(57)【要約】本発明は、RuとCuが原子レベルで固溶化した、RuCu固溶体ナノ粒子を提供する。
2017150580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
RuとCuが原子レベルで固溶化した、RuCu固溶体ナノ粒子。
【請求項２】
Ｒｕを５〜９５モル％、Ｃｕを９５〜５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項３】
Ｒｕを２０〜８０モル％、Ｃｕを８０〜２０モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項４】
水素処理により還元された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノ粒子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のRuCu固溶体ナノ粒子を構成要素として含む触媒。
【請求項６】
請求項５に記載の触媒を担体に担持してなる担持触媒。
【請求項７】
担体が酸化物類を含む担体である、請求項６に記載の担持触媒。
【請求項８】
排ガス浄化用触媒である、請求項６に記載の担持触媒。
【請求項９】
下記の工程１〜２を含む、RuとCuが原子レベルで固溶化した、RuCu固溶体ナノ粒子の製造方法
工程１：１５０〜２７０℃の還元剤溶液を調製する工程
工程２：Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液を前記還元剤溶液に少量ずつ加える工程。
【請求項１０】
さらに、以下の工程３を含む、請求項９に記載の方法
工程３：工程２で得られたRuCu固溶体ナノ粒子を水素処理する工程。
【請求項１１】
前記還元剤溶液又は溶媒溶液に保護剤を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記保護剤がポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルエーテル、ポリ（メタ）アクリル酸又はその塩、セルロース誘導体及びアルギン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記保護剤がポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）（ＰＶＰ）又はポリエチレングリコールである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記還元剤がアルコール、アルキレングリコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、水酸基が３個以上の多価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記還元剤が、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、RuCu固溶体ナノ粒子及びその製造方法並びに触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
白金族元素は自動車排ガス処理、水素化などの高機能触媒、あるいはメッキなどに使用されているが、産出量が少なく高価である。このため、白金族元素の使用量を低減しうる技術が求められている。また、環境規制が厳格化しているため、有害元素の使用量を低減しうる技術が求められている。元素間融合により電子構造を最適化した「人工元素」を作製することでこれらの問題を解決できるが、実用化するためには合成手法の確立が必要不可欠である。白金族元素であるRuは有機合成反応用の触媒をはじめとして、家庭用燃料電池エネファームでの一酸化炭素被毒触媒、アンモニア合成触媒、NOx等の排ガス浄化触媒、白金フリーな燃料電池電極触媒等、多岐にわたり利用されている極めて有用でかつ希少な触媒である。最近ではコンピュータやDVD用のハードディスク容量を増大させるためのメモリ材料としても利用されている。【０００３】
ルテニウム（Ru）と銅（Cu）は、合金状態図では液体の状態でも固溶しない（原子レベルで混じらない）合金系である。【０００４】
特許文献１〜３は、ＲｕとＣｕの合金を例示しているが、ＲｕとＣｕは液体の状態でも固溶しないので、その合金は固溶体ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2011-072981
【特許文献２】特開2013-049005
【特許文献３】WO2013/021944
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、新規なＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子及びその製造方法並びに触媒を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、Ｒｕ化合物とＣｕ化合物を還元することによりＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子が得られることを見出した。本発明の好ましい１つの実施形態において、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子は、ＲｕとＣｕがいずれもｆｃｃの構造になる条件下で製造することができ、その場合には面心立方構造（ｆｃｃ）を含むＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子が得られる。【０００８】
本発明は、以下のRuCu固溶体ナノ粒子及びその製造方法並びに触媒を提供するものである。
項１．  RuとCuが原子レベルで固溶化した、RuCu固溶体ナノ粒子。
項２．  Ｒｕを５〜９５モル％、Ｃｕを９５〜５モル％を含む、項１に記載のナノ粒子。
項３．  Ｒｕを２０〜８０モル％、Ｃｕを８０〜２０モル％を含む、項１に記載のナノ粒子。
項４．  水素処理により還元された、項１〜３のいずれか１項に記載のナノ粒子。
項５．  項１〜４のいずれか１項に記載のRuCu固溶体ナノ粒子を構成要素として含む触媒。
項６．  項５に記載の触媒を担体に担持してなる担持触媒。
項７．  担体が酸化物類を含む担体である、項６に記載の担持触媒。
項８．  排ガス浄化用触媒である、項６に記載の担持触媒。
項９．  下記の工程１〜２を含む、RuとCuが原子レベルで固溶化した、RuCu固溶体ナノ粒子の製造方法
工程１：１５０〜２７０℃の還元剤溶液を調製する工程
工程２：Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液を前記還元剤溶液に少量ずつ加える工程。
項１０．  さらに、以下の工程３を含む、項９に記載の方法
工程３：工程２で得られたRuCu固溶体ナノ粒子を水素処理する工程。
項１１．  前記還元剤溶液又は溶媒溶液に保護剤を含む、項９に記載の方法。
項１２．  前記保護剤がポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルエーテル、ポリ（メタ）アクリル酸又はその塩、セルロース誘導体及びアルギン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である、項１１に記載の方法。
項１３．  前記保護剤がポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）（ＰＶＰ）又はポリエチレングリコールである、項１１に記載の方法。
項１４．  前記還元剤がアルコール、アルキレングリコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、水酸基が３個以上の多価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、項９に記載の方法。
項１５．  前記還元剤が、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールからなる群から選ばれる少なくとも１種である、項９に記載の方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子を液相中での化学的還元法により製造することができる。ＲｕとＣｕが原子レベルで固溶化したＲｕＣｕに関する先行文献はなく新規な物質であり、自動車、化学、電池等エネルギー関連、ＣＯ酸化、水素化反応などの触媒として有用である。【００１０】
ＲｕＣｕ固溶体は、Ｒｈと同様な性質を有することが期待され、Ｒｈの使用量を低減することに役立つ。【００１１】
ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子の表面にある酸化物を水素処理により還元すると、触媒活性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子のＸＲＰＤパターン
【図２】ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子のＴＥＭ画像
【図３】Ｒｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子のＥＤＳ分析結果
【図４】Ｒｕ４１Ｃｕ５９固溶体ナノ粒子のＥＤＳ分析結果
【図５】Ｒｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子の高分解能TEM像
【図６】Ｒｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子の三元触媒(NO-CO-C3H6浄化反応)活性
【図７】Ｒｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子のＣＯ酸化触媒活性。Ｒｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子はｆｃｃ−Ｒｕナノ粒子と同等の高いＣＯ酸化活性を有し、Ｒｕの４８％がＣｕに置換されるため、触媒コストは半減する。
【図８】前処理後のＲｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子のＣＯ酸化触媒活性。前処理されたＲｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子は、ｆｃｃ−Ｒｕナノ粒子よりもさらに高いＣＯ酸化活性を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子は、面心立方構造（ｆｃｃ）から構成されてもよく、六方最密充填構造（ｈｃｐ）から構成されてもよく、ｆｃｃとｈｃｐが混ざった結晶構造であってもよい。ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子の結晶構造におけるｆｃｃの比率は０％以上、０．１％以上、１％以上、３％以上、５％以上であってもよく、１００％以下、９９．９％以下、９９％以下、９７％以下、９５％以下であってもよい。固溶体ナノ粒子の結晶構造におけるｈｃｐの比率は０％以上、０．１％以上、１％以上、３％以上、５％以上であってもよく、１００％以下、９９．９％以下、９９％以下、９７％以下、９５％以下であってもよい。本発明の好ましい１つの実施形態において、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子はｆｃｃを含み、本発明の他の好ましい実施形態において、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子はｆｃｃが主構造である。
【００１４】
ＲｕＣｕナノ粒子が固溶体であることは、粉末Ｘ線回折（ＸＲＰＤ）測定、高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）観察、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ）などにより行うことができる。
【００１５】
ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子が表面酸化されることがあるが、水素などを用いて還元処理すると、触媒活性を高めることができる。
【００１６】
本発明の固溶体ナノ粒子において、ＲｕとＣｕの割合は、例えばＲｕを５〜９５モル％、Ｃｕを９５〜５モル％；好ましくはＲｕを１０〜９０モル％、Ｃｕを９０〜１０モル％；より好ましくはＲｕを１５〜８５モル％、Ｃｕを８５〜１５モル％；さらに好ましくはＲｕを２０〜８０モル％、Ｃｕを８０〜２０モル％、特に好ましくはＲｕを２５〜７５モル％、Ｃｕを７５〜２５モル％含む。
【００１７】
本発明のナノ粒子の平均粒径は、１〜５０ｎｍ程度、好ましくは１〜３０ｎｍ程度、より好ましくは１〜２０ｎｍ程度、さらに好ましくは１〜１５ｎｍ程度、特に好ましくは１〜１０ｎｍ程度、最も好ましくは１〜６ｎｍ程度である。平均粒径が小さいと触媒性能が高くなるために好ましい。固溶体ナノ粒子の平均粒径は、ＴＥＭなどの顕微鏡写真により確認することができる。固溶体ナノ粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円体状、ロッド状、柱状、リン片状など任意の形状であってよい。
【００１８】
本発明のRuCu固溶体ナノ粒子は優れた性能を示す触媒として利用することができる。触媒として利用するにあたってのナノ粒子の形態に特に制限はないが、担体に担持した担持触媒としての利用が好ましい。使用する担体は特に制限はないが、具体的には酸化物類、窒化物類、炭化物類、単体炭素、単体金属などが担体として挙げられ、中でも酸化物類、単体炭素が好ましく、酸化物類が特に好ましい担体である。酸化物類としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ニオビアなどの酸化物や、シリカ−アルミナ、チタニア−ジルコニア、セリア−ジルコニア、チタン酸ストロンチウムなどの複合酸化物などが挙げられる。単体炭素としては、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、活性炭素繊維などが挙げられる。窒化物類としては、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタン、窒化ニオブが挙げられる。炭化物類としては、炭化ケイ素、炭化ガリウム、炭化インジウム、炭化アルミニウム、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化ホウ素が挙げられる。単体金属としては、鉄、銅、アルミニウムなどの純金属及びステンレスなどの合金が挙げられる。
【００１９】
担体担持された固溶体ナノ粒子は、担体をRu化合物とCu化合物を含む溶液、及び/又は還元剤溶液に添加して反応を行うことにより調製することができる。
【００２０】
ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子は、加熱した還元剤溶液にＲｕ化合物、Ｃｕ化合物を溶媒中に含む溶液を滴下、噴霧などにより少量ずつ加えることで調製することができる。
【００２１】
還元剤溶液の温度は１５０〜２７０℃程度、好ましくは１７０〜２５０℃程度、より好ましくは１８０〜２３０℃程度に加熱し、ここにＲｕ化合物、Ｃｕ化合物、必要に応じてさらに保護剤を含む溶媒溶液を添加して反応させ、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子を沈殿物として得ることができる。
【００２２】
１つの好ましい実施形態において、本発明の面心立方構造(fcc)を含むRuCu固溶体ナノ粒子は、fccが主構造であり、fccの比率が50%超、好ましくは60％以上である。fcc以外の結晶構造は六方最密充填構造（hcp）が挙げられる。
【００２３】
本明細書において、「ＲｕとＣｕの固溶体が得られる条件」としては、液相中での化学的還元法が挙げられ、反応温度、還元剤の種類、Ｒｕ化合物とＣｕ化合物の種類が挙げられる。
【００２４】
還元剤としては、少なくとも１個の水酸基を有し、常圧での沸点が６０℃〜３００℃、好ましくは１００〜２７０℃、より好ましくは１５０〜２５０℃の有機化合物が挙げられ、具体的にはアルコール、アルキレングリコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、水酸基が３個以上の多価アルコールが挙げられる。常圧での沸点が１５０℃未満の還元剤を使用する場合は、加圧することで所定の反応温度にすることができる。
【００２５】
アルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどの炭素数１〜６のアルコールが挙げられる。
【００２６】
アルキレングリコール類としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコールなどが挙げられる。
【００２７】
アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチレングリコールモノメチルエーテル、ブチレングリコールモノエチルエーテルなどが挙げられる。
【００２８】
水酸基が３個以上の多価アルコールとしては、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。
【００２９】
還元剤は反応温度では液体であるので、本明細書では還元剤を還元剤溶液と記載することがある。還元剤は、還元されるＲｕイオン，Ｃｕイオンに対して１当量以上、好ましくは溶媒を兼ねて過剰量使用する。
【００３０】
Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶液の溶媒としては、還元剤を使用してもよく、水、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロパノールなど）、グリコール類(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリンなど)、ポリエーテル類（ポリエチレングリコールなど）、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンなどの極性溶媒を使用してもよい。Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液を一度に加熱した還元剤溶液と混合すると、ＲｕとＣｕが分離した合金ナノ粒子が生じ得るので、Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液は、滴下、噴霧、或いは、ポンプなどを用いチューブ／注射器から一定速度で注入するなどの方法により少しずつ還元剤溶液に添加される。
【００３１】
保護剤としては、ナノ粒子の表面を被覆することで凝集を防止するものであり、親水性基を有する有機ポリマーが挙げられ、例えばポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）（ＰＶＰ）、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルエーテル、ポリ（メタ）アクリル酸又はその塩(ナトリウム塩、カリウム塩など)、セルロース誘導体（メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ブチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルカルボキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルカルボキシプロピルセルロース、ヒドロキシブチルカルボキシメチルセルロースなど）、アルギン酸ナトリウムなどのアルギン酸塩などが挙げられる。
【００３２】
Ｒｕ化合物としては、Ｒｕ（ＩＩＩ）（アセチルアセトナート）３、Ｒｕ（ＩＩ）オクタノエート二量体、クロロノルボルナジエンＲｕ（Ｉ）二量体、ジカルボニルアセチルアセトナートＲｕ（Ｉ）などのルテニウム錯体、塩化ルテニウム三水和物（ＲｕＣｌ３），塩化ルテニウムナトリウム（Ｎａ３ＲｕＣｌ６），塩化ルテニウム五アミン（ＩＩＩ）（［Ｒｕ（ＮＨ３）５Ｃｌ］Ｃｌ２）などのルテニウム塩が挙げられる。
【００３３】
Ｃｕ化合物としては、Ｃｕ（ＡｃＯ）、Ｃｕ（ＡｃＯ）２、ＣｕＮＯ３、Ｃｕ（ＮＯ３）２、ＣｕＣｌ、ＣｕＣｌ２、ＣｕＳＯ４，ＣｕＢｒ，ＣｕＢｒ２，ＣｕＩ、ＣｕＩ２などが挙げられる。Ｃｕは１価、２価のいずれでもよい。
【００３４】
Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液におけるＲｕ化合物の濃度は、好ましくは０．０１〜１０００ミリモル/Ｌ、より好ましくは０．１〜５０ミリモル/Ｌである。
【００３５】
Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液におけるＣｕ化合物の濃度は、好ましくは０．１〜１０００ミリモル/Ｌ、より好ましくは０．１〜５０ミリモル/Ｌである。
【００３６】
本発明のRuCu固溶体ナノ粒子は、水添反応を含めた還元反応、脱水素反応、燃焼も含めた酸化反応、カップリング反応等の化学反応などの触媒として好適である。また、これらの触媒性能を利用することで様々なプロセスや装置等の用途に好適に利用することができる。好適に利用できる用途に特に制限は無いが、例えば、窒素酸化物（ＮＯx）還元反応、一酸化炭素（ＣＯ）酸化反応、炭化水素酸化反応、VOC酸化反応などに対する触媒性能を利用する環境・排ガス浄化用途、水素酸化反応、酸素還元反応、水電解などに対する触媒性能を利用する電極用途、不飽和炭化水素類の水添反応や飽和・不飽和炭化水素類の脱水素反応などに対する触媒性能を利用する化学プロセス用途などが挙げられる。中でも特に、自動車、バイク、定常モーターなどの排ガス浄化（特に三元触媒）、水素燃料電池、VOC除去の各用途に、より好適に用いることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはいうまでもない。【００３８】
実施例１〜７
以下の溶液Ａと溶液Ｂを作製した。【００３９】
なお、ａｃａｃはアセチルアセトネートである。
溶液Ａ：
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）  ８８０ｍｇ、８ｍｍｏｌ
ジエチレングリコール（ＤＥＧ）  ３００ｍｌ（液体窒素で三回脱気した）
上記２成分を混合し、２３０℃に加熱した。
溶液Ｂ
Ｒｕ（ａｃａｃ）３            ７１７．１ｍｇ  １．８ｍｍｏｌ（ＭＷ３９８．４）
Ｃｕ（ＯＡｃ）２・Ｈ２Ｏ      ４３９．３ｍｇ  ２．２ｍｍｏｌ（ＭＷ１９９．７）
ＤＥＧ                        ３０ｍｌ【００４０】
窒素気流下、溶液Ｂを溶液Ａに６分間かけて滴下した。溶液Ａの温度は２３０℃に維持した。溶液Ｂを添加後、直ちに氷浴で冷却し、生じた沈殿を遠心分離で集めた。仕込み比(モル比)はＲｕ：Ｃｕ＝４５：５５であるが、得られた固溶体ナノ粒子の組成比はＲｕ52Ｃｕ48(実施例1)であった。この固溶体ナノ粒子の組成比は、XRDパターンのフィッティングにより格子定数aを算出し、ベガーズ則(aRuCu= xaRu+(100-x)aCu)が成り立つと仮定した上で求めた。【００４１】
Ｒｕ（ａｃａｃ）３  とＣｕ（ＯＡｃ）２・Ｈ２Ｏの仕込みのモル比を変えて、上記と同様にしてRu:Cu＝33:67(実施例2)、38:62(実施例3)、41:59(実施例4)、55:45(実施例5)、66:34(実施例6)、75:25(実施例7)の固溶体ナノ粒子を得た。この時の仕込み比（モル比）はRu:Cu＝30:70(実施例2)、35:65（実施例3）、40:60（実施例4）、60:40（実施例5）、70:30（実施例6）、80:20（実施例7）であった。【００４２】
得られた生成物（ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子））の粉末Ｘ線回折パターンをＢｒｕｋｅｒ製Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥを用いて測定した。Ｘ線としてＣｕＫα線を用いた（図１）。純粋なｆｃｃＲｕ（格子定数  ０．３８２３９  ｎｍ）と純粋なＣｕ（格子定数  ０．３６１５２  ｎｍ）の中間に相当する単一の回折パターン（格子定数  ０．３７２８２  ｎｍ）が観測されたことから、ＲｕとＣｕが均一に混合した合金粒子が形成されたことが確認された。日立ハイテクノロジーズ製ＨＴ７７００により観測した生成物の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を図２に示す。観測された粒子径の平均値は９．１±１．７ｎｍであった。さらに、得られたＲｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子、Ｒｕ４１Ｃｕ５９固溶体ナノ粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ−ＥＤＳ画像及びラインスキャンの結果を図３、図４に示す。粉末Ｘ線回折パターンのリートベルト解析により、fccが主構造であることがわかった（図１）。さらに、高分解能TEM像により、ｆｃｃ構造の１１１面に対応する格子縞が観察された(図５)。実施例１で得られたＲｕ５２Ｃｕ４８固溶体ナノ粒子の結晶構造は、ｆｃｃが９１．２％、ｈｃｐが８．８％であった。【００４３】
HAADF：High Angle Annular Dark Field
STEM：Scanning Transmission Electron Microscopy
EDS：Energy-Dispersive-Spectroscopy【００４４】
試験例１：三元触媒としての触媒活性
実施例１で得られたfcc-Ru52Cu48固溶体ナノ粒子(平均粒径9.2±2.5nm)を触媒として用いて、窒素酸化物（ＮＯx）の還元反応、一酸化炭素（ＣＯ）の酸化反応に対する触媒活性および炭化水素（Ｃ3Ｈ6）の酸化反応に対する触媒活性を同時に評価した。また、比較のために、公知の触媒であるfcc-Ru/Al2O3 (平均粒径7.7±1.4nm)を比較のために使用した。【００４５】
三元触媒としての触媒活性の評価は、固定床流通式の反応装置を用いて行った。具体的には、まず、ペレット状にした触媒２００ｍｇを内径７ｍｍの石英製反応管に石英ウールを用いて充填した。この反応管を装置に接続したのち、自動車の排気ガスを模擬した理論空燃比のＮ2ベース混合ガス（ＮＯ：５００ｐｐｍ、Ｏ2：４０５０ｐｐｍ、ＣＯ：５０００ｐｐｍ、Ｃ3Ｈ6：４００ｐｐｍ、Ｈｅ：バランスガス）を空間速度が６０リットル／（ｈ・ｇcat）（総流量 ２００ｍｌ／ｍｉｎ）となるように流量を調節して供給した。混合ガスの供給開始時における触媒層の温度は室温であった。混合ガスの供給開始から１０℃／ｍｉｎの昇温速度で触媒層の温度を室温から６００℃まで上昇させながら、マルチガス分析計（堀場製作所社製 ＶＡ−３０００）を用い、採取したガスに含まれたＮＯx、ＣＯおよびＣ3Ｈ6の濃度を３０秒に１点の間隔で連続して測定した。耐久性評価は600℃まで測定した後、放冷し室温に戻したのち、同様の方法で600℃まで測定することを繰り返し行った。測定結果を図６に示す。【００４６】
また、触媒量を150mg、反応ガスCO/O2/N2＝0.5/0.5/49(cc/min)、反応温度を110℃から10℃/minで昇温させてCO酸化反応を行った。結果を図７に示す。本発明のfcc-RuCuは公知のfcc-Ruと同等の高いＣＯ酸化活性を有し、触媒コストを半減できることが明らかになった。【００４７】
さらに、表面の酸化物を除去するため、本発明のfcc-RuCuおよび公知のfcc-Ruの両サンプルに１気圧の水素ガスを３０分間フローする前処理を行い、触媒評価を行うと公知のfcc-Ruに比べて格段に性能が高くなることが分かった（図８）。
【図１】
2017150580.tif 000003
【図２】
2017150580.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月24日(2017.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲｕとＣｕが原子レベルで固溶化した、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子。
【請求項２】
Ｒｕを５〜９５モル％、Ｃｕを９５〜５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項３】
Ｒｕを２０〜８０モル％、Ｃｕを８０〜２０モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項４】
水素処理により還元された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノ粒子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子を構成要素として含む触媒。
【請求項６】
請求項５に記載の触媒を担体に担持してなる担持触媒。
【請求項７】
担体が酸化物類を含む担体である、請求項６に記載の担持触媒。
【請求項８】
排ガス浄化用触媒である、請求項６に記載の担持触媒。
【請求項９】
下記の工程１〜２を含む、ＲｕとＣｕが原子レベルで固溶化した、ＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子の製造方法
工程１：１５０〜２７０℃の還元剤溶液を調製する工程
工程２：Ｒｕ化合物、Ｃｕ化合物を含む溶媒溶液を前記還元剤溶液に少量ずつ加える工程。
【請求項１０】
さらに、以下の工程３を含む、請求項９に記載の方法
工程３：工程２で得られたＲｕＣｕ固溶体ナノ粒子を水素処理する工程。
【請求項１１】
前記還元剤溶液又は溶媒溶液に保護剤を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
Ｒｕを３８〜９５モル％、Ｃｕを６２〜５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項１７】
Ｒｕを４１〜９５モル％、Ｃｕを５９〜５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項１８】
Ｒｕを５２〜９５モル％、Ｃｕを４８〜５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【請求項１９】
Ｒｕを５２〜７５モル％、Ｃｕを４８〜２５モル％を含む、請求項１に記載のナノ粒子。
【国際調査報告】
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