで供給するために通るのを可能にするように構成された気密の入口および出口を含むことが好ましい。原動ガス供給チャンバー８１０は、これらの流路がチャンバー内またはその外への漏れを防止しながら通ることを可能にする気密継手を含むことができる。さらに、コーティングチャンバー８３０からのアウトプットは、冷却流路８７０内に流れることができ、この冷却流路も原動ガス供給チャンバー８１０の壁を通ることができる。好ましくは、冷却流路８７０はまた、気密継手を通じて原動ガス供給チャンバーを出る。
【０１３３】
プラズマ生成チャンバー８２０は、電力、ガス、およびターゲット材料を受け入れるためのいくつかの種類の入力部を含むことが好ましい。入力部は、以下に記載する手段を通じて様々な供給システムによってチャンバー８２０に備わっている。これらの供給システムの機能的な態様も以下に記載する。
【０１３４】
様々な入力流路が、プラズマガス供給ミキサー８４０を、第１のガス供給容器８４２および第２のガス供給容器８４４と流体的に連結している。プラズマガス供給システム８４０は、プラズマ生成チャンバー８２０の入口と流体的に連結した出口を含む。ガス供給システム８４０および生成チャンバー８２０は、原動ガス供給チャンバー８１０を通る流路によって連結されている。好ましくは、図には示していないが、総合システム制御装置がプラズマガス供給システム８４０に制御シグナルを提供する。
【０１３５】
電力供給システム８２５も、原動ガス供給チャンバー８１０を通る流路を通じてプラズマ生成チャンバー８２０に連結している。好ましくは、図には示していないが、総合システム制御装置が電力供給システム８２５に制御シグナルを提供する。
【０１３６】
コーター（ｃｏａｔｅｒ）供給システム８５２は、前駆体材料を収容し、プラズマ生成チャンバー８２０の材料入口に流体的に連結された外部制御可能送達システムを含む。供給システム８５２は、原動ガス供給チャンバー８１０を通る流路によって生成チャンバー８２０と連結されている。好ましくは、図には示していないが、総合システム制御装置が供給システム８５２に制御シグナルを提供する。
【０１３７】
好ましくは、プラズマガス供給システム８４０と生成チャンバー８２０、コーター供給システム８５２とプラズマ生成チャンバー８２０、および電力供給システム８２５とプラズマ生成チャンバー８２０の間を走る流路はすべて、気密シールを通じて原動ガス供給チャンバー８１０に入る。いくつかの実施形態では、様々な供給システムの流路はすべて、原動ガス供給チャンバー８１０への専用気密エントランスを有する。いくつかの実施形態では、１つの気密エントランスが複数の流路に適応する。
【０１３８】
コーティングチャンバー８３０は、原動ガス、コーター材料−プラズマ混合物、およびコーティー（ｃｏａｔｅｅ）材料用の入口、ならびに冷却流路８７０にアウトプットを提供するための出口を含むことが好ましい。原動ガス用入口は、原動ガス供給チャンバー８１０をコーティングチャンバー８３０の内側に連結する。好ましくは、これらの入口は、２つのチャンバーを直接連結する調節可能なサイズのチャネルであり、それでも供給チャンバー８１０からコーティングチャンバー８３０への制御された流れを可能にする。
【０１３９】
コーティー材料は、コーティー材料供給システム８５４内に貯蔵され、これは、原動ガス供給チャンバー８１０の外側に置かれていることが好ましい。流路は、供給システム８５４から原動ガス供給チャンバー８１０を通り、コーティングチャンバー８３０の壁も通る。コーティー材料供給システム８５４は、流路にコーティー材料を提供する制御可能送達システムを含む。好ましくは、流路は、気密シールを通じて両チャンバーに入る。流路は、コーティングチャンバー内で、選択された位置で終わる。好ましくは、末端の位置は、運転のパラメータに基づいて選択される。やはり好ましくは、示していないが、総合システム制御装置が供給システム８５４に制御シグナルを供給するように構成されている。
【０１４０】
冷却流路８７０は、コーティングチャンバー８３０をサンプリングシステム８８０と接続する。流路８７０は、気密手段を通じて原動ガス供給チャンバー８１０を出る。冷却流路８７０は、第１のセクション８７２、第２のセクション８７４、第３のセクション８７６、および第４のセクション８７８を含む。セクションは、ガス入力フィーチャを含むガス入力継手によってつながっている。第１のセクション８７２は、ガス入力継手８６２によって第２のセクション８７４につながっている。そして次に、第２のセクション８７４は、ガス入力継手８６４によって第３のセクション８７６につながっている。ガス入力継手８６６は、第３のセクション８７６を第４のセクション８７８につなぐ。
【０１４１】
例示した実施形態では、冷却流路８７０への入力のために、ガス入力継手８６２、８６４、８６６にガスがまったく供給されていない状態で示されている。しかし、ガス入力継手の１つまたは複数を通じてガスを供給することができる。
【０１４２】
サンプリングシステム８８０は、冷却流路８７０と原動ポンプ８９０との間で流体的に連結されている。サンプリングシステム８８０は、冷却流路８７０からアウトプットを受け入れるように構成され、アウトプットの残りが、流路を通じてサンプリングシステム８８０に流体的に連結されている原動ポンプ８９０に流れることを可能にし、試料材料はアウトプットからの適切な特性を有する。
【０１４３】
運転中、供給システム８４０、８５２、および８２５は、プラズマ生成チャンバー８２０に、それぞれプラズマガス、コーター材料、および電力を提供する。送達システム８２５からの電力は、生成チャンバー８２０内でプラズマを生成するために、供給システム８４０からのガスにエネルギーを与えるのに使用される。コーター材料供給システム８５２は、計量された量のコーター材料をプラズマ生成チャンバー８２０内に提供し、その中で形成されるプラズマにコーター材料を曝露する。
【０１４４】
総合制御システム（図示せず）は、プラズマガス供給システム８４０、コーター材料供給システム８５２、および電力供給システム８２５にシグナルを送って運転パラメータを設定する。プラズマガス供給システム８４０は、プラズマガスを生成するための第１のガスと第２のガスの混合比、およびプラズマガスがプラズマ生成チャンバー８２０内に流れ込む速度を決定する。好適な実施形態では、第１のガスは水素であり、第２のガスは、アルゴンなどの不活性ガスである。コーター材料供給システム８５２は、コーター材料がプラズマ生成チャンバー８２０内に供給される速度を決定する。電力供給システム８２５は、電力がプラズマ生成チャンバーに供給される電圧およびアンペア数を決定する。組合せで、これらのパラメータは、プラズマ生成チャンバー８２０内で生成されるプラズマの特性、およびやはりチャンバー８２０内で生成されるプラズマ−コーティー材料混合物の特性を決定する。さらに、コーター供給システムは、１つの位置でプラズマ生成チャンバー８２０内に１つのコーター材料のみを提供するものとして記載されているが、本発明のいくつかの実施形態では、コーター供給システム８５２は、１つまたは複数の位置で、プラズマ生成チャンバー８２０内に複数の材料を供給する。
【０１４５】
原動ガス供給チャンバー８１０は、好ましくは専用の原動ガス供給システム８１５から、一般にアルゴンなどの不活性ガスである原動ガスを受け入れる。原動ガス供給チャンバー８１０は、プラズマ生成チャンバー８２０およびコーティングチャンバー８３０の周りに気密エンクロージャーを提供する。原動ガス供給システム８１５は、原動ポンプ８９０によって生じる吸引力のいかなる変動にかかわらず、システム８００が収容されている環境の周囲圧力をわずかに超える、原動ガス供給チャンバー８１０内の圧力を維持することが好ましい。
【０１４６】
コーティングチャンバー８３０は、プラズマ生成チャンバー８２０からコーター材料およびプラズマ混合物を受け入れる。コーティングチャンバー８３０は、入力フィーチャを通じて原動ガスも受け入れる。好ましくは、これらの入力フィーチャは、調節可能な流量の原動ガスをコーティングチャンバー８３０内に提供する。原動ガスの流れは、好ましくは、流路８７０上を陰圧にすることにより原動ポンプ８９０によって原動力が与えられ、コーティングチャンバー８７０の出口を通じた質量流の原動力を与える。しかし、コーティングチャンバー８３０内への原動ガスの流量は、総合制御システムによって制御されることが好ましい。
【０１４７】
さらに、コーティー材料供給システム８５４は、コーティングチャンバー８３０内の流路の末端位置に、コーティー材料流路を通るコーター材料の計量されたストリームを提供する。コーティー材料がチャンバー８３０内に提供される速度は、総合制御システムによって決定されることが好ましい。さらに、コーティー材料供給流路の末端は、コーティングチャンバー８３０内の１つの位置でのみ材料を堆積するように示されているが、本発明のいくつかの実施形態では、末端は、流路内の複数の位置で（例えば、プラズマ生成チャンバー８２０のアウトプットを取り囲む環状構成で）、コーティー材料を堆積する。
【０１４８】
好ましくは、コーター材料およびプラズマ混合物がコーティングチャンバーに入り、その後まもなく最大エンタルピーに到達するように、コーティングチャンバー８３０が適合され、装置８００の運転パラメータが制御される。最も好ましくは、エンタルピーのこの最大は、コーティングチャンバー８３０の規定領域内で起こり、混合物の平均エンタルピーは、これがその領域から離れるにつれて下がり、冷却流路８７０への出口でエンタルピーが最低（コーティングチャンバー８３０内で）になる。例えば、図８に例示したように、最大エンタルピーは領域１で起こる。これらの実施形態では、コーティー材料を送達するための末端の位置は、最大領域の外側で、最大領域と出口の間であるように選ばれる。
【０１４９】
さらに、本発明のある特定の実施形態では、コーター材料が、コーティングチャンバー８３０の規定領域内でコーター材料およびガス混合物から凝縮し始めるように、コーティングチャンバー８３０が適合され、装置８００の運転パラメータが選ばれる。例えば、図８において、領域２がこのような初期凝縮領域である。一般に、初期凝縮領域は、コーティングチャンバー８３０の最大エンタルピー領域と出口の間にある。いくつかの実施形態では、コーティー材料は、初期凝縮領域に送達される。好ましくは、これらの実施形態では、コーティー材料を蒸発させるのに十分なエンタルピーが凝縮化混合物中に残っている。したがって、コーター材料が凝縮して粒子を形成しているとき、コーティー材料は、蒸発し、凝縮化粒子と混合される。コーター材料ガス粒子混合物が蒸発したコーティー材料と混合し、出口に向かって移動する際、コーターは、コーティー粒子上で凝縮し、複数のコート粒子を形成する。
【０１５０】
冷却流路８７０は、コーティングチャンバー８３０からコート粒子およびガス混合物を受け入れる。好ましくは、混合物は、原動ポンプ８９０によって冷却流路内に引き込まれる。しかし、いくつかの実施形態では、サンプリングシステム８８０内の原動ポンプまたは他のシステムが、混合物を引き込むための何らかの原動力をもたらす。もちろん、ある程度、プラズマ生成チャンバー８２０および原動ガス供給源８１５によってもたらされる圧力は、混合物が冷却流路８７０内に移動する原動力を与える。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、冷却流路８７０は、能動冷却システムが装備されている。いくつかの実施形態では、ガスは、ガス入力継手８６２、８６４、または８６６内に供給される。これらの実施形態のいくつかでは、ガスは、冷却および同伴ガスである。これらの実施形態のいくつかでは、ガスは、混合物内の凝縮粒子の反応性を低減するように構成されたパッシベーティングガス（ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ  ｇａｓ）である。
【０１５２】
上述したように、サンプリングシステム８８０は、原動ポンプ８９０にそれを通して原動力をもたらすことを可能にすることが好ましい。しかし、いくつかの実施形態では、サンプリングシステム８８０は、追加の原動力をもたらす。いくつかの実施形態では、サンプリングシステム８８０は、原動ポンプ８９０によってもたらされる原動力に取って代わり、冷却流路８７０に代わりの原動力をもたらす。
【０１５３】
サンプリングシステム８８０は、様々な方法で構成され得ることが企図されている。一実施形態では、サンプリングシステム８８０は、サンプリング構造、サンプリング構造内に形成された少なくとも１つの充填開口部（ｆｉｌｌｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）、およびサンプリング構造内に形成された少なくとも１つの未充填開口部（ｕｎｆｉｌｌｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）を備える。各充填開口部は、フィルターを使用するなどによって、混合物ストリームから粒子を収集するように構成されている。サンプリング構造は、パススルー構成と収集構成との間で調節されるように構成されている。パススルー構成は、流路８７０などの流路と流体的に整列された未充填開口部を備え、それによって、未充填開口部が流路から混合ストリームを受け入れ、混合物ストリームが、混合物ストリームの粒子含量を実質的に変化させないでサンプリング構造を通って流れることを可能にしている。収集構成は、流路と流体的に整列された充填開口部を備え、それによって、充填開口部が混合物ストリームを受け入れ、粒子を収集すると同時に混合物ストリームが充填開口部を通って流されることを可能にしている。
【０１５４】
サンプリング構造は、様々な方法でパススルー構成と収集構成との間で調節され得ることが企図されている。一実施形態では、サンプリング構造は、開口部の環状アレイを含むディスク形状構造であり、環状アレイは、複数の充填開口部および複数の未充填開口部を備える。サンプリング構造は、ベースに回転可能に取り付けられており、サンプリング構造の回転運動により、パススルー構成と収集構成との間でサンプリング構造が調節される。別の実施形態では、サンプリング構造は、開口部の直線アレイを含む矩形形状構造であり、直線アレイは、複数の充填開口部および複数の未充填開口部を備える。サンプリング構造は、ベースにスライド可能に取り付けられており、サンプリング構造のスライドにより、パススルー構成と収集構成との間でサンプリング構造が調節される。
【０１５５】
本発明の粒子は、プラズマベースシステムの使用に加えて、またはその代替として湿式化学法を使用して形成および結合され得ることが企図されている。このような方法には、それだけに限らないが、本明細書に示されているように参照により本明細書に組み込まれている、以下の参考文献に記載された方法が含まれる：Ａｄｓｃｈｉｒｉら、「Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｔ  ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、３巻：２２７〜２３５頁、２００１年）；Ｋｒａｔｏｈｖｉｌら、「Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｃｏａｔｅｄ，  ｕｎｉｆｏｒｍ，  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：  Ｉ．  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  （ｈｙｄｒｏｕｓ）  ｏｘｉｄｅ  ｏｎ  ｈｅｍａｔｉｌｅ，  ｃｈｒｏｍｉａ，  ａｎｄ  ｔｉｔａｎｉａ」（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２巻：４頁、１９８７年）；Ｍａｔｉｊｅｖｉｃ、「Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ  （Ｈｙｄｒｏｕｓ）  Ｏｘｉｄｅｓ  −  Ａ  Ｆａｓｃｉｎａｔｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ」（Ａｃｃ．  Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｓ．、１４巻、２２〜２９頁、１９８１年）；Ｌａｋｓｈｍｉら、「Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｔｅｍｐｌａｔｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｘｉｄｅ  Ｍｉｃｒｏ−  ａｎｄ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．、９巻、２５４４〜２５５０頁、１９９７年）；Ｃａｒｎｅｓら、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｏｘｉｄｅ  ａｎｄ  ａ  Ｂｉｏｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｏｘｉｄｅ／Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ」（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．、１４巻、２９２２〜２９２９頁、２００２年）；Ｚｈｕら、「γ−Ａｌｕｍｉｎａ  Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｆｒｏｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｈｙｄｒａｔｅ  ｗｉｔｈ  Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ）  Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ」（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．、１４巻、２０８６〜２０９３頁、２００２年）；Ａｌｅｘａｎｄｅｒら、「ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＭＯＤＩＦＹＩＮＧ  ＴＨＥ  ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ  ＯＦ  Ａ  ＳＩＬＩＣＡ  ＳＯＬ  ＡＮＤ  ＰＲＯＤＵＣＴ  ＴＨＥＲＥＯＦ」（１９５９年６月３０日に発行された米国特許第２，８９２，７９７号）；Ａｌｅｘａｎｄｅｒら、「ＡＱＵＡＳＯＬＳ  ＯＦ  ＰＯＳＩＴＩＶＥＬＹ−ＣＨＡＲＧＥＤ  ＣＯＡＴＥＤ  ＳＩＬＩＣＡ  ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」（１９６１年１１月７日に発行された米国特許第３，００７，８７８号）；Ｍｏｏｒｅ，  Ｊｒ．、「ＳＴＡＢＬＥ  ＰＯＳＩＴＩＶＥＬＹ  ＣＨＡＲＧＥＤ  ＡＬＵＭＩＮＡ  ＣＯＡＴＥＤ  ＳＩＬＩＣＡ  ＳＯＬＳ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ  ＢＹ  ＰＯＳＴ−ＮＥＵＴＲＡＬＩＺＡＴ���ＯＮ」（１９７３年３月６日に発行された米国特許第３，７１９，６０７号）；Ｍｏｏｒｅ，  Ｊｒ．、「ＳＴＡＢＬＥ  ＰＯＳＩＴＩＶＥＬＹ  ＣＨＡＲＧＥＤ  ＡＬＵＭＩＮＡ  ＣＯＡＴＥＤ  ＳＩＬＩＣＡ  ＳＯＬＳ」（１９７３年７月１０日に発行された米国特許第３，７４５，１２６号）；およびＫｏｖａｒｉｋ、「ＭＥＴＡＬ  ＯＸＩＤＥ  ＳＯＬＳ」（１９７５年２月４日に発行された米国特許第３，８６４，１４２号）。
【０１５６】
図９は、本発明の原理による、湿式化学プロセスを使用しての触媒担体ナノ粒子の方法９００の一実施形態を例示する。
【０１５７】
ステップ９１０で、第１材料および第２材料が所望の比で用意される。いくつかの実施形態では、第１材料はアルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料である。いくつかの実施形態では、アルミニウム材料は塩または有機化合物であり、パラジウム材料は塩である。しかし、これらの材料に加えて、またはその代替として他の材料も使用され得ることが企図されている。
【０１５８】
ステップ９２０で、複数の担体ナノ粒子が、湿式化学プロセスを使用する化学反応を介して第１材料および第２材料から形成される。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含み、内部領域は混合金属酸化物を含む。外面は純金属を含む。いくつかの実施形態では、各担体ナノ粒子の中心コアはシリカを含む。
【０１５９】
ステップ９３０で、担体ナノ粒子の懸濁物が形成され、触媒溶液（触媒特性を有する粒子を含む溶液）と混合される。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。しかし、他の種類の触媒溶液も使用され得ることが企図されている。
【０１６０】
ステップ９４０で、触媒溶液が担体ナノ粒子と反応し、それによって担体ナノ粒子の外面の純金属に触媒ナノ粒子をピン止めする。例えば、一実施形態では、触媒溶液に由来する白金イオンが担体ナノ粒子の酸化物表面と反応し、それにより別個の（ｄｉｓｃｒｅｅｔ）白金原子が担体ナノ粒子の表面上にたどり着くことになる。これらの原子は、酸化物表面にわたって拡散し、他の白金原子と凝集して白金ナノ粒子を形成することができる。白金ナノ粒子が酸化物表面に結合したパラジウム原子クラスターに到達すると、白金クラスターは、パラジウムクラスターと合金を形成し、それによって白金クラスターをピン止めする。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１／２ナノメートルの平均粒度を有する。しかし、他のサイズも本発明の範囲内であることが企図されている。
【０１６１】
図１０は、本発明の原理による、プラズマ銃および湿式化学プロセスの両方を使用して触媒担体ナノ粒子を生成する方法１０００の一実施形態を例示する。
【０１６２】
ステップ１０１０で、第１材料および第２材料が所望の比でプラズマ銃内に装填される。いくつかの実施形態では、第１材料は酸化アルミニウム材料であり、第２材料はパラジウム材料である。しかし、これらの材料に加えて、またはその代替として他の材料も使用され得ることが企図されている。
【０１６３】
ステップ１０２０で、第１材料および第２材料が、プラズマ銃を使用して蒸発され、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料を含む蒸気雲が形成される。
【０１６４】
ステップ１０３０で、蒸気雲が急冷され、それによって蒸発第１材料および蒸発第２材料が凝縮して担体ナノ粒子になる。各担体ナノ粒子は、内部領域および外面を含む。内部領域は混合金属酸化物を含む。外面は純金属を含む。本発明の一目的は、担体酸化物（例えば、酸化アルミニウム、セリア、ジルコニア、シリカなど）中に容易に酸化可能および還元可能な金属を混合することである。発想は、金属（例えば、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉなど）が酸化物マトリックス中に組み込まれることである。しかし、担体ガス中にＨ２を添加するなどによりそれを酸素欠乏環境にすることによって、金属の一部が粒子の表面上で非酸化状態になる。使用することができる一方法は、混合金属酸化物ナノ粒子を形成し、次いで温度のＨ２またはＨ２プラズマなどの還元環境にこれらを曝露し、表面上の金属酸化物を部分的に還元することである。担体酸化物は、この環境で容易に還元されない。しかし、混合金属酸化物の表面下に埋もれた金属の酸化状態は、決定的でない。結果は、完全に酸化されていない、表面上の金属原子を含む混合金属酸化物粒子である。これらの金属原子は、図９のステップ９３０および９４０ならびに図１０のステップ１０４０および１０５０で記載されたものなど、後に付加される金属触媒作用粒子のアンカーを形成する。
【０１６５】
ステップ１０４０で、担体ナノ粒子は、触媒溶液と混合される。いくつかの実施形態では、触媒溶液は白金溶液である。いくつかの実施形態では、白金溶液は、硝酸白金溶液または塩化白金溶液である。しかし、他の種類の触媒溶液も使用され得ることが企図されている。
【０１６６】
ステップ１０５０で、触媒溶液が担体ナノ粒子と反応し、それによって担体ナノ粒子の外面の純金属に触媒ナノ粒子をピン止めする。例えば、一実施形態では、触媒溶液に由来する白金イオンが担体ナノ粒子の酸化物表面と反応し、それにより別個の（ｄｉｓｃｒｅｅｔ）白金原子が担体ナノ粒子の表面上にたどり着くことになる。これらの原子は、酸化物表面にわたって拡散し、他の白金原子と凝集して白金ナノ粒子を形成することができる。白金ナノ粒子が酸化物表面に結合したパラジウム原子クラスターに到達すると、白金クラスターは、パラジウムクラスターと合金を形成し、それによって白金クラスターをピン止めする。いくつかの実施形態では、担体ナノ粒子は、約１０ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１ナノメートル以下の平均粒度を有する。いくつかの実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１／２ナノメートルの平均粒度を有する。しかし、他のサイズも本発明の範囲内であることが企図されている。
【０１６７】
本発明の構築および施行の原理の理解を促すために、細部を組み込んだ特定の実施形態の観点から本発明を説明してきた。特定の実施形態およびその詳細を参照することにより、本明細書に添付した特許請求の範囲を限定することは意図されていない。特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、例示のために選ばれた実施形態において他の様々な改変を行うことができることが当業者に容易に明らかとなるであろう。
【図１】
0006010053.tif 000002
【図２】
0006010053.tif 000003
【図３Ａ】
0006010053.tif 000004
【図３Ｂ】
0006010053.tif 000005
【図４】
0006010053.tif 000006
【図５】
0006010053.tif 000007
【図６】
0006010053.tif 000008
【図７】
0006010053.tif 000009
【図８】
0006010053.tif 000010
【図９】
0006010053.tif 000011
【図１０】
0006010053.tif 000012