(57)【要約】  担体粒子に担持した金属酸化物を含む材料の製造方法であって、ａ）１つ以上の金属カチオンおよび（ｉ）界面活性剤、または（ｉｉ）親水性ポリマー、を含有する溶液を含む前駆体混合物であって、担体粒子をさらに含む前記前駆体混合物を調製する工程、およびｂ）上記（ａ）からの前駆体混合物を熱処理して界面活性剤または親水性ポリマーを除去し、ナノサイズ粒子を有する金属酸化物を形成させる工程を含み、工程（ｂ）で形成された金属酸化物の少なくとも一部が担体粒子に付着または担持され、金属酸化物が、担体粒子以外の供給源のみに由来する金属原子を含む酸化物マトリックスを有する方法。
2008540309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体粒子に担持した金属酸化物を含む材料の製造方法であって、
ａ）１つ以上の金属カチオンおよび
（ｉ）界面活性剤、または
（ｉｉ）親水性ポリマー、
を含有する溶液を含む前駆体混合物であって、担体粒子をさらに含む前記前駆体混合物を提供する工程と、
ｂ）上記（ａ）からの前記前駆体混合物を熱処理して前記界面活性剤または親水性ポリマーを除去し、ナノサイズ粒子を有する金属酸化物を形成させる工程と
を含み、工程（ｂ）で形成された前記金属酸化物の少なくとも一部が前記担体粒子に付着または担持され、前記金属酸化物が、前記担体粒子以外の供給源のみに由来する金属原子を含む酸化物マトリックスを有する、方法。
【請求項２】
前記金属酸化物が、前記金属カチオンのみに由来する金属原子を含む酸化物マトリックスを有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記担体粒子が、一般に前駆体混合物の他の成分に対して不活性または非反応性であり、金属酸化物相を形成する反応機構に関与しない、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記担体粒子が一般に等軸粒形状を有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記粒子が球状である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記担体粒子が一般に非等軸粒形状を有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記粒子が板もしくは板状物の形状であるか、または粒子が分岐形担体粒子である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記担体粒子が１０００ｎｍ以下の最大粒子径を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記担体粒子が約２０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲に入る最大粒子径を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記担体粒子が金属酸化物、混合金属酸化物、シリケート材料、炭素系材料、高分子材料、粘土材料、ゼオライト、層状複水酸化物材料およびそれらの混合物からなる群から選択される担体材料を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記材料が触媒材料である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記金属酸化物材料が単独で触媒活性を有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記材料が他の触媒材料を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記他の触媒材料が白金族金属、他の触媒活性金属からなる群から選択される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記金属酸化物材料が単一相金属酸化物材料、複合金属酸化物材料、または多相金属酸化物材料を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記担体粒子に付着または担持した金属酸化物材料が、実質的に１〜２５０ｎｍの範囲の粒子径を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記担体粒子に付着した金属酸化物材料が、金属酸化物材料の他の領域から分離されている小さな不連続領域の形状で付着している、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記１つ以上の金属カチオンを含有する溶液が、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａおよび６Ａ族、遷移金属、ランタノイドおよびアクチノイド、およびそれらの混合物から選択される金属カチオンを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記溶液が１つ以上の異なる金属カチオンを含有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記金属カチオンが、セリウム、ジルコニウム、アルミニウム、イットリウム、マグネシウム、チタニウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ストロンチウム、ニオブ、モリブデン、白金族金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｅを含む）、金、銀およびランタノイド系列金属の１つ以上から選択される、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記金属カチオン溶液が、所望の金属を含有する つまたは複数の塩と溶媒とを混合することにより調製される、請求項１記載の方法。
【請求項２２】
前記金属カチオン溶液が１つまたは複数の金属酸化物または１つまたは複数の金属と１つ以上の溶媒とを混合することにより調製される、請求項１記載の方法。
【請求項２３】
前記溶液が水、硝酸、塩酸、硫酸、フッ化水素酸、他の無機酸、アンモニア、アルコール、酢酸、ギ酸、他の有機酸およびそれらの混合物から選択される溶媒を含む、請求項１記載の方法。
【請求項２４】
工程（ｂ）の熱処理工程の前に前記前駆体混合物中に均一に担体粒子を分散させる、請求項１記載の方法。
【請求項２５】
前記担体粒子の分散を促進し、凝集を最小限にするｐＨを有する溶液に該担体粒子を分散させ、ついで該分散液と、前記触媒材料の１つ以上の前駆体を含有する溶液または混合物とを混合することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記担体粒子を分散させた後に前記界面活性剤または親水性ポリマーを添加する、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
本発明の工程（ｂ）が、最初に、前記溶解した金属カチオンが前記担体粒子と混合した固体前駆体相を形成し、ついで該固体前駆体相が前記担体粒子に担持または付着した１つまたは複数の複合金属酸化物相を形成するように前記混合物を処理することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項２８】
ミセル液を形成するのに十分な量で界面活性剤を添加する、請求項１記載の方法。
【請求項２９】
工程（ｂ）が、工程（ａ）からの前記混合物を高温に熱し、それにより前記担体粒子に付着または担持した金属酸化物相を形成させることを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記界面活性剤／液体混合物を処理してゲルを形成させる工程が工程（ｂ）に先行する、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
熱処理工程が混合物を２００℃〜１０００℃の高温で熱処理することを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
金属カチオン含有溶液および親水性ポリマーおよび前記担体粒子の混合物を調製し、ついで該混合物を熱処理して前記担体粒子に付着もしくは担持した金属酸化物を形成させることを含み、前記金属カチオン含有溶液が１つ以上の金属塩の水溶液である、請求項１記載の方法。
【請求項３３】
前記金属塩が塩化物、炭酸塩、水酸化物、イソプロポキシド、硝酸塩、酢酸塩、エポキシド、シュウ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記親水性ポリマーが、炭水化物（ショ糖デンプンおよびセルロース）および炭水化物誘導体などの親水性有機材料、エチレンオキシド、２−ヒドロキシエチレンメタクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレート、アクリルアミド、およびｎ−ビニルピロリドンの親水性ホモポリマーおよびコポリマー、ポリウレタン、ポリウレタン−アクリル酸およびポリウレタン−メタクリル酸コポリマーならびに相互侵入高分子網目などの親水性ポリマー、および動物性タンパク質ゼラチンから誘導されるタンパク質、ならびにそれらの混合物から選択される、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
多孔性複合金属酸化物を形成させるために細孔形成材料を前記混合物に添加する、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の製造方法に関する。本発明は、特に金属酸化物材料を担体に担持した材料の製造方法に関する。該金属酸化物材料は触媒活性を有することができる。
【背景技術】
【０００２】
触媒は、多くの産業で広く使用されている。触媒を利用する産業の例には、石油精製（特に分解および改質）、自動車製造（特に三元触媒などの排ガス触媒）、プラスチック製造、合成ガス製造、化学合成処理機、吸着および燃料電池製造が含まれる。
【０００３】
担持触媒として知られるタイプのものには、広範囲の触媒がある。これらの触媒において、触媒材料は担体基板（ｓｕｐｐｏｒｔ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に担持されている。担体は、粉末、粒子またはモノリス状であることができる。担体基板は、通常、触媒が使用される条件に耐えることができる基板を基礎として選択される。触媒が使用される条件には、高温、高圧、および攻撃的な化学環境の１以上が含まれることが認められるであろう。担体基板は比較的不活性なものであってもよく、それ自体触媒活性を有するものであってもよい。担持触媒はまた、担体基板に担持した触媒材料を含む。
【０００４】
担持触媒の触媒活性は、主に、
（ａ）担体材料に担持した特定の触媒材料の特定の触媒活性、
（ｂ）担体材料に担持した触媒材料の量、および
（ｃ）担体材料に担持した触媒材料の表面積、
によって決まる。
【０００５】
上記（ａ）に関しては、特定の反応に関して、中にはより優れた触媒活性（またはより優れた触媒効果）を示す触媒材料もあることが知られている。例えば、貴金属は、自動車の排ガスの酸化を触媒するのに有効であることが知られている。
上記（ｂ）に関しては、担体材料に担持した触媒材料の担持量を増すことにより、他と場合と同様に、反応を触媒するために利用できる触媒材料の量は増える。同様に、上記（ｃ）に関しては、触媒反応に関与するものは、触媒材料の表面なので、触媒材料の表面積の増加により反応速度の増加がもたらされる。
【０００６】
従って、特定の用途のための最良の担持触媒は、できるだけ高い担持量で、最も多い表面積を示す担体材料に担持した、最大触媒活性触媒材料を有することが求められる。しかしながら、実際には、多くの他の要素もまた考慮に入れなければならない。例えば、特定の用途のための最大触媒活性材料は、非常に高価である可能性がある。該担持触媒の製造は困難であるか、または時間と共に劣化する（すなわちその触媒活性を失う）可能性がある。触媒性能の劣化は、触媒材料の被毒、担体からの触媒材料の損失（浸出、浸蝕または磨耗などによる）または高温での触媒材料の拡散および成長による表面積の損失によって生じる可能性がある。
【０００７】
多くの研究者が、改良された触媒を作り出すことを試みてきた。このうちいくつかを以下に説明する。
Ｓｔｕｒｍａｎｎらへの米国特許第６，７０６，９０２号（Ｂａｙｅｒ ＡＧに譲渡された）は、ＳｉＨ含有担体材料に担持したナノスケール貴金属粒子の製造を記載している。これらの触媒は、プロペンの酸化のような炭化水素の触媒酸化に有用であると記載されている。
【０００８】
Ｓｔｕｒｍａｎｎらにより記載されている触媒は、貴金属粒子の５０％以上がｌ０ｎｍ未満の直径を有する形態で存在する貴金属粒子を有する。これに関しては、Ｓｔｕｒｍａｎｎらは、通常１０ｎｍ未満の金粒子のみが触媒活性を有する述べている（Ｓｔｕｒｍａｎｎらは金が好ましい貴金属であると記載している）。Ｓｔｕｒｍａｎｎらの触媒を製造するために、ＳｉＨ基を有する担体材料が、２時間未満の時間範囲で貴金属化合物および／または貴金属粒子の少なくとも１つと接触させられる。担体材料は、噴霧乾燥または流動層乾燥を用いてただちに乾燥される。
【０００９】
Ｓｔｕｒｍａｎｎらは、ＳｉＨを含まない担体材料を用いて、低ナノスケール域の金属粒子および／または金属酸化物粒子を調製するのにこのプロセスを好都合に使用することもできると短く述べているが、この記載に関して担体は何も試験されていない。実際、Ｓｔｕｒｍａｎｎらの請求項１は、ＳｉＨ−基を含有するかなり複雑な担体組成物に限定されている。
【００１０】
Ｓｔｕｒｍａｎｎらの触媒の好ましい用途は、水素の存在下での炭化水素と酸素の気相反応における用途である。この場合、オレフィンからエポキシドが、飽和第二級炭化水素からケトンが、そして飽和第三級炭化水素からアルコールが選択的に合成される。
【００１１】
Ｚｈｏｕらによる米国特許第６，７４６，５９７号（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．に譲渡された）は、ナノメーターサイズの触媒粒子の暴露面が主に（１１１）タイプの結晶面を含む、担持した貴金属のナノメーターサイズ触媒結晶粒子組成物を記載している。
【００１２】
Ｚｈｏｕらは、触媒の活性成分が金属であり、多くの場合担体材料に付着した不均一系触媒を用いて多数の化学変換が達成されることを述べている。触媒の重要な種類には、銀、金およびレニウムばかりでなく白金族金属（白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびオスミウム）を含む貴金属を利用するものがある。他の触媒材料と比較して、貴金属はしばしば大変高い活性および選択性を有し、従って、他の触媒材料よりも好ましいことが多い。
【００１３】
水素の解離吸着、表面反応および再結合／脱離を促進する能力があるため、貴金属は、特に水素の転移、反応または活性化を含む広範囲の商業的に重要な反応を触媒することができる。これらの反応および関連するプロセスは、メタン化、カルボニル化、ヒドロホルミル化、還元的アルキル化、アミノ化、ヒドロシリル化、アンモニア合成、オイルもしくは油脂固化などの種々の水素化を含む。貴金属触媒は、触媒改質などの脱水素反応、脱ハロゲン化水素反応、蒸気改質、部分酸化および、合成ガス、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などを含むガスの製造に特に有用である。貴金属はまた、燃料電池への応用などの重要な電気化学プロセスに使用することもできる。
【００１４】
触媒化学プロセスにおいて広範な効果を有するにもかかわらず、貴金属触媒は、商業的な化学反応のための選択触媒としては重大な不都合を有するとＺｈｏｕらは述べている。貴金属は著しくコスト高であり、所定の化学プロセスにおける高い触媒磨耗速度により、そのプロセスのための好ましい触媒としての貴金属の選択が否認される恐れがある。Ｚｈｏｕらによれば、貴金属のコスト高は、その使用を正当化するためには、貴金属の優れた触媒活性が他の触媒を選択した場合と比較して十分に高いことを必要とする。コスト不利を改善するために、当業者は、触媒の総合効率が改良された小粒子で貴金属触媒を使用することができる。このことにより、所定の担持量に対して活性貴金属表面積が最大に暴露され、貴金属が最大に利用される。しかしながら、小粒子の高い表面エネルギーにより、金属粒子の移動と凝集が起こる傾向があり、最初は大変小さな粒子と大きい貴金属表面積を有している触媒の表面積が減少する恐れがある。Ｚｈｏｕらは、改良された方法には、触媒粒子のこの移動と凝集を防ぐ必要があると述べている。
【００１５】
Ｚｈｏｕらは、触媒粒子の結晶面上に多数の（１１１）タイプの結晶相を含有する、担持したナノメートルサイズの貴金属粒子が特に有効な触媒であることを見出した。貴金属触媒のための担体材料は、好ましくは多孔性アルミナまたはカーボンブラックなどの多孔材料である。Ｚｈｏｕらに記載された発明の粒子は、好ましくは、５ナノメートル未満、より好ましくは２ナノメートル未満の貴金属粒子を含む。Ｚｈｏｕらの発明の重要な態様には、選択反応に有用な貴金属粒子の最も有効な結晶相は、（１１１）タイプの結晶相の顕著な暴露を示すという発見がある。Ｚｈｏｕらの発明のさらに他の重要な態様には、ナノメートルサイズの貴金属粒子は、貴金属粒子の後の移動と凝集を防ぐように担体基板の表面に固定されているという発見がある。従って、Ｚｈｏｕらの触媒は、他の触媒より優れた以下の点を含む：
（ａ）貴金属表面上に主に（１１１）タイプの結晶相の選択的暴露を含有する非常に小さい晶子の貴金属表面積の増加から導かれるより高い活性、
（ｂ）貴金属結晶面上の（１１１）タイプの結晶相の選択的暴露によるより高い選択性、
（ｃ）貴金属晶子の固定による改良された触媒の安定性および寿命。晶子の基板表面への強い固定により、触媒の高い活性を消失させかねない大きな構造体に金属粒子が凝集することが妨げられる。さらにまた、強い固定により、触媒の使用中に周囲の液体媒体中に活性金属成分が磨耗することが実質的に妨げられる。
【００１６】
Ｚｈｏｕらの触媒を生成するために、貴金属塩および有機金属金属イオン封鎖剤の溶液を調製する。この溶液を還元剤で処理する。ついで触媒担体を、還元した貴金属溶液で含侵させ、含侵させた担体を乾燥する。乾燥した含侵させた担体を還元して、貴金属粒子の表面に多数の（１１１）タイプの結晶相を有するナノメートルサイズの貴金属触媒を得ることにより触媒が活性化される。このプロセスには、Ｚｈｏｕらに記載されているようにして、基板に貴金属晶子を強く固定する必要があると思われる。
【００１７】
貴金属粒子は、炭素もしくは無機金属酸化物担体、ミネラル、ポリマー材料などに付着されるとＺｈｏｕらは述べている。貴金属触媒担体の例には、活性炭、カーボンブラック、フッ素化炭素、アルミナ、ベントナイト、粘土、珪藻土、ゼオライト、シリカ、ジルコニア、マグネシア、チタニアなど、ならびにそれらの混合物がある。担体は、好ましくは２０ｍ2／ｇより大きいの表面積を有する多孔材料であると述べられている。不均一系触媒に有用な担体として役に立つことができる材料は、いずれもＺｈｏｕらの触媒の担体材料として使用できる。
【００１８】
Ｆｅｔｃｅｎｋｏらへの米国特許第６，８４１，５１２号（Ｏｖｏｎｉｃ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．に譲渡された）は、触媒材料を製造するための安価な方法ばかりでなく、安価な触媒材料、特に非白金および非パラジウム触媒材料を記載している。該触媒は、燃料電池として、特に燃料電池の陽極における水素消費を促進するために有用であると記載されている。
【００１９】
Ｆｅｔｃｅｎｋｏらに記載された触媒は、約１００オングストローム未満（約１０ｎｍ未満）の粒子径を有する金属粒子、および担体を含む。粒子は、担体表面に付着していることができる。あるいはまた、粒子は部分的または完全に担体に埋め込まれることができる。金属粒子は複数個の金属粒子である。触媒金属粒子は特定の形状に限定されず、規則的な形状であっても、不規則な形状であってもよい。粒子の形状（金属粒子に関して）の例は、球状、細長い、糸状、および「スポンジ状」を含む。
【００２０】
Ｆｅｔｃｅｎｋｏらは、互いに近接近しているため、粒子が高密度を有し、従って高密度の触媒活性を有する金属粒子を有する、発明の特定の実施形態を記載している。粒子は、好ましくは約２〜約３００オングストローム、より好ましくは５０〜約１００オングストロームの平均近接距離を有することができる。
【００２１】
Ｆｅｔｃｅｎｋｏらは、一般に、適切に分散した粒子を担持および提供することができる、当該技術分野で公知の任意の担体を使用できると述べている。担体は、１つ以上の無機酸化物、ゼオライト、微細粒酸化物、粗粒酸化物もしくは微細粒および粗粒酸化物の混合物、塩化物などのハロゲン化物、リン化物、または窒化物として記載されている。
【００２２】
Ｆｅｔｃｅｎｋｏらは、広範囲の可能な担体を記載しているが、Ｆｅｔｃｅｎｋｏらに記載されている唯一の触媒製造方法は、水素吸蔵合金を調製し、合金のバルクがその同等の金属酸化物に変換されるようにその合金をリーチングすることを含む。しかしながら、リーチング液による酸化に抵抗力のある合金の部分は金属粒子として残り、１００オングストローム未満の金属粒径を形成するのはこれらの金属粒子である。従って、最初に適切な組成を有する水素吸蔵合金材料を配合し、ついでこの合金を適切なリーチング条件（すなわちリーチング時間ならびにリーチング材料の温度およびｐＨ）を有するリーチングプロセスにかけることにより、全出発合金が実質的に酸化されて、酸化物担体に埋め込まれたニッケルおよび／またはニッケル合金粒子を含む高い触媒活性を有する材料を製造することができることをＦｅｔｃｅｎｋｏらは述べている。
【００２３】
Ｍａｏらへの米国特許出願公開第２００５／０００９６９６号（３Ｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｏｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙへ譲渡された）は、比較的高い担持率で担体粒子に付着した非常に小さな触媒ナノ粒子を有する担持触媒を記載している。より具体的には、Ｍａｏらの担持触媒は、平均粒子径３．０ｎｍ以下の担体粒子に担持した触媒金属ナノ粒子を含み、担持触媒における触媒金属ナノ粒子の重量は、担持触媒の重量の３０％以上である。Ｍａｏらによれば、該発明は、比較的高い担持率で担体粒子に付着した非常に小さな触媒ナノ粒子を有する担持触媒、および保護されていない触媒ナノ粒子を担体粒子に付着させることによるこのような担持触媒の製造方法を提供する。Ｍａｏらによれば、「保護されていない」は、有機または水性溶媒における金属ナノ粒子コロイドが、界面活性剤、ポリマー、または有機リガンドなどの保護剤を用いずに、弱配位性または非配位性溶媒中に分散されていることを意味する。
【００２４】
Ｍａｏらは、任意の適切な触媒金属を使用することができると述べている。典型的な触媒金属は、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、モリブデン、タングステン、鉄、ニッケルおよびスズから選択される。任意の適切な担体粒子を使用することができる。典型的な担体粒子は炭素であるが、シリカまたは他の多孔材料であることもできる。
【００２５】
Ｍａｏらによれば、担持した貴金属触媒の従来の製造方法では、粒子径を同時に増大させなければ、通常高い担持量をもたらすことができない。粒子径の増大により、利用できる表面積が減少することから、触媒の有用性が限定される。典型的な慣用法は、多孔質炭素またはモレキュラーシーブ材料などの担体の存在下での、還元剤を用いる貴金属塩の直接還元を含む。
【００２６】
Ｍａｏらにより記載されている触媒の製造方法は、少なくとも１つポリアルコールを含む溶媒系中に１つ以上の触媒金属の金属塩化物溶液を提供する工程、溶液のｐＨを上げ、溶液を熱処理することにより保護されていない触媒金属ナノ粒子のコロイド懸濁液を生成する工程、コロイド懸濁液に担体粒子を添加する工程、および懸濁液のｐＨを低下（通常ｐＨ６．５以下）させることにより、担体粒子に保護されていない触媒金属ナノ粒子を付着させる工程を含む。
Ｍａｏらにより記載されている触媒は、燃料電池などの電気化学セルに有用であると述べられている。
【００２７】
Ｄｅｅｖｉらへの米国特許第６，８５７，４３１号（Ｐｈｉｌｉｐ Ｍｏｒｒｉｓ ＵＳＡ Ｉｎｃ．に譲渡された）は、低温または周囲温度付近での一酸化炭素の酸化、一酸化窒素の還元および／または炭化水素の変換のためのナノコンポジット銅・セリア触媒を記載している。Ｄｅｅｖｉらは、２，４−ペンタンジオナト銅の水性懸濁液にセリアナノ粒子を混合してスラリーを生成するナノコンポジット銅・セリア触媒の製造方法を記載している。スラリーを、２，４−ペンタンジオナト銅が分解して銅ナノ粒子および／または酸化銅ナノ粒子を生成するのに十分な温度と時間で酸素−アルゴン雰囲気下の不活性気体雰囲気下で加熱し、セリアナノ粒子と混合する。ついでこうして生成した生成物を３００〜４００℃の温度で熱処理することができる。
【００２８】
こうして製造されたナノコンポジット銅・セリア触媒は、セリアナノ粒子と混合した酸化銅ナノ粒子、銅ナノ粒子またはそれらの混合物を含む。ナノコンポジット銅・セリア触媒の粒径は、約５００ｎｍ未満、好ましくは約１００ｎｍ未満、より好ましくは約１０ｎｍ未満、最も好ましくは約５ｎｍ未満であることができる。
【００２９】
ナノコンポジット銅・セリア触媒は触媒担体に担持されることができる。触媒担体の例は、アルミニウム、アルミナ、チタニウム、チタニア、ジルコニア、マグネシア、シリカ、シリカゲル、活性炭、炭素繊維、炭素フォーム、および／またはそれらの混合物を含む。ナノコンポジット銅・セリア触媒は、触媒担体に付着されるか、または触媒担体粒子に混合されることができる。
【００３０】
Ｄｅｅｖｉらに記載されている触媒粒子は、タバコなどの喫煙具において特に有用であると述べられている。特に、触媒粒子をフィルターに混合するか、または濾紙に混入するか、またはタバコフィルター部分の線維材料に組み込むことができる。
【００３１】
Ｗｉｌｌｉａｍ Ｍａｒｓｈ Ｒｉｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙにより出願された国際出願第ＷＯ２００５／００２７１４号は、多孔質触媒の製造方法を記載している。該方法は、ナノ粒子前駆体を含有する水溶液を調製し、ナノ粒子を含有する組成物を調製し、ナノ粒子を含有する組成物に第１の触媒成分もしくはその前駆体および細孔形成剤を加え、第１の触媒成分、細孔形成剤、およびナノ粒子から有機無機複合体を形成させ、有機無機複合体から水を除去し、多孔質触媒を得るために有機無機複合体から細孔形成剤を除去することを含む。
【００３２】
好ましい実施形態において、金属酸化物前駆体は、界面活性剤を含有する溶液中の金属酸化物担体ナノ粒子と混合される。界面活性剤は金属酸化物粒子のテンプレートとして役に立ち、次には前駆体塩種の自己組織化層を担持して所望の金属酸化物層にする。ナノ粒子、金属塩前駆体および界面活性剤の自己組織化の後、焼成により塩種は金属酸化物層に変換され、界面活性剤は除去されて多孔構造が残される。
【００３３】
この特許出願のプロセスは、３つの成分間で自己組織化を生じさせるために、協同的静電および水素結合相互作用を伴うと考えられる触媒系の超分子テンプレート合成に基づく。この方法は、微晶質というよりはむしろ非晶質である金属酸化物の層を形成させる。この方法はまた、成分の自己テンプレートを生じさせるエージング工程を必要とする。この特許の実施例は、エージング工程中に沈殿物が形成されることを示しており、この沈殿物は洗浄され、乾燥され、微粉に粉砕され、焼成される。孔径は、界面活性剤ミセルの直径により主に確定されるので、生成物における孔径分布が非常に鋭いということが、このような自己組織化法の成果の１つである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
担持触媒を調製する場合、担体粒子に担持した触媒活性種を適切に分散させることが困難な場合がある。触媒活性種が、複合金属酸化物、または他の触媒活性種（白金族金属など）を含む金属酸化物を含む場合、このことは特に問題を含む可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
第１の態様において、本発明は、担体粒子に担持した金属酸化物を含む材料の製造方法であって、
ａ）１つ以上の金属カチオンおよび
（ｉ）界面活性剤、または
（ｉｉ）親水性ポリマー、
を含有する溶液を含む前駆体混合物であって、担体粒子をさらに含む前記前駆体混合物を提供する工程、および
ｂ）上記（ａ）からの前駆体混合物を熱処理して界面活性剤または親水性ポリマーを除去し、ナノサイズ粒子を有する金属酸化物を形成させる工程
を含み、工程（ｂ）で形成された金属酸化物の少なくとも一部が担体粒子に付着または担持され、金属酸化物が、担体粒子以外の供給源のみに由来する金属原子を含む酸化物マトリックスを有する前記製造方法を提供する。
【００３６】
適切には、金属酸化物は、金属カチオンのみに由来する金属原子を含む酸化物マトリックスを有する。
担体粒子の表面と担体粒子に担持した金属酸化物領域との間に中間層が存在することは理解されるであろう。この中間層は金属酸化物マトリックスの一部を形成するとみなしてはならない。従って、たとえ中間層が担体粒子および金属カチオンの両方からの金属原子を含有する可能性があっても、中間層における担体粒子からもたらされた原子は金属酸化物マトリックスの一部を形成しない。
【００３７】
担体粒子は、一般に前駆体混合物の他の成分に対して不活性または非反応性であり、金属酸化物相を形成する反応機構に関与しない。
担体粒子は一般に等軸粒形状を有することができる。他の実施形態において、非等軸担体粒子を使用することができる。該粒子は球状であることができる。あるいはまた、該粒子は板もしくは板状物の形状であることができる。他の形状の担体粒子もまた使用できる。さらなる実施形態において、分岐形担体粒子を使用することができる。
【００３８】
担体粒子は、適切には１０００ｎｍ以下の最大粒子径を有する。より適切には、担体粒子は約２０ｎｍ〜約５００ｎｍ、より好ましくは約２０ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲に入る最大粒子径を有する。しかしながら、担体粒子は、本発明の範囲を逸脱することなくこれらのサイズより大きい最大粒子径を有する一部の粒子を含むことができることは理解されるであろう。
【００３９】
担体粒子は任意の適切な担体材料を含むことができる。適切な担体材料の例は、金属酸化物、混合金属酸化物、シリケート材料、炭素系材料、ポリマー材料、粘土材料、ゼオライト、層状複水酸化物材料などを含む。適切な担体材料の例には、アルミナ、水酸化アルミニウム、チタニア、ジルコニア、セリア、マグネシア、上記の金属酸化物の２つ以上を含む混合金属酸化物、天然ゼオライト、合成ゼオライト、ベントナイト、モンモリロナイト、珪藻土、カーボンブラック、活性炭などが含まれる。このリストは網羅的でないことが理解されるであろう。担体粒子の前駆体は出発材料として使用できる。
【００４０】
担体材料は、触媒の使用中に触媒が暴露される条件に対して適切に耐えることができる。例えば、担体材料は高温、高圧または反応性化学環境の１つ以上に対して耐えることができなければならない。最も適切な担体材料は使用中その物理的化学的保全性を維持するばかりでなく、使用中に安定な形態をも示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
一部の実施形態において、材料は触媒または触媒材料であることができる。触媒材料は、任意の適切な公知の触媒金属酸化物材料を含むことができる。金属酸化物材料は単独で触媒活性を有することができるが、他の触媒材料を含むこともできる。他の触媒材料は、例えば、白金族金属または銅、ニッケルおよびコバルトなどの他の触媒活性金属であることができ、実際、任意の他の触媒材料であることもできる。金属酸化物材料は、単一相金属酸化物材料、複合金属酸化物材料、多相金属酸化物材料であることができる。金属酸化物材料は、触媒活性金属の酸化物、混合金属酸化物、複合金属酸化物、ペロブスカイトなど、およびそれらの混合物を含むことができる。このリストは網羅的ではなく、本発明は任意の適切な触媒活性金属酸化物材料を含むことが理解されるであろう。
【００４２】
触媒材料は２つ以上の触媒材料を含むことができる。例えば、触媒材料は白金族金属の粒子または領域および金属酸化物または混合酸化物の粒子を含むことができる。触媒材料はまた、他のタイプの触媒材料を担持しているあるタイプの触媒材料を含むことができる。例えば、担体材料は混合金属酸化物の領域を担持でき、同様に混合金属酸化物は１つ以上の白金族金属を担持できる。他の触媒材料もまた存在する場合、これらの触媒材料またはそれらの前駆体を前駆体混合物に添加することができる。あるいはまた、これらの触媒材料またはそれらの前駆体を金属酸化物が形成された後に触媒に添加することができる。
【００４３】
一部の実施形態において、触媒材料は１つ以上の複合金属酸化物を含むことができる。本発明の触媒材料として混和することができる一部の適切な金属酸化物は、金属種が金属酸化物マトリックス中に均一に混合した複合酸化物を含む。複合金属酸化物相はペロブスカイトであることができる。その結晶構造は、鉱物「灰チタン石」（化学式ＣａＴｉＯ3）の結晶構造である。ＳｒＴｉＯ3、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体、ならびに触媒および固体酸化物形燃料電池の電極として有用な多くのＬａ系ペロブスカイトを含む、ペロブスカイト型結晶構造を有する多くの異なる化合物がある。Ｌａ系ペロブスカイトはＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3、ＬａＦｅＯ3、およびＬａＧａＯ3を含む。
【００４４】
所望の物理的性質を得るために、酸化物格子に異なる元素で種々の置換を行うことができる。例えばペロブスカイトに関しては、Ａ部位（例えばＬａＭｎＯ3においてＬａの代わりにＳｒ）および／またはＢ部位（例えばＬａＭｎＯ3においてＭｎの代わりにＮｉ）で置換することができる。特定用途のためのオーダーメードの物理的性質をさらに得るために、一方または両方の部位で複数の元素置換を行うことができる。例えば、ペロブスカイト組成物（Ｌｎ0.2Ｌａ0.4Ｎｄ0.2Ｃａ0.2）（Ｍｎ0.9Ｍｇ0.1）Ｏ3（式中ＬｎはおおよそＬａ0.598Ｎｄ0.184Ｐｒ0.81Ｃｅ0.131Ｃａ0.002Ｓｒ0.004である）は、固体酸化物形燃料電池電極として有用であるとして米国特許第５，９３２，１４６号に記載されている。
【００４５】
複合酸化物材料は、一般式：
Ａ1-XＢXＭＯ3
（式中、
Ａはランタノイド元素の混合物であり、
Ｂは二価または一価のカチオンであり、
Ｍは、２２〜３２、４０〜５１、および７３〜８３の原子番号の元素からなる群から選択される元素または元素の混合物であり、そして
ｘは０．１≦ｘ≦０．５の範囲の数である）
で表される酸化物組成を含むことができる。
【００４６】
本発明の触媒材料として使用できる金属酸化物の他の系には、セリウムを含む金属酸化物がある。セリウムおよびジルコニウム含有酸化物は、自動車触媒として特に有用である。これらの酸化物は、ＣｅaＺｒbＸcＯd（式中、Ｘは原子番号２２〜３２、４０〜５１、および７３〜８３の元素から成る群から選択される元素または元素の混合物である）で表すことができる。
【００４７】
担体粒子に付着または担持した金属酸化物材料は、適切には、実質的に１〜２５０ｎｍの範囲の粒子径を有する。好ましくは、粒子径は、１〜１００ｎｍ、より好ましくは１〜５０ｎｍ、より好ましくは１〜２０ｎｍ、よりさらに好ましくは２〜１０ｎｍ、最も好ましくは２〜８ｎｍの範囲に入る。担体粒子に付着した金属酸化物材料は、好ましくは、金属酸化物材料の他の領域から分離されている、小さい不連続領域の形状で付着している。
【００４８】
本発明記載の材料は、５００℃で２時間処理した後、２〜２００ｎｍの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．５０〜２．１０ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．７５〜１．５０ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは０．８５〜１．２５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。本触媒は、５００℃で２時間処理した後、１０〜２００ｎｍの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．４６〜１．８４ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．６９〜１．３８ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは０．７８〜１．１５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。本触媒は、５００℃で２時間処理した後、５０〜２００ｎｍの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．２０〜０．８ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．３〜０．６ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは０．３４〜０．５ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。
【００４９】
本材料は、１０００℃で２時間処理した後、２〜２００ｎｍの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．４７〜１．９０ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．７１〜１．４３ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは細孔容積、よりさらに好ましくは０．８０〜１．１９ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。本材料は、１０００℃で２時間処理した後、１０〜２００ｃｍ3／ｇの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．４５〜１８２ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．６８〜１．３７ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは０．７７〜１．１４ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。本材料は、１０００℃で２時間処理した後、５０〜２００ｎｍの範囲に入る直径を有する細孔に関して、０．１５〜０．６ｃｍ3／ｇ、より好ましくは０．２２〜０．４５ｃｍ3／ｇ、よりさらに好ましくは０．２５〜０．３８ｃｍ3／ｇの細孔容積を有することができる。
【００５０】
本発明のプロセスの工程（ａ）は、１つ以上の金属カチオンを含有する溶液の調製を含む。金属酸化物相に求められる組成に従って、金属カチオンが選択される。１つ以上の金属カチオンの溶液は、好ましくは濃厚溶液である。本発明者らは、現在、最も高い収率で生成物を得るためには、高濃度に溶解した金属が好ましいと考えている。
【００５１】
非常に多くの金属カチオンを本発明に使用できる。例として、周期表の１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａおよび６Ａ族、遷移金属、ランタノイドおよびアクチノイド、およびそれらの混合物からの金属が挙げられる。このリストは網羅的であると考えてはならない。混合物は１つ以上の異なる金属カチオンを含有することができる。本発明における使用に適した金属の一部の例は、セリウム、ジルコニウム、アルミニウム、イットリウム、マグネシウム、チタニウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ストロンチウム、ニオブ、モリブデン、白金族金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｅを含む）、金、銀およびランタノイド系列金属を含む。本発明が、金属のこのリストのみに限定されると考えてはならないことは理解されるであろう。
【００５２】
金属カチオン溶液は、所望の金属を含有する１つまたは複数の塩と溶媒とを混合することにより適切に生成される。特定の溶媒に可溶性の任意の塩を使用することができる。金属カチオン溶液はまた、１つまたは複数の金属酸化物または１つまたは複数の金属と適切な溶媒とを混合することにより生成できる。
【００５３】
金属カチオン溶液を調製するために、多くの溶媒を使用できる。溶媒は好ましくは水性溶媒である。適切な溶媒の例は、水、硝酸、塩酸、硫酸、フッ化水素酸、他の無機酸、アンモニア、アルコール、酢酸、ギ酸、他の有機酸およびそれらの混合物を含む。このリストは網羅的と考えるべきではなく、本発明はすべての適切な溶媒の使用を含むことが考慮されなければならない。
【００５４】
工程（ｂ）の熱処理工程の前に前駆体混合物中に担体粒子を均一に分散させることが好ましい。その際、工程（ａ）で生成される前駆体混合物が粒子材料中に分散されるために適切に処理することができる。液体中に粒子を分散させるための多くの技術が知られている。適切な混合法と共に、溶液特性（例えばｐＨ、温度、特定の分散剤の添加）の調節により分散を達成することができる。高速インペラー、フローミキサー、ロールミルおよび超音波ミキサーを含む任意の適切な既知の混合装置を用いて混合を達成することができる。溶液を調製した後に、担体粒子を分散させることができる。あるいはまた、溶質を添加して溶液を調製する前に、粒子材料を可溶性の金属化合物と混合することができる。さらなる代替法として、粒子を水または他の溶液に分散させ、ついで金属塩または金属カチオン溶液を粒子分散液に添加することができる。
【００５５】
本方法は、担体粒子の分散を促進し、凝集を最小限にするｐＨを有する溶液に担体粒子を分散させ、ついで該分散液と、触媒材料の１つ以上の前駆体を含有する溶液または混合物とを混合することを含むことができる。担体粒子を分散させる溶液のｐＨは、溶液中に分散させる粒子のタイプに依存する。担体粒子は、使用する調製条件により悪影響を及ぼされてはならないことは理解されるであろう。例えば、担体粒子は、使用するｐＨ条件下で不適切に溶解されるべきではない（すなわち、言い換えれば、担体粒子の溶解が最小になるようにｐＨ条件が選択されなければならない）。触媒材料の１つ以上の前駆体と混合する前に溶液に担体粒子を分散させる工程は、担体粒子の凝集のより少ない担体粒子に担持したより優れた分布をもたらす結果につながることを本発明者らは見いだした。
【００５６】
任意の適切な段階で、界面活性剤または親水性ポリマーを添加することができる。好ましくは、担体粒子を分散させた後に界面活性剤または親水性ポリマーを添加する。
一部の実施形態において、本発明の工程（ｂ）は、最初に、溶解した金属カチオンが担体粒子と混合した固体前駆体相を形成するように混合物を処理することを含む。ついで固体前駆体相は担体粒子に担持または付着した１つまたは複数の複合金属酸化物相を形成する。
【００５７】
工程（ｂ）における熱処理工程は、金属酸化物の形成をもたらす任意の熱処理を含む。熱処理工程は、例えば、２００℃〜１０００℃、好ましくは３００℃〜９００℃の高温で熱処理することを含む。実際の温度および加熱時間は、形成される特定の酸化物に若干影響を受ける。当業者は、特定の金属酸化物を形成させるために必要な、所要の温度および加熱時間を容易に確かめることができるであろう。
【００５８】
本発明の方法は、我々の国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ０１／０１５１０に記載されているプロセスを用いる使用に特に適している。その内容の全体は参照により本明細書に包含される。該プロセスにおいて、ミセル液を形成するのに十分な量で界面活性剤を適切に添加する。
【００５９】
界面活性剤分子が凝集してミセルを形成するのに十分な量で界面活性剤を添加するとき、ミセル液が形成される。ミセル液において、ミセルは顕著な秩序度を示さないため、該液体の粘度は、より秩序度の高い液晶相（通常はゲル状）よりも通常ずっと低い。従って、液晶とは対照的に、ミセル液の使用により、溶液と界面活性剤の簡単、迅速かつ徹底的な混合が可能となる。これは商業生産にとって重要である。一部の実施形態において、溶液と混合する界面活性剤の量は、ミセルが密集したミセル液を形成するのに十分な量である。ミセル液を形成する条件は、使用する特定の界面活性剤によって左右される。実際、調節することが必要な主な変数は、添加する界面活性剤の量および温度である。ある界面活性剤のためには、温度を上げることが必要であり、一方、他の界面活性剤のためには、室温以下の温度が必要とされる。
【００６０】
ミセルを形成することができる任意の界面活性剤を本発明に使用できる。非イオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤および両性イオン界面活性剤を含む多数の界面活性剤を本発明に使用できる。一部の例は、Ｂｒｉｊ（Ｃ16Ｈ33（ＯＣＨ2ＣＨ2）2ＯＨ、名称Ｃ16ＥＯ2）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ３０（Ｃ12ＥＯ4）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ５６（Ｃ16ＥＯ10）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ５８（Ｃ16ＥＯ20）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ７６（Ｃ18ＥＯ10）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ７８（Ｃ16ＥＯ20）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ９７（Ｃ18Ｈ35ＥＯ10）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｂｒｉｊ３５（Ｃ12ＥＯ23）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；トリトンＸ−１００（ＣＨ3Ｃ（ＣＨ3）2ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ2ＣＨ2）xＯＨ、ｘ＝１０（ａｖ））（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；トリトンＸ−１１４（ＣＨ3Ｃ（ＣＨ3）2ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）2Ｃ6Ｈ4（ＯＣＨ）2ＣＨ2）5ＯＨ）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｔｗｅｅｎ２０（ポリエチレンオキシド）（２０）（ソルビタンモノカイラート）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｔｗｅｅｎ４０（ポリ（エチレンオキシド）（２０）、ソルビタンモノパルミタート（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｔｗｅｅｎ６０（ポリ（エチレンオキシド）（２０）、モノステアリン酸ソルビタン）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｔｗｅｅｎ（ポリ（エチレンオキシド）（２０）、モノオレイン酸ソルビタン）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；およびＳｐａｎ４０（ソルビタンモノパルミタート）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；Ｔｅｒｉｔａｌ  ＴＭＮ６（ＣＨ3ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）（ＯＣＨ2ＣＨ2）6ＯＨ）（Ｆｕｌｋａ社）；Ｔｅｒｇｉｔａｌ  ＴＭＮ１０（ＣＨ3ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）（ＯＣＨ2ＣＨ2）10ＯＨ（Ｆｕｌｋａ社）；（疎水性）ポリ（プロピレングリコール）核を中心とするポリ（エチレンオキシド）−ポリ（プロピレンオキシド）−ポリ（エチレンオキシド）（ＥＯ−ＰＯ−ＥＯ）配列を有し末端に２つの第一級ヒドロキシル基を有するブロックコポリマー；プルロニックＬ１２１（Ｍav＝４４００）（ＥＯ5ＰＯ70ＥＯ5）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＬ６４（Ｍav＝２９００）（ＥＰ13ＰＯ30ＥＯ13）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＰ６５（Ｍav＝３４００）（ＥＰ20ＰＯ30ＥＯ20）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＰ８５（Ｍav＝４６００）（ＥＯ26ＰＯ39ＥＯ26）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＰ１０３（Ｍav＝４９５０）（ＥＯ17ＰＯ56ＥＯ17）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＰ１２３（Ｍav＝５８００）（ＥＯ20ＰＯ70ＥＯ20）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）；プルロニックＦ６８（Ｍav＝８４００）（ＥＯ80ＰＯ30ＥＯ80）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＦ１２７（Ｍav＝１２６００）（ＥＯ106ＰＯ70ＥＯ106）（ＢＡＳＦ社）；プルロニックＦ８８（Ｍav＝１１４００）（ＥＯ100ＰＯ39ＥＯ100）（ＢＡＳＦ社）；プルロニック２５Ｒ４（Ｍav＝３６００）（ＰＯ19ＥＯ33ＰＯ19）（ＢＡＳＦ社）；エチレンジアミン核に結合した４つのＥＯn−ＰＯm鎖（または逆に４つのＰＯn−ＥＯm鎖）を有し、末端に第二級ヒドロキシル基を有するスタージブロックコポリマー；Ｔｅｔｒｏｎｉｃ９０８（Ｍav＝２５０００）（（ＥＯ113ＰＯ22）2ＮＣＨ2ＣＨ2Ｎ（ＰＯ113ＥＯ22）2）（ＢＡＳＦ社）；Ｔｅｔｒｏｎｉｃ９０１（Ｍav＝４７００）（（ＥＯ3ＰＯ18）2ＮＣＨ2ＣＨ2Ｎ（ＰＯ18ＥＯ3）2（ＢＡＳＦ社）；およびＴｅｔｒｏｎｉｃ９０Ｒ４（Ｍav＝７２４０）（（ＰＯ19ＥＯ16）2ＮＣＨ2ＣＨ2Ｎ（ＥＯ16ＰＯ19）2）（ＢＡＳＦ社）を含む。
【００６１】
上記の界面活性剤は、非イオン界面活性剤である。使用可能な他の界面活性剤には以下がある。
アニオン界面活性剤：
ドデシル硫酸ナトリウム（ＣＨ3（ＣＨ2）11ＯＳＯ3ＮＡ）
多くの製造業者があると考えられる。１例としてＳｉｇｍａがある。
カチオン界面活性剤：
塩化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＨ3（ＣＨ2）15Ｎ（ＣＨ3）3Ｃｌ）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）
臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＨ3（ＣＨ2）15Ｎ（ＣＨ3）3ＢＴ）（Ａｌｄｒｉｃｈ社）
塩化セチルピリジニウム（Ｃ21Ｈ38ＮＣｌ）（Ｓｉｇｍａ社）。
このリストを網羅的であるとみなしてはならない。
【００６２】
本発明のこの実施形態の方法の工程（ｂ）は、通常、工程（ａ）からの混合物を高温に熱し、それにより担体粒子に付着または担持した金属酸化物相を形成させることを含む。本工程は、場合により、界面活性剤／液体混合物を処理してゲルを形成させる工程に先行することができる。一般に、ミセルが秩序化して液晶を形成することによりゲルが形成される。通常、ゲルを形成させるためには混合物の温度を変化させることで十分である。一部の混合物に関しては、冷却によりゲル形成が起こる。他の混合物に関しては、熱処理によりゲル形成が起こる。このことは、使用する界面活性剤によって左右される。
【００６３】
本方法にゲル形成の選択可能な工程が用いられる場合、工程（ｂ）の熱処理はゲルの熱処理を含む。
熱処理工程により、金属酸化物および粒子の細孔構造の形成がもたらされる。熱処理工程は、金属酸化物の形成をもたらす任意の熱処理を含む。熱処理工程は、高温（例えば２００℃〜１０００℃）で熱処理することを含むことができる。実際の温度および加熱時間は、形成される特定の酸化物に若干影響を受ける。当業者は、特定の金属酸化物を形成させるために必要な、所要の温度および加熱時間を容易に確かめることができるであろう。
【００６４】
本発明のプロセスは、局所の高熱をもたらしうる、局所発熱反応が生じることを含むと本発明者らは考える。しかしながら、本発明者らが知っている先行技術プロセスと比較して、適用される温度が比較的低いことは本発明の重要な利点であることに変わりはない。
【００６５】
熱処理工程は所望の最高温度で迅速に熱処理することを含むことができるし、より厳密に調節された熱処理条件を含むこともできる。例えば、熱処理工程は調節雰囲気下で実施できる。熱処理工程は、乾燥温度（一般に、混合物の沸点以下）に加熱して混合物を乾燥し、ついで最大適用温度までゆっくり加熱するか、または最大適用温度に最終的に達する前に一連の中間温度に漸増させることを含むことができる。熱処理工程の時間は大きく異なることができ、工程（ｃ）における好ましい時間は１５分〜２４時間である。工程（ｂ）は、金属酸化物相の形成をもたらす全ての加熱プロファイルを含むものとすることは認められるであろう。
【００６６】
本発明の熱処理工程（ｂ）は、所望の金属酸化物の形成をもたらすこのような全ての熱処理工程を含む。熱処理工程は、このような目的に適している当該技術分野に公知の加熱装置を用いて実施できる。例は、熱板もしくは他の加熱基板、オーブン、固定卓上炉、回転卓上炉、誘導炉、流動床炉、バス炉、自溶炉、チューブ炉、赤外炉、マッフル炉、滴下炉、ベルト炉、回転炉、回転キルン、回転乾燥機、スプレードライヤー、スピンフラッシュドライヤー、ドラムドライヤー、反応器、およびフラッシュカルサイナーを含む。
【００６７】
本発明はまた、金属カチオン含有溶液および親水性ポリマーおよび担体粒子の混合物を調製し、ついで混合物を加熱して担体粒子に付着または担持した金属酸化物を形成させることにより実施できる。本実施形態において、金属カチオン含有溶液は適切には１つ以上の金属塩の水溶液である。金属塩は、塩化物、炭酸塩、水酸化物、イソプロポキシド、硝酸塩、酢酸塩、エポキシド、シュウ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択されることができる。親水性ポリマーは、炭水化物（ショ糖デンプンおよびセルロース）および炭水化物誘導体などの親水性有機材料、エチレンオキシド、２−ヒドロキシエチレンメタクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、ヒドロキシアルキルアクリレート、アクリルアミド、およびｎ−ビニルピロリドンなどの親水性ホモポリマーおよびコポリマー；ポリウレタン、ポリウレタン−アクリル酸およびポリウレタン−メタクリル酸コポリマーならびに相互侵入高分子網目などの親水性ポリマー；および動物性タンパク質・ゼラチンから誘導されるタンパク質；ならびにそれらの混合物から選択されることができる。
上記のリストを限定とみなしてはならない。
【００６８】
本発明のプロセスの全ての態様において、混合物に細孔形成材料を添加して、所望の細孔構造を有する多孔性複合金属酸化物を形成させることが望ましい場合がある。本実施形態において、複合金属酸化物を形成させる前に混合物に細孔形成材料を添加し、金属酸化物の形成工程中または金属酸化物の形成後のいずれかに複合金属酸化物から除去して多孔性複合金属酸化物が残される。細孔形成材料は、ポリマー系細孔形成剤、ラテックスなどのポリマー系粒子、塩、またはカーボンブラックなどの他の粒子であることができる。細孔形成材料は、おおよそ７ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲の孔径を提供するために選択されることができる。細孔形成材料は、高温安定性の増大を示す多孔性複合金属酸化物を調製するために適切に選択される。
【実施例】
【００６９】
実施例１．
以下の方法で、アルミナ担持Ｃｅ0.53Ｚｒ0.37Ｐｒ0.06Ｌａ0.04Ｏx（２０重量％）組成物を調製した。硝酸セリウム六水和物、炭酸ジルコニウム、硝酸ランタン六水和物および硝酸プラセオジム六水和物を適切な割合で溶解してＣｅ0.537Ｚｒ0.375Ｌａ0.025Ｐｒ0.063Ｏx（４．５ｇ）の水（〜１５ｇ）溶液を調製した。ベーマイト（水酸化アルミニウム）板状ナノ粒子（Ｓａｓｏｌ，Ｄｉｓｐａｌ ２３−Ｎ４ ８０）２７ｇを水２００ｇに分散した。図１に、このような板状ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真を示す。ベーマイト分散液に塩溶液、ついでカーボンブラック（Ｒａｖｅｎ ８５０，Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）１６ｇを添加し、高速撹拌機で混合した。界面活性剤（Ｅｒｕｎｏｎ ＬＡ４）４７ｇを加え、混合した。この最終混合物を５００℃の温度までゆっくり加熱し、ついで１０００℃で２時間、より高い温度で試験を行った。１０００℃での熱処理の後に、ＸＲＤはセリア含有相およびアルミナを示した。ＴＥＭにより、アルミナ全体に分散したナノサイズ粒子の触媒相からなる構造が示された。表面積は１０４ｍ2／ｇであり、２ｎｍ〜２００ｎｍの細孔の細孔容積は１．０５ｃｃ／ｇであった。
【００７０】
実施例２．
実施例１と同様にして、ＬＡ４界面活性剤の代わりにポリエチレングリコールを用い、アルミナ担持Ｃｅ0.53Ｚｒ0.37Ｐｒ0.06Ｌａ0.04Ｏχ（２０重量％）組成物を調製した。１０００℃で熱処理した後、ＸＲＤはセリア含有相およびアルミナを示した。ＴＥＭにより、アルミナ全体に分散した触媒相のナノサイズ粒子からなる構造が示された。表面積は、１０３ｍ2／ｇであり、２ｎｍ〜２００ｎｍの細孔の細孔容積は０．８９ｃｃ／ｇであった。
【００７１】
実施例３．
実施例１と同様にして、Ｘ−Ｏの代わりにＤＩＳＰＡＬ １８ＨＰを用い、アルミナ担持Ｃｅ0.53Ｚｒ0.37Ｐｒ0.06Ｌａ0.04Ｏχ（２０重量％）組成物を調製した。１０００℃で熱処理した後、ＸＲＤはセリア含有相およびアルミナを示した。ＴＥＭにより、アルミナ全体に分散した触媒相のナノサイズ粒子からなる構造が示された。表面積は、８７．５ｍ2／ｇであり、２ｎｍ〜２００ｎｍの細孔の細孔容積は０．６６ｃｃ／ｇであった。
本発明は、明細書に記載した以外の他の変形および修飾が可能であることは、当業者には明らかであろう。本発明の精神と範囲内にある全ての変更および修飾は本発明に包含されることが認識されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】板状ナノ粒子のＴＥＭ顕微鏡写真である。
【図１】
2008540309.tif 000003
【国際調査報告】
2008540309.tif 000004
2008540309.tif 000005
2008540309.tif 000006