(57)【要約】  シガレットの構成材料は一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための銀系触媒を含む。この銀系触媒は、金属酸化物担体粒子の中及び／又は上に担持された金属銀及び／又は酸化銀の粒子（例えば、ナノスケール又はより大きなサイズの粒子）を含む。銀系触媒は、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料などのシガレット構成材料に組み込んで、喫煙中のシガレットの主流煙中の一酸化炭素濃度を低減するようにすることができる。触媒はまたシガレットとは異なる用途にも使用できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための粒状触媒を含むシガレットの構成材料であって、前記触媒は、銀以外の第２の金属の酸化物の担体粒子の中及び／又は上に担持された銀を含む粒子を含み、前記構成材料は、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料から成る群から選択されることを特徴とする構成材料。
【請求項２】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀、並びに前記第２の金属の酸化物から実質的に成ることを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項３】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀、並びに前記第２の金属の酸化物のナノスケール粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項４】
前記銀を含む粒子は、約１００ｎｍ未満又は約５０ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項５】
前記銀を含む粒子はナノスケール粒子の粒塊を含み、前記粒塊は約１ミクロンから５０ミクロンまでの平均サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項６】
前記粒塊は、銀及び／又は酸化銀から実質的に成ることを特徴とする請求項５に記載の構成材料。
【請求項７】
前記触媒は、前記担体粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀の粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項８】
前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、ナノスケール粒子であることを特徴とする請求項７に記載の構成材料。
【請求項９】
前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、約１００ｎｍ未満又は約５０ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項８に記載の構成材料。
【請求項１０】
前記担体粒子は、約５００ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１１】
前記第２の金属は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｈｆ及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１２】
前記第２の金属の前記酸化物は、少なくとも部分的に非化学量論的な酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１３】
前記触媒は、約１重量％から７０重量％までの、又は約５重量％から２０重量％までの銀及び／又は酸化銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１４】
前記触媒は、酸化セリウムの中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１５】
前記触媒は、一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための酸化剤、及び一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための触媒の両方として作用する能力を有することを特徴とする請求項１に記載の構成材料。
【請求項１６】
タバコ・ロッド、シガレット・ペーパー及び隋意のフィルタを含むシガレットであって、前記タバコ・ロッド、前記シガレット・ペーパー及び前記随意のフィルタの少なくとも１つは、一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための粒状触媒を含み、前記触媒は、銀以外の第２の金属の酸化物の担体粒子の中及び／又は上に担持された銀を含んだ粒子を含むことを特徴とするシガレット。
【請求項１７】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀、並びに前記第２の金属の酸化物から実質的に成ることを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項１８】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀、並びに前記第２の金属の酸化物のナノスケール粒子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項１９】
前記銀を含む粒子は、約１００ｎｍ未満又は約５０ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２０】
前記銀を含む粒子はナノスケール粒子の粒塊を含み、前記粒塊は約１ミクロンから５０ミクロンまでの平均サイズを有することを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２１】
前記粒塊は、銀及び／又は酸化銀から実質的に成ることを特徴とする請求項２０に記載のシガレット。
【請求項２２】
前記触媒は、前記担体粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀の粒子を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２３】
前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、ナノスケール粒子であることを特徴とする請求項２２に記載のシガレット。
【請求項２４】
前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、約１００ｎｍ未満又は約５０ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項２３に記載のシガレット。
【請求項２５】
前記担体粒子は、約５００ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項２２に記載のシガレット。
【請求項２６】
前記第２の金属は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｈｆ及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２７】
前記第２の金属の前記酸化物は、少なくとも部分的に非化学量論的な酸化物であることを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２８】
前記触媒は、約１重量％から７０重量％までの、又は約５重量％から２０重量％までの銀及び／又は酸化銀を含むことを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項２９】
前記触媒は、酸化セリウムの中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項３０】
前記触媒は、一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための酸化剤、及び一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための触媒の両方として作用する能力を有することを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項３１】
シガレットを製造する方法であって、
ａ．タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の少なくとも１つに銀系触媒を組み込むステップと、
ｂ．タバコ・カラムを形成するために、前記タバコ・カット・フィラーをシガレット製造機に供給するステップと、
ｃ．シガレットのタバコ・ロッドを形成するために、前記タバコ・カラムの周りに前記シガレット・ペーパーを配置するステップと、
ｄ．隋意に、ティッピング・ペーパーを用いて前記シガレット・フィルタ材料を含むシガレット・フィルタを前記タバコ・ロッドに取り付けるステップと、
を含む方法。
【請求項３２】
前記組み込むステップは、噴霧すること、振りかけること又は浸漬を含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀の粒子、並びに第２の金属の酸化物の粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記銀系触媒を形成するために、銀及び／又は酸化銀の粒子と第２の金属の酸化物粒子とを混合するステップをさらに含み、前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、前記第２の金属の前記酸化物粒子の中及び／又は上に担持されることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記銀系触媒を銀塩の沈積又は熱分解によって形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記塩は、硝酸銀であることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記銀塩の前記沈積又は前記熱分解は、銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子を形成することを特徴とする請求項３５に記載に方法。
【請求項３８】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀の粒子、並びに第２の金属の酸化物の粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記触媒は、銀及び／又は酸化銀、並びに第２の金属の酸化物のナノスケール粒子を含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記銀及び／又は酸化銀の粒子は、約１００ｎｍ未満又は約５０ｎｍ未満の平均粒径を有することを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
ａ．前記塩と溶媒を、銀前駆体溶液を形成するように混合するステップと、
ｂ．前記銀前駆体溶液と、銀以外の第２の金属の酸化物のコロイド溶液とを、混合物を形成するように混合するステップと、
ｃ．前記第２の金属の酸化物の中及び／又は上に担持される銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子を形成するように、前記銀塩を熱分解するのに十分な温度に前記混合物を加熱するステップと、
ｄ．前記触媒を形成するために前記混合物を乾燥させるステップと、
をさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２の金属は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｈｆ及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２の金属の前記酸化物は、少なくとも部分的に非化学量論的な酸化物であることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記触媒は、約１重量％から７０重量％までの、又は約５重量％から２０重量％までの銀及び／又は酸化銀を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記触媒は、酸化セリウム粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の前記少なくとも１つの中及び／又は上に前記触媒を組み込む前に、前記触媒を少なくとも２００℃の温度で加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記触媒は、前記第２の金属の前記酸化物の中及び／又は上に担持された酸化銀から実質的に成る触媒を形成するように、前記銀を酸化する雰囲気中で加熱されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
ターゲット材料のレーザー蒸発及び制御凝縮によって前記触媒を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記ターゲット材料は、銀と銀以外の第２の金属とを含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の金属は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｈｆ及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２の金属の前記酸化物は、少なくとも部分的に非化学量論的な酸化物であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記触媒は、約１重量％から７０重量％までの、又は約５重量％から２０重量％までの銀及び／又は酸化銀を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記触媒は、銀以外の第２の金属の酸化物の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記銀の少なくとも一部は、前記第２の金属の酸化物の表面上に組み込まれることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記触媒は、銀以外の第２の金属の酸化物のナノスケール粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子を含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記触媒を形成するように、前記銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子と、前記第２の金属の酸化物のナノスケール粒子とが気相で凝縮することを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記触媒は、酸化セリウムのナノスケール又はミクロン・サイズの粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子から実質的に成ることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５８】
タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の前記少なくとも１つの中及び／又は上に前記触媒を組み込む前に、前記銀を酸化する雰囲気中において少なくとも２００℃の温度で前記触媒を加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５９】
前記触媒は、約２１０℃未満の温度において、前記シガレットを通して吸い込まれる主流煙中の一酸化炭素の少なくとも５％を二酸化炭素に転化するのに有効な量が存在することを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項６０】
前記触媒は、喫煙中に前記シガレットを通して吸い込まれるＣＯの濃度を低減し、及び／又は全粒子状物質の濃度を低減するのに有効な量が存在することを特徴とする請求項１６に記載のシガレット。
【請求項６１】
レーザー蒸発及び制御凝縮法又は共沈法によって作成された銀系触媒を、一酸化炭素を含有する気体に接触させるステップを含む方法であって、前記気体は、乗物の排気ガス、レーザー用気体、燃料電池に使用される気体、及び空気ろ過を受ける周囲空気から成る群から選択されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シガレット煙中の一酸化炭素を低減するための方法に関し、具体的には、シガレット煙中の一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
シガレット又はシガーのような喫煙物品は、吸煙中の主流煙と、静的燃焼中の副流煙との両方を生ずる。主流煙及び副流煙両方の１つの成分は一酸化炭素（ＣＯ）である。煙中の一酸化炭素を低減することが望ましい。
【発明の開示】
【０００３】
銀系触媒を使用した、カット・フィラー組成物、シガレット・ペーパー、シガレット・フィルタ材料、シガレット、及びシガレットを製造する方法を提供する。一酸化炭素を二酸化炭素に転化するための酸化剤及び触媒の両方として好ましく作用可能な銀系触媒は、喫煙中のシガレットの主流煙中の一酸化炭素及び／又は全粒子状物質の量を低減することができる。
銀系触媒は、第２の金属の酸化物の担体粒子の中及び／又は上に担持された銀及び／又は酸化銀の粒子を含む。銀及び／又は酸化銀の粒子はナノスケールの粒子であることが好ましい。例えば、好ましい実施形態においては、銀のナノスケール粒子は、第２の金属の酸化物粒子の露出表面上に担持される。担体粒子は、ナノスケール及び／又はミクロンサイズの粒子を含むことができる。第２の金属の酸化物は、非化学量論的な酸化物であることが好ましい。例示的な第２の金属としては、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、セリウム、ハフニウム、及びこれらの混合物が挙げられる。酸化物担持の銀及び／又は酸化銀粒子を含む触媒は、好ましくは、約１重量％から７０重量％まで、より好ましくは約５重量％から２０重量％までの銀及び／又は酸化銀を含む。１つの実施形態によれば、銀及び／又は酸化銀粒子は、約１００ｎｍ未満、より好ましくは約５０ｎｍ未満の平均粒径を有する。触媒は、銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子の粒塊を含むことができ、この粒塊は約１ミクロンから５０ミクロンまでの平均サイズを有する。
【０００４】
銀系触媒を含んだシガレットを製造する方法は、（ｉ）タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の少なくとも１つに銀系触媒を組み込むステップと、（ｉｉ）そのタバコ・カット・フィラーを、タバコ・カラムを形成するためにシガレット製造機に供給するステップと、（ｉｉｉ）そのタバコ・カラムの周りに、シガレットのタバコ・ロッドを形成するためにシガレット・ペーパーを配置するステップと、（ｉｖ）随意に、ティッピング・ペーパーを用いて、シガレット・フィルタ材料を含むシガレット・フィルタを、タバコ・ロッドに取り付けるステップとを含む。触媒は、噴霧法、振りかけ法又は浸漬法によって１つ又はそれ以上のシガレット構成材料に組み込むことができる。
好ましい方法によれば、銀及び／又は酸化銀の担持された粒子から実質的に成る触媒は、シガレットの構成材料に組み込まれる。更に進んだ方法によれば、シガレットの構成材料に組み込まれる触媒は、酸化物担持体の粒子と混合された銀及び／又は酸化銀の粒子を含む。
担持された銀粒子及び／又は銀を含む粒子（例えば、酸化銀）は、硝酸銀のような銀塩の沈積又は熱分解によって作成することができる。更に進んだ方法によれば、銀系触媒は、銀塩溶液を第２の金属の酸化物のコロイド懸濁液と混合し、次いでその混合物を加熱して銀塩を分解し、第２の金属の酸化物の中及び／又は上に組み込まれた銀及び／又は酸化銀の粒子を形成することによって作成することができる。好ましい第２の金属は、非化学量論的な酸化物担体粒子を形成することができるセリウムである。
【０００５】
更に進んだ方法によれば、銀系触媒は、銀及び銀以外の第２の金属を含むターゲット材料の、制御された雰囲気下でのレーザー蒸発及び制御凝縮によって作成することができる。レーザーのエネルギーによって適切なターゲットをアブレートすることにより、銀及び／又は酸化銀のナノスケール粒子、並びに第２の金属の酸化物の粒子を形成することができ、気相中で凝縮させて銀系触媒を作成することができる。
好ましい実施形態においては、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の少なくとも１つの中及び／又は上に銀系触媒を組み込む前に、酸素含有気体を含む雰囲気中で少なくとも２００℃の温度において触媒を加熱し、銀を酸化して、第２の金属の酸化物の中及び／又は上に担持された酸化銀から実質的に成る銀系触媒を作成する。
銀系触媒はまた、乗物の排気ガス、レーザーに用いられる気体、燃料電池に用いられる気体、及び／又は空気ろ過される周囲空気からの一酸化炭素の濃度を低減するために用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
銀系触媒は、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及び／又はシガレット・フィルタ材料などのシガレットの構成材料に組み込むことができる。銀系触媒は、一酸化炭素から二酸化炭素への転化を触媒する及び／又は酸化することができる。特に、銀系触媒は、一酸化炭素の低温又は室温付近での酸化に有用である。シガレットの構成材料に銀系触媒を組み込むことによって、主流煙中の一酸化炭素量を低減することができる。銀系触媒は、銀以外の第２の金属の酸化物の担体粒子上に担持される銀及び／又は酸化銀の粒子を含む。
【０００７】
１つの実施形態によれば、銀系触媒は、銀塩の水溶液から銀及び／又は酸化銀を沈積させることによって調製することができる。沈積生成物は、第２の金属（即ち、銀以外の金属）の酸化物の粒子のような担持体と組み合わせることができる。例示的な酸化物担持体としては、酸化セリウム、酸化チタン及び／又は酸化アルミニウムが挙げられる。沈積生成物は、担体粒子と混合して、担体粒子上に担持された銀及び／又は酸化銀の粒子を含む銀系触媒を作成することができる。
【０００８】
更に進んだ実施形態によれば、担持銀系触媒は、銀塩溶液を第２の金属の酸化物のコロイド懸濁液と混合し、次いでその銀塩を制御された雰囲気下で熱分解させて、第２の金属の酸化物粒子の中及び／又は上に組み込まれた銀及び／又は酸化銀を含む銀系触媒を形成することによって調製することができる。
更に進んだ実施形態によれば、銀を含むナノスケール粒子（例えば、銀又は酸化銀）は、銀を含むターゲットからのレーザー蒸発／制御凝縮によって調製することができる。レーザー蒸発／制御凝縮により、出発材料（例えば、ターゲット）は、蒸気を形成するようにレーザーエネルギーに曝され、続いて凝縮して銀系触媒を形成する。更に、レーザー蒸発／制御凝縮を用いて、銀系粒子と酸化物担体粒子の両方の構成原子を含むターゲットから直接銀系触媒を作成することが可能である。銀系触媒は、酸化物担体粒子の中及び／又は上に組み込まれた銀及び／又は酸化銀の粒子を含む。
【０００９】
「組み込まれる」は、銀及び／又は酸化銀が、第２の金属の酸化物の酸化物マトリックスの中及び／又は上に存在する第２の相を含むこと（即ち、均一又は不均一な複合物）を意味する。例えば、銀及び／又は酸化銀は、第２の金属の酸化物マトリックス中の至るところに分散させること、及び／又は酸化物の露出表面上に分散させることができる。
好ましい実施形態によれば、銀を含む粒子と第２の金属の酸化物を含む粒子とは、同時に形成され、共沈されて、銀系触媒を形成する。銀系触媒は、シガレットの構成材料上に直接沈積させることができ、又はより好ましくは、銀系触媒は、形成し、収集し、続いてシガレットの１つの構成材料中に組み込むことができる。
【００１０】
担持銀系触媒を形成する好ましい方法は、レーザー蒸発／制御凝縮（ＬＶＣＣ）法である。ＬＶＣＣ法は、触媒に組み込むべき材料を有する１つ又はそれ以上のターゲットを用いるアブレーション法である。アブレーション法においては、ターゲットの一領域がエネルギー（例えばレーザー）源からの入射エネルギーを吸収する。入射エネルギーは、例えばパルスレーザーのエネルギーを含むことができる。エネルギーの吸収、及びその結果としてのターゲットの加熱により、ターゲット材料は、そのターゲットの表面から原子及びイオン種の柱状噴流（即ち、蒸気）にアブレートされる。原子及びイオン種は、互いの間の、及び不活性又は反応性気体との気相衝突によって粒子に凝縮することができる。形成される粒子はナノスケール粒子を含むことができる。
【００１１】
必要とされるエネルギー量は、出発材料の温度、出発材料を囲む雰囲気の圧力、並びに、出発材料の熱的及び光学的特性などの材料特性、などのプロセス変数に依存して変化する。レーザー・アブレーションにより、出発材料は、物理的侵食によってターゲットから次第に除去される。ターゲットは、除去されるべき消費性材料、すなわちターゲット材料から形成される（又はそれらでコーティングされる）。
【００１２】
出発材料は、任意の適切な前駆体材料であってよく、純粋な材料又は材料の混合物から構成される固体又は粉末材料の形態であることが好ましい。こうした材料は、室温で固体であり、及び／又は空気中で酸化などの化学的劣化を受けにくいことが好ましい。好ましくは、出発材料はプレス加工された粉末ターゲットを含む。
レーザーエネルギーは、材料は顕著な液相転位を受けずに、直接出発材料を蒸発させることが好ましい。そのようなレーザーエネルギーを発生するために使用できるレーザーの種類としては、イオンレーザー、ＵＶエキシマーレーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー及びＨｅ−Ｎｅレーザーを挙げることができる。レーザービームは、ターゲットのアブレーションの均一性を改善し、原子スケール及びナノメートルスケール粒子の均質性を改善するように、ターゲット材料の表面全域にわたって走査することができる。
【００１３】
本方法は、パルスレーザー蒸発の利点と、良好に規定された圧力及び温度条件下での拡散型霧箱チャンバ中の制御凝縮の利点とを組み合わせたものである。通常、チャンバは絶縁側壁によって隔てられた２つの水平な金属板を備える。本方法では、チャンバ内における選択された気体混合物中への、少なくとも１つのターゲットのパルスレーザー蒸発を利用することができる。ターゲットは、チャンバ内、例えば下板上に置かれ、チャンバは、不活性気体、又は不活性気体と反応性気体の混合物などの気体で満たされる。例えば、不活性気体は、ヘリウム、アルゴン又はこれらの混合物を含むことができ、反応性気体は酸素を含むことができる。好ましくは、上板と底板の間で温度勾配が維持され、それにより安定な対流を作り出すことができるが、その対流はアルゴンのような重い気体を用いることによって、及び／又はチャンバ内に大気圧を超える条件を用いることによって強めることができる。適切なチャンバの詳細は、その開示が引用によりここに組み入れられる、Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、５２巻、９号、１９７０年５月１日、４７３３〜４７４８頁に見出すことができる。
【００１４】
銀系触媒の製造に適したＬＶＣＣチャンバ２の概略図を図１に示す。低温上板４及び高温底板６として表示される２つの水平な円形ステンレス・スチール又はアルミニウム板は、外径が約６インチのガラス側壁８によって隔てられている。バルクのターゲット１０は、底板６上に置き、ホルダ内に入れもよい。反応チャンバ２は、底板上に配置された気体注入口１４を通じて気体供給部１２に接続される。気体供給部は、制御バルブ１６によってチャンバから分離される。チャンバ内及び気体配管内の圧力は、気体配管に接続された随意のＢａｒｏｃｅｌ圧力センサ及び表示装置１８によってモニターされる。チャンバ及び気体配管は、約１０-3Ｔｏｒｒの基準圧力に排気することができる。各実験の実行中、チャンバは、Ｈｅ若しくはＡｒなどの高純度（例えば、９９．９９％）のキャリアガス、又は、キャリアガス内に混入された既知の組成の反応性ガス（例えば、Ｏ2）を含有する反応性混合物、のいずれかで満たされる。例えば、使用される反応性混合物は、ヘリウム中の酸素、又はアルゴン中の酸素とすることができる。各々の堆積の実行の前に、チャンバは、キャリアガスを用いて数回充填及び排気して、チャンバ内からあらゆる残存不純物を確実に除くようにすることが好ましい。エネルギー源は、エネルギービームがチャンバの壁を通してチャンバに入るように、チャンバの外側に配置することができる。放出された原子は、チャンバ内の気体混合物と相互作用する。拡散と対流の両方は、（気相から凝縮した後）小さな粒子がより大きな粒子に成長できる前に、それらの小さな粒子の核形成領域からの移動を促進することができる。
【００１５】
蒸気は、チャンバ内でＱスイッチＮｄ−ＹＡＧレーザー（波長５３２ｎｍ、１０ｎｓパルス幅）の第２高調波などのレーザー出力をターゲット上に集光させることによって生成することができる。典型的には、レーザーは、３０Ｈｚにて作動され、ターゲット上に１５〜１００ｍＪ／パルスのエネルギーを加える。
レーザー蒸発は、非常に短時間、典型的には１０-8秒の間に、指向性の堆積を可能にする指向性ジェット状の高密度蒸気を生成する。ターゲットから放出された粒子間の衝突が、気体から粒子への転化中にブラウン運動を経て、結果としてターゲット材料の粒子形成をもたらす。レーザー蒸発は、同時にいくつかの異なるターゲットから、又は単一化合物のターゲットから可能であり、好ましくは第２の金属の酸化物粒子（例えばナノスケールの又はより大きな粒子）中に組み込まれた銀及び／又は酸化銀を含む銀系触媒を生成する。好ましくは、第２の金属の酸化物粒子は、約５００ｎｍ未満、より好ましくは約５０ｎｍ未満、最も好ましくは約１０ｎｍ未満の平均粒径を有する。
【００１６】
上述のように、安定な対流をチャンバ内に生成することができる。安定な対流は、２つの方法、即ち、上板４を、例えば液体窒素を板内に循環させることによって冷却し、底板６をより高温（例えば室温）に維持する方法、又は、底板６を、例えば加熱流体を板内に循環させることによって若しくは電気ヒーターによって加熱し、上板４をより低い温度（例えば室温）に維持する方法のいずれかで達成できる。例えば、上板は、液体窒素を上板内の流体通路に循環させることによって１５０Ｋより低い温度に冷却できる。いずれの場合でも、上板は、底板よりも有意に低い温度に維持され、そのため上板が凝縮又は堆積板となる。好ましくは、上板と底板の間の温度勾配は、少なくとも約２０℃、より好ましくは少なくとも５０℃とする。ガラス側壁の回りに巻かれたニクロム加熱線により、ガラス側壁を加熱して側壁上の堆積を低減でき、２つの板間の均一な温度勾配を促進することができる。板の温度は、各板に取り付けられ、温度表示装置に並列に接続された熱電対を用いてモニターされる。
【００１７】
チャンバ雰囲気の温度は、上板に近づくにつれて下がり、結果としてチャンバの上半分において最大の過飽和度が生じる。過飽和度が高くなるにつれて、凝縮に必要な核の大きさが小さくなる。温度勾配を変化させることによって、チャンバ内の過飽和度を高めることができる。対流は、粒子がより大きく成長する前に核形成領域からの粒子の拡散における役割を果たす。チャンバ内の対流は、温度勾配を高めることによって、又はより重いキャリアガス（例えば、ヘリウムに比較したアルゴン）を用いることによって強めることができる。銀系触媒を製造する際に、生成する蒸気は、気相を不活性気体、反応性気体及び／又は冷却板と衝突させることによって冷却又は凝縮させることができる。
【００１８】
レーザー・アブレーションの間、アブレートされた粒子の密度が十分に低く、それらの相対速度が十分に高い場合、ターゲット材料からの粒子（例えば、原子、クラスター及び荷電粒子）は、冷却板の表面又は冷却板に位置するシガレット構成材料と衝突してそこに合着できるまで、気体中を移動し得る。他方、アブレートされた粒子の密度が十分に高く、それらの相対速度が十分に小さい場合、ターゲットからの粒子は、気相中で凝集する可能性があり、その凝集粒子は次いで冷却板上、又は冷却板上に配置されたシガレット構成材料上に堆積することができる。
【００１９】
理論に束縛されることはないが、約１０-3Ｔｏｒｒ未満のアブレーション圧力では、アブレートされた種の平均自由行程は十分に長いので、アブレートされた種は多くの気相衝突を経ずに冷却板に到達する。故に、低い反応器圧力において、アブレートされた材料は、冷却板上に止まった後、冷却板の表面上に堆積し、拡散し、互いに融合して粒子を形成することができる。約１０-3Ｔｏｒｒを超える圧力のようなより高い圧力では、アブレートされた種の気相中での衝突頻度が相当に高く、粒子を形成するためのアブレートされた種の核形成及び成長は、冷却板の表面に止まる前に気相中で生じることができる。故に、高圧でアブレートされた材料は、気相中で銀系触媒を形成することができ、個々別々の粒子として堆積することができる。
【００２０】
通常の実行の後、チャンバは室温にされ、試料は収集されて大気条件下で保存される。気相に放出される原子の数密度を決定するために用いることができる、温度勾配、チャンバ圧力及びレーザー出力を（例えば、１パルス当り１０14原子のオーダーに）制御することによって、凝縮過程を、従って銀系触媒の大きさ及び組成を、制御することができる。
【００２１】
チャンバ内の動作圧力は、好ましくは約１０-3Ｔｏｒｒより高く、より好ましくは約７６０Ｔｏｒｒとする。温度勾配は、チャンバの上板及び／又は底板の温度を変更することによって調節できる。上板の温度は、凡そ−１５０℃と３０℃の間であることが好ましい。下板の温度は、凡そ２０℃と１５０℃の間であることが好ましい。上述のＬＶＣＣ装置は底板に比べて冷却された上板を有するが、この配置は逆であってもよい（例えば、上板は底板に比べて加熱されてもよい）ことを理解されたい。
ＬＶＣＣ法は、チャンバ内の大気圧よりも高い圧力のヘリウム及び／又はアルゴンの不活性環境で実施することが好ましく、それにより、合成中の大気による汚染の可能性が低減される。しかし、上記のように、反応はまた大気圧より低い圧力で行ってもよい。
【００２２】
本方法の追加の利点は、反応チャンバ内に既知の濃度の酸素などの反応性（例えば、酸化性）気体を正確に導入することによって、選択された金属及び金属酸化物の粒子を調製できることである。堆積工程中にチャンバ内に反応性気体を導入することによって、酸化物のナノスケール粒子を得るためにターゲットからアブレートされた材料がそれらの気体と結合することを可能にする。故に、反応性アブレーションにおいて、チャンバは、少量の反応性気体、例えば空気、酸素、水蒸気などを含み、それがターゲット材料の原子と反応して、金属酸化物を含む粒子を形成する。ターゲットは、基本的に銀又は酸化銀から構成することができ、それによって銀又は酸化銀の粒子を生成することができる、又は、ターゲットは銀（例えば、銀及び／又は酸化銀）及び第２の金属を含むことができる。銀及び第２の金属を含むターゲットを準備することによって、担持銀系触媒を直接形成することができる。第２の金属は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ及びＨｆから成る群から選択された１つ又はそれ以上の金属、又はそれら金属の酸化物とすることができる。第２の金属を含むターゲットは、金属酸化物の形態で第２の金属を含むことが好ましい。例えば、銀−酸化セリウム触媒は、アルゴン及び酸素を含むチャンバ内での、銀−セリウム・ターゲットの反応性アブレーションによって形成できる。銀−酸化セリウム触媒は、セリウムの酸化物（例えば、ＣｅＯ2-x）のナノスケール粒子に組み込まれた銀（例えば、Ａｇ、ＡｇＯ及び／又はＡｇ2Ｏ）を含んだナノスケール粒子を含むことが好ましい。
【００２３】
反応性アブレーションに加えて、銀系触媒は、銀金属及び酸化セリウムを含むターゲットからのアブレーションによって形成することができる。例えば、銀−酸化セリウム触媒は、アルゴンを含むチャンバ内で、銀金属及び酸化セリウムのプレス加工された粉末ターゲットをアブレートすることによって形成することができる。
銀系触媒のミクロ構造は、アブレーションを用いて制御できる。粒子密度、相分布及び結晶（アモルファスに対して）相の広がり及びモルホロジーは、例えば、圧力、レーザーエネルギー、及び冷却板の温度を変えることによって制御できる。銀及び／又は酸化銀の、第２の金属の酸化物に対する比を含む銀系触媒の組成は、ターゲットの組成を制御することによって制御できる。
【００２４】
有利なことに、アブレーションは無汚染条件下において、銀系触媒の乾式無溶媒での同時の形成と堆積を可能にする。１つの実施形態によれば、銀系触媒は、シガレットの主流煙中の一酸化炭素の二酸化炭素への転化を触媒する、及び／又は酸化するために用いることができる。
１つの実施形態は、（ｉ）銀系触媒をタバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の少なくとも１つに組み込むステップと、（ｉｉ）タバコ・カラムを形成するためにタバコ・カット・フィラーをタバコ製造機に供給するステップと、（ｉｉｉ）シガレットのタバコ・ロッドを形成するためにタバコ・カラムの周りにシガレット・ペーパーを配置するステップと、（ｉｖ）隋意に、ティッピング・ペーパーを用いて、シガレット・フィルタ材料を含むシガレット・フィルタをタバコ・ロッドに取り付けるステップとを含む、シガレットを製造する方法に関する。
【００２５】
銀系触媒をシガレットのタバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及び／又はシガレット・フィルタ材料に組み込むことによって、銀系触媒は、一酸化炭素の二酸化炭素への転化に対する触媒作用及び／又は酸化によって、喫煙中の主流煙における一酸化炭素量を低減することができる。銀系触媒はまた、喫煙中にシガレットを通して吸い込まれる粒子状物質（例えばタール）の総量を低減することができる。
銀系触媒は、主流煙中の一酸化炭素の二酸化炭素に対する比を少なくとも５％（例えば、少なくとも１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％又は４５％）低減するのに有効な量が、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及び／又はシガレット・フィルタ材料中に組み込まれることが好ましい。触媒は、約２１０℃より低い又は約１００℃より低い温度において、少なくとも５％の一酸化炭素を二酸化炭素に転化するのに有効な量が存在することが好ましい。
【００２６】
シガレットの「喫煙」とは、シガレットを通して吸い込まれ得る煙を生成するような、シガレットの加熱又は燃焼を意味する。一般に、シガレットの喫煙は、シガレットの一方の端部に点火することと、そこに含まれるタバコが燃焼反応をしている間に、シガレット煙をシガレットの口側端部を通って吸い込むこととを含む。シガレットはまた、他の手段によって喫煙することもできる。例えば、シガレットは、同一出願人による米国特許第６，０５３，１７６号、第５，９３４，２８９号、第５，５９１，３６８号又は第５，３２２，０７５号に記載されているように、シガレットを加熱することにより、及び／又は電気ヒーターの手段を用いてシガレットを加熱することによって喫煙することもできる。
用語「主流」煙とは、タバコ・ロッドを通過し、フィルタ端部を通じて出る気体の混合物、即ち、シガレットの喫煙中に、シガレットの口側端部から出る又は吸い込まれる煙の総量を意味する。
【００２７】
タバコの構成成分に加えて、温度及び酸素濃度も、一酸化炭素及び二酸化炭素の生成及び反応に影響する可能性がある。喫煙中に生成される一酸化炭素の総量は、３つの主要な源、熱分解（約３０％）、燃焼（約３６％）、及び炭化されたタバコによる二酸化炭素の還元（少なくとも２３％）、の組み合わせの結果である。熱分解からの一酸化炭素の生成は、主に反応速度によって支配され、約１８０℃の温度で始まり、約１０５０℃で終わる。燃焼中の一酸化炭素及び二酸化炭素の生成は、主に表面への酸素の拡散（ｋａ）と表面反応（ｋｂ）とによって支配される。２５０℃では、ｋaとｋbはほぼ同じとなる。４００℃では、反応は拡散律速となる。最後に、炭化されたタバコ又は炭による二酸化炭素の還元は、３９０℃付近及びそれより高い温度で起る。
【００２８】
喫煙中、シガレットには３つの異なる領域、燃焼領域、熱分解／蒸留領域、及び凝縮／ろ過領域、が存在する。理論に束縛されることはないが、銀系触媒は、喫煙中にシガレットの種々の領域で起こる様々な反応をターゲットにすることができると考えられている。
まず、燃焼領域は、シガレットの喫煙中に生じるシガレットの燃焼領域であり、通常、シガレットの点火端部にある。燃焼領域の温度は、約７００℃から約９５０℃までの範囲にあり、加熱速度は５００℃／秒もの高速になる可能性がある。酸素はタバコの燃焼で消費されて一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気及び種々の有機化合物を生成するので、酸素濃度は燃焼領域では低くなる。高温で酸素濃度が低いと、炭化されたタバコによる二酸化炭素の一酸化炭素への還元が生じる。この領域において、銀系触媒は、酸化機構を介して一酸化炭素を二酸化炭素に転化することができる。燃焼領域は、高発熱性であり、発生する熱は熱分解／蒸留領域に運ばれる。
【００２９】
熱分解領域は、燃焼領域の後ろの領域であり、そこの温度は約２００℃から約６００℃までの範囲にある。熱分解領域は、大部分の一酸化炭素が生成される場所である。主要な反応は、燃焼領域で発生した熱によるタバコの熱分解（即ち、熱による分解）であり、一酸化炭素、二酸化炭素、煙成分及び炭が生成する。この領域には多少の酸素が存在するので、銀系触媒は、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化を触媒することができる。この熱分解領域において、銀系触媒はまた、ＣＯを直接酸化してＣＯ2へ転化することができる。
【００３０】
凝縮／ろ過領域においては、温度は大気温度から約１５０℃までの範囲である。この領域における主要な過程は、煙成分の凝縮／ろ過である。多少の量の一酸化炭素及び二酸化炭素はシガレットから拡散し、多少の酸素はシガレット中に拡散する。凝縮／ろ過領域内の酸素分圧は、一般に、大気のレベルまでは回復しない。凝縮／ろ過領域において、銀系触媒は、一酸化炭素の二酸化炭素への転化を触媒する及び／又は酸化することができる。
【００３１】
本明細書で用いられるように、触媒は、化学反応の速度に影響を与えることができ、例えば、触媒は反応の反応物又は生成物として関与することなく一酸化炭素の二酸化炭素への酸化速度を増大することができる。酸化剤は、例えば酸素を反応物に供与して反応物を酸化することができ、その際酸化剤自体は還元される。還元剤は、例えば酸素を反応物から受け取ることによって反応物を還元することができ、その際還元剤自体は酸化される。
【００３２】
好ましい方法によれば、銀系触媒は、シガレットを作成するのに使用されるタバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及び／又はシガレット・フィルタ材料に組み込まれる。銀系触媒は、好ましくは約１００ｎｍ未満、好ましくは約５０ｎｍ未満、より好ましくは約１０ｎｍ未満の平均粒径を有する。
【００３３】
酸化セリウム（ＣｅＯ2-x）（ｘ＞０）は、銀及び／又は酸化銀との相乗作用による担体としても、及び活性金属酸化物の酸化触媒としても作用することができるので、銀系触媒の好ましい担体である。Ｃｅ3+とＣｅ4+と間の平衡は、触媒活性サイトに直接酸素を供給することによって、ＣＯの触媒的燃焼を可能にする例外的に高い酸素の貯蔵容量及び放出能を生ずることができる。また、ＣｅＯ2-xは、水蒸気による不活性化に影響され難く、Ａｌ2Ｏ3のような他の酸化物よりも焼結に対する高い抵抗性を示す。
【００３４】
上述のように銀系触媒は、タバコ・ロッドの長さ方向に沿って連続的に、又はタバコ・ロッドの長さ方向に沿って離散的な位置に供給することができる。さらに、銀系触媒は、タバコ・ロッドの長さ方向に沿って均一に又は不均一に分布させることができる。銀系触媒は、シガレット製造機に供給されるカット・フィラー・タバコ・ストックに添加してもよく、又は、シガレット・ロッドの周りにシガレット・ペーパーを巻く前に、タバコ・ロッド内に直接組み込んでもよい。銀系触媒は、シガレット・ペーパーをシガレットに組み込む前又は後に、シガレット・ペーパー上に直接堆積する、及び／又はペーパー中に組み込むことができる。
【００３５】
銀系触媒は、タバコ・ロッド、シガレット・フィルタ材料中を隈なく、及び／又はシガレットのシガレット・ペーパー部分に沿って、分布させることが好ましい。１つ又はそれ以上のシガレット構成材料中に隈なく銀系触媒を供給することによって、シガレットを通して吸い込まれる一酸化炭素の量を低減することが可能になる。
銀系触媒の量は、主流煙中の一酸化炭素の量がシガレットの喫煙中に低減されるように選択することができる。好ましくは、銀系触媒の量は、触媒作用的に有効な量、例えば主流煙中の一酸化炭素を少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２５％を触媒及び／又は酸化するのに十分な量とする。
【００３６】
１つの実施形態は、銀系触媒を作成し、次いでシガレットの作成中にタバコ・カット・フィラー上に銀系触媒を堆積する及び／又はその中に組み込む方法を提供する。任意の適切なタバコ混合物は、カット・フィラーに用いることができる。適切な種類のタバコ材料の例としては、熱気乾燥、バーレー種、メリーランド種、又はオリエンタル種のタバコ、珍しい又は特産品のタバコ、及びそれらのブレンドが挙げられる。タバコ材料は、タバコ葉片、体積膨張させた又は膨らませたタバコのような加工済タバコ材料、カット・ロール又はカット・パフされたステムのような加工済みタバコ・ステム、再構成されたタバコ材料、又はそれらのブレンドの形態で準備することができる。タバコはまた、タバコの代用品を含むことができる。
【００３７】
シガレット製造において、タバコは通常カット・フィラーの形態、即ち、約１／１０インチから約１／２０インチまで、又はさらに１／４０インチまでの範囲の幅に切断された断片又は撚糸の形態で用いられる。撚糸の長さは、約０．２５インチから約３．０インチまでの範囲に及ぶ。シガレットはさらに、当該技術分野において既知の１つ又はそれ以上の芳香剤又はその他の添加剤（例えば、燃焼添加剤、燃焼改質剤、着色剤、結合剤など）を含んでもよい。
銀系触媒がシガレットのフィルタ要素内に位置する場合、フィルタは一重フィルタ、二重フィルタ、三重フィルタ、空洞フィルタ、埋込式フィルタ又は自由流フィルタとすることができる。銀系触媒は、成形ペーパー・インサート、プラグ、プラグ間スペース、シガレット・フィルタ・ペーパー、プラグ・ラップ、セルロース・アセテート・スリーブ、ポリプロピレン・スリーブ及び自由流スリーブから成る群から選択される１つ又はそれ以上のフィルタ部品に組み込むことができる。
【００３８】
さらに進んだ実施形態は、銀系触媒を含むシガレットを製造する方法を提供する。シガレット製造のための方法は当該技術分野において既知である。任意の簡便な又は変更されたシガレット製造法は、触媒を組み込むのに用いることができる。得られるシガレットは、標準又は変更されたシガレット製造法及び設備を用いて、任意の既知の仕様に製造することができる。カット・フィラー組成物は、隋意にその他のシガレット添加物と組み合わせられ、タバコ・カラムを製造するためにシガレット製造機に供給され、次いでタバコ・カラムはシガレット・ペーパーで巻かれ、随意にフィルタが先端に付けられる。
【００３９】
シガレットは、長さが約５０ｍｍから約１２０ｍｍまでの範囲とすることができる。一般に、標準的なシガレットは約７０ｍｍの長さであり、「キング・サイズ」は約８５ｍｍの長さであり、「スーパー・キング・サイズ」は約１００ｍｍの長さであり、「ロング」は通常約１２０ｍｍの長さである。周囲長は、約１５ｍｍから約３０ｍｍまでで、２５ｍｍ付近であることが好ましい。タバコ充填密度は、典型的には、約１００ｍｇ／ｃｍ3から約３００ｍｇ／ｃｍ3までの範囲、好ましくは１５０ｍｇ／ｃｍ3から約２７５ｍｇ／ｃｍ3までの範囲の間にある。
【００４０】
銀系触媒は、Ｘ線回折及び走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて分析した。Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンは、Ｃｕ  Ｋα1放射線を用いるＰｈｉｌｉｐｓ  Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒを使用して得られた。粒塊及び個々の粒子のサイズ及び形状は、ＪＥＯＬ  Ｍｏｄｅｌ  ３５−Ｃ走査電子顕微鏡を用いて調査した。
市販の銀粉末はＡｒｇｏｎｉｄｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（フロリダ州サンフォード）から入手した。受け取った状態では、粉末はＳＥＭ及びＸＲＤによって、ナノスケールの金属銀粒子の１０〜４０ミクロン・サイズの粒塊を含むことがわかった。個々の粒径は、約１００ｎｍであった。
【００４１】
市販の銀系触媒の活性は、連続フロー型充填層反応器を用いて評価した。プログラム可能な管状炉６２内に配置された充填層反応器６０を図２に例示する。熱電対６４及び６６は、銀系触媒及び炉６２のそれぞれの温度をモニターするために使用される。銀系触媒の一酸化炭素濃度を低減する能力を評価するために、約２５ｍｇの銀系触媒を石英ウール６８上に振りかけ、反応器の中央に置く。フィルタ・パッド６９は、粒子状物質が、反応器の下流側６５に位置する気体分析器７０に侵入するのを防ぐために使用することができる。注入反応物気体混合物６１は、反応器の上流側６３に導入し、銀系触媒上を通して、約１リットル／分の流速で反応器を通過させる。気体の定常流を達成した後、炉の温度は約１５℃／分の加熱速度で上昇させられ、銀系触媒上を通過し、反応器の下流側から出てくる気体は、気体中のＣＯ、ＣＯ2及びＯ2の濃度を測定するＮＬＴ２０００マルチ・ガス分析器７０によって分析される。
【００４２】
複数の試験実行を所与の試験試料について行った。一回より多くの試験実行を行うために、試料は、前述のように反応器内に置き、ＣＯ、ＣＯ2及びＯ2の濃度は、ＣＯからＣＯ2への最大転化率が観測されるまで、反応器の温度の関数として測定される。次いで試料は室温まで冷却され、測定は次の加熱サイクルにおいて繰り返される。最初の加熱サイクルは、実行Ａと呼ばれ、２番目及び３番目の加熱サイクルは、実行Ｂ、実行Ｃなどと呼ばれる。実行は、２つの連続した実行が類似したライト・オフ温度（５％のＣＯがＣＯ2に転化される温度）を示すまで繰り返された。
【００４３】
市販の銀粒子に関する一酸化炭素転化率データを図３に示す。３．５％のＣＯ及び２１％のＯ2（残りはアルゴン）を含む注入気体混合物を使用した。データから、５％の一酸化炭素が二酸化炭素に転化される温度（Ｔ5）は、連続した実行Ａ〜Ｃの各々について約８０℃であることがわかる。５％の一酸化炭素が二酸化炭素に転化される温度は、ライト・オフ温度と呼ばれる。
市販の銀粒子の活性はまた、この銀系触媒を手製のシガレットに組み込み、次にこのシガレットを標準喫煙機を用いて喫煙することによって評価した。銀系触媒を含有しない対照シガレットと比較して、１６０ｍｇ及び４００ｍｇの銀粒子を試験シガレットのタバコ・カット・フィラーに均一に添加することによって、試験シガレットを通して吸い込まれる主流煙中の一酸化炭素の濃度は、それぞれ３０％及び４４％減少した。
【００４４】
銀系触媒は、銀を含む粒子を形成するように銀塩を沈積させることによって調製できる。例えば、酸化銀の粒子は、水酸化ナトリウムの０．１規定液を硝酸銀水溶液に添加することによって調製した。沈積生成物は、蒸留水で洗浄し、真空オーブン中において９０℃で乾燥し、前述のフロー型管状反応器内で試験した。
最初に、沈積酸化銀粒子を室温（例えば、炉による外部加熱なしに）で試験した。図４を参照すると、３％ＣＯ−２１％Ｏ2（残りはアルゴン）の気体注入混合物を用いることにより、１２０ｍｇの酸化銀粒子は室温で最大３３％のＣＯ転化率を達成した。外部熱を与えることによって、触媒活性は増大し、約２９０℃の触媒温度で１００％のＣＯ転化率を達成した。
【００４５】
沈積酸化銀粒子のＸ線回折は、酸化銀（Ａｇ2Ｏ）のナノスケール粒子と一致する反射を示した。ＣＯ／Ｏ2／Ａｒ気体混合物を粒子の上に流しながら粒子を加熱した後では、Ｘ線回折ピークは、沈積酸化銀よりも大きな平均粒径をもつ金属銀に対応したものとなる。従って、ＣＯ試験の間に酸化銀は還元され（例えば酸素を放ち）、このことが、酸化銀がＣＯからＣＯ2への転化のための酸化剤として機能することを可能にする。
【００４６】
沈積酸化銀粒子は、酸素の外部供給源がない状態で、例えば喫煙混合物の酸素消尽領域において、一酸化炭素を二酸化炭素に転化することができる。図５に示されるように、沈積酸化銀粒子は、６％のＣＯ（残りはアルゴン）を含む気体流を用いて室温で試験された。２００ｍｇの粒子を含む試料は、最大６６％のＣＯ転化率を達成した。酸化銀は、ＣＯからＣＯ2への直接酸化のための酸素源を供給することができる。酸化銀の金属銀への還元は発熱反応であるので、ＣＯ試験中の試料温度は、酸化銀が消費されている（即ち、金属銀に還元される）間に高くなる。
【００４７】
ＣＯ試験の間の沈積酸化銀粒子の触媒温度の上昇は、他の触媒、特に室温より高いライト・オフ温度を有する触媒の触媒活性を開始するために利用できる。沈積酸化銀粒子と市販の銀粒子とを含む粒子混合物についての一酸化炭素試験データを図６に示す。８０ｍｇのＡｇ2Ｏと４０ｍｇの市販の銀を含む試料は、３％ＣＯ及び２１％Ｏ2（残りはアルゴン）の注入気体流を用いて室温で試験された。混合粒子は、外部加熱なしに１００％ＣＯ転化率を達成し、５時間を越えた時間の間活性を維持した。
【００４８】
触媒担持体は、触媒の活性を安定化させ、活性種を分散させるために用いることができる。担持銀系触媒は、沈積酸化銀粒子を第２の金属の酸化物粒子と混合することによって調製できる。銀系触媒は、酸化物担体粒子のナノスケール又はミクロン・サイズの粒子上に担持された約１重量％から７０重量％までの銀及び／又は酸化銀粒子を含むことが好ましい。４０重量％の酸化銀／６０重量％の酸化セリウムの銀系触媒に関する一酸化炭素試験データを図７に示す。酸化セリウム粒子の平均サイズは約１ミクロンである。３％ＣＯ及び２１％Ｏ2（残りはアルゴン）の注入気体混合物を用いると、約１５０ｍｇの試料は、外部炉加熱なしに最大９０％のＣＯからＣＯ2への転化率を達成した。触媒材料の外部加熱がなければＣＯからＣＯ2への転化率は時間の経過とともに減少するが、触媒材料を外部加熱することによって触媒活性は回復する。試料温度を外部加熱により約１１０℃まで上昇させたとき、９０％より高いＣＯからＣＯ2への転化率が達成された。沈積生成物と比較して混合物の改善された活性は、混合物中の活性種（例えば銀）の分散による可能性がある。
【００４９】
表Ｉを参照すると、炉を加熱することなしに達成されたＣＯの最大転化率と、種々の組成を有する酸化セリウム担持銀系触媒に関する９０％の転化率が達成された試料温度とが示されている。
表Ｉ  担持銀系触媒に関する最大ＣＯ転化率及びＴ90データ
2008502343.tif 000002
【００５０】
酸化セリウム担持銀系触媒の活性はまた、触媒を手製シガレットに組み込むことによって評価した。銀系触媒を含まない対照シガレットと比較して、酸化セリウムに担持された２０及び４０重量％の沈積酸化銀を含む試料を４００ｍｇ添加すると、試験シガレットを通して吸い込まれる一酸化炭素の濃度が、それぞれ約４２％及び４５％減少した。ＣＯの濃度を低減することに加えて、実験用シガレットで試験したとき、銀系触媒はまた、試験シガレットを通して吸い込まれる全粒子状物質の濃度を、対照シガレットと比較して約３５％低減した。
【００５１】
銀系触媒は、隋意に１つ又はそれ以上の異なる酸化物担体を含むことができる。酸化セリウムに代えて、酸化物担体は、例えば酸化チタンを含むことができる。酸化チタンに担持された４０重量％の沈積酸化銀を含んだ４００ｍｇの試料は、試験シガレットを通して吸い込まれる一酸化炭素の濃度を約４２％低減した。
前述のように、金属酸化物担体に担持された銀は、蒸発堆積法によって作成することができる。好ましい実施形態においては、ＬＶＣＣ法は、プレス加工された粉末ターゲットを用いて担持銀系触媒を調製するために用いることができる。酸化セリウム中の５又は１０重量％の銀を含んだターゲットを使用した。ＬＶＣＣ法によって得られた銀系触媒の組成は、本明細書では、それが得られるターゲットの組成として定義される。ＬＶＣＣ法による銀系触媒は、酸化セリウムのナノスケール粒子の中及び／又は上に組み込まれた銀及び／又は酸化銀を含む。
【００５２】
ＬＶＣＣ法による銀系触媒の触媒活性は、図２に描かれる管状炉装置を用いて試験した。３％ＣＯ−２１％Ｏ2（残りはアルゴン）の気体流を用いた。図８に示されるように、１０重量％の銀／９０重量％の酸化セリウムを含む銀系触媒の２５ｍｇの試料に関して、ライト・オフ温度は、連続実行（Ａ〜Ｄ）に伴って約１９５℃から約８０℃まで低下し、４番目の実行において、ほぼ１００％のＣＯ転化率が約１００℃で達成される。５重量％の銀／９５重量％の酸化セリウムから成る銀系触媒を含んだ銀系触媒の２０ｍｇの試料は、図９に示されるように同様の結果を達成した。
触媒は、触媒の特性を変えるために熱処理することができる。例えば、タバコ・カット・フィラー、シガレット・ペーパー及びシガレット・フィルタ材料の少なくとも１つの中及び／又は上に銀系触媒を組み込む前に、銀系触媒の加熱（即ち、焼成）は、銀系触媒の触媒活性を高めるために行うことができる。シガレットの構成材料に組み込む前に焼成する場合には、銀系触媒は酸化雰囲気中で加熱することが好ましいが、還元及び／又は不活性雰囲気中で焼成を行うことも可能である。
【００５３】
ＬＶＣＣ法によって作成された酸化セリウム担持銀系触媒に対する熱処理の効果は、表ＩＩに要約されている。データは、２０％Ｏ2（残りはアルゴン）気体混合物中で予備熱処理された試料に関する第１の実行のライト・オフ温度（Ｔ5）、及び９５％ＣＯ転化率に対する第１の実行の温度（Ｔ95）を示す。試料の初期焼成なしに試験された銀系触媒に関する一酸化炭素転化率データを比較のために示す。ライト・オフ温度及び９５％ＣＯ転化温度は連続した実行の間に低下した。例えば、４番目の実行において、測定前熱処理を受けない５重量％及び１０重量％のＡｇ−ＣｅＯ2触媒のライト・オフ温度は、それぞれ９０℃及び８０℃まで低下した。これらのサンプルについて４番目の実行の９５％転化温度は、それぞれ約１６０℃及び１００℃であった。
表ＩＩ  銀系触媒の触媒活性に対する焼成の効果
2008502343.tif 000003
【００５４】
表ＩＩに示されるように、ＬＶＣＣ銀系触媒の予備熱処理はライト・オフ温度を顕著に低下させ、例えば、ライト・オフ温度は、少なくとも５０℃、１００℃、或いはそれより大きく低下させることができる。ＣｅＯ2担持銀系触媒は、高温でＣＯの酸化を促進する。
長期間の触媒活性は、前述のように石英ウール上に振りかけられて反応器内に置かれた５重量％銀−酸化セリウムを含むＬＶＣＣ法による銀系触媒を用いて測定した。炉に入れる前に試料を２０％Ｏ2（残りはアルゴン）中で３００℃において１２０分間焼成した。実験中、炉は１２５℃の温度に維持された。４時間の試験の間、触媒は９５％より高い転化効率を維持した。
【００５５】
銀系触媒は、様々な用途に用いることができる。例えば、触媒は、炭化水素を転化するために有効な量を炭化水素転化反応器に組み込むことができる。触媒は、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するために有効な量を乗物の排気ガス・システムに組み込むことができる。触媒はまた、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するために有効な量を自動車エンジンの常温始動における排出物の削減のために用いることができる。別の実施形態においては、触媒は、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するのに有効な量をレーザーに組み込むことができる。別の実施形態においては、触媒は、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化するために有効な量を燃料電池に組み込むことができる。さらに別の実施形態においては、触媒は、一酸化炭素及び／又は室内の揮発性有機化合物を転化するための空気フィルタに用いることができる。
【００５６】
本発明は、好ましい実施形態に関して説明されているが、当業者には明らかなように変形及び変更が可能であることを理解されたい。こうした変形及び変更は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の視野及び範囲内にあると見なされるべきである。
前述の参照文献の全ては、それぞれ個々の参照文献が、明確に且つ個別にその全体が引用により本明細書に組み込まれることが示されるのと同じ程度に、それらの全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】レーザー蒸発／制御凝縮による銀系触媒の合成のための装置の概略図を示す。
【図２】石英フロー型管状反応器の概略図を示す。
【図３】銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【図４】沈積酸化銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【図５】沈積酸化銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【図６】銀粒子と沈積酸化銀粒子との混合物を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2の転化率を示す。
【図７】酸化セリウム担持の酸化銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【図８】ＬＶＣＣ法によって調製された酸化セリウム担持の銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【図９】ＬＶＣＣ法によって調製された酸化セリウム担持の銀粒子を含む銀系触媒に関するＣＯからＣＯ2への転化率を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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