(57)【要約】本発明は、触媒、より具体的にはナノ粒子触媒の分野に関する。ナノ粒子を含有する高多孔度を有する材料は、ゾル−ゲル合成などの様々な方法によって創製することができる。本発明は、非常に高い触媒活性表面積を有する触媒材料、ならびにこれを作製する方法およびこれを使用する方法を提供する。用途としては、それだけに限らないが、自動車エンジン排気を処理するための触媒コンバーターが挙げられる。本発明は、ナノ粒子、例えば、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む複合ナノ粒子、または上記ナノ粒子の任意の組合せなどを含む新規材料であって、担体材料を使用することによって一緒に架橋され、こうして高度に多孔質のミクロンサイズ粒子を形成する、新規材料を提供する。
2016531725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質担体と；
前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子であって、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、複合ナノ粒子と
を含む触媒材料。
【請求項２】
前記触媒材料が、ミクロンサイズ粒子を含む、請求項１に記載の触媒材料。
【請求項３】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項１または請求項２に記載の触媒材料。
【請求項４】
前記触媒ナノ粒子が、ロジウムを含む、請求項３に記載の触媒材料。
【請求項５】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項６】
前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項７】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項８】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項９】
前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項１０】
前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項１１】
前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項１２】
前記複合ナノ粒子が、０．００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の白金族金属を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１３】
前記複合ナノ粒子が、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の白金族金属を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１４】
前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１５】
前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１６】
前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１７】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムを含む、請求項１６に記載の触媒材料。
【請求項１８】
前記金属酸化物が、酸化セリウムを含む、請求項１６に記載の触媒材料。
【請求項１９】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１６に記載の触媒材料。
【請求項２０】
前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２１】
前記多孔質担体が、シリカを含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２２】
前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２３】
前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２４】
前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、請求項１から２３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２５】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項２３または２４に記載の触媒材料。
【請求項２６】
前記金属酸化物が、酸化セリウムである、請求項２３または２４に記載の触媒材料。
【請求項２７】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項２３または２４に記載の触媒材料。
【請求項２８】
前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、請求項１から２７のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項２９】
前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、請求項１から２８のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項３０】
複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、前記複合ナノ粒子が支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；
前記担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、前記複合ナノ粒子が前記固化担体内に包埋される、ステップと；
多孔質触媒材料を形成するために前記固化担体の一部を除去するステップと
を含む、多孔質触媒材料を生成する方法。
【請求項３１】
前記固化担体の一部を除去するステップが、前記固化担体をか焼して前記固化担体の一部を焼き取ることを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する前記流体と混合する前に、分散した複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記担体前駆体が、アルミニウム、シリカ、レゾルシノール、または非晶質炭素の１種または複数を含む、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記担体前駆体が沈殿によって固化され、前記複合ナノ粒子が前記固化担体とともに共沈する、請求項３０から３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記担体前駆体が、重合によって固化される、請求項３０から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項３０から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記触媒ナノ粒子が、ロジウムを含む、請求項３０から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項３０から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない、請求項３０から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない、請求項３０から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記複合ナノ粒子が、０．００１％〜２０％の白金族金属を含む、請求項３０から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記複合ナノ粒子が、０．５％〜１．５％の白金族金属を含む、請求項３０から４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、請求項３０から４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、請求項３０から４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、請求項３０から４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記金属酸化物が、酸化セリウムである、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
得られた前記触媒材料を加工してミクロンサイズ粒子にするステップをさらに含む、請求項３０から５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
得られた前記触媒材料がすり砕かれてミクロンサイズ粒子が形成される、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
請求項３０から５４のいずれか一項に記載の方法によって作製される多孔質触媒材料。
【請求項５６】
基材と；
触媒活性粒子を含むウォッシュコート層であって、前記触媒活性粒子は、多孔質担体、および前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ウォッシュコート層と
を含む被覆基材。
【請求項５７】
前記触媒活性粒子が、ミクロンサイズ粒子を含む、請求項５６に記載の被覆基材。
【請求項５８】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項５６または請求項５７に記載の被覆基材。
【請求項５９】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項５６から５８のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６０】
前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、請求項５６から５９のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６１】
前記多孔質担体が、シリカを含む、請求項５６から６０のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６２】
前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、請求項５６から６１のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６３】
前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、請求項５６から６２のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６４】
前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、請求項５６から６３のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６５】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項６３または６４に記載の被覆基材。
【請求項６６】
前記金属酸化物が、酸化セリウムである、請求項６３または６４に記載の被覆基材。
【請求項６７】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項６３または６４に記載の被覆基材。
【請求項６８】
前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、請求項５６から６７のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項６９】
前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、請求項５６から６８のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項７０】
前記基材が、コーディエライトを含む、請求項５６から６９のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項７１】
前記基材が、ハニカム構造を含む、請求項５６から７０のいずれか一項に記載の被覆基材。
【請求項７２】
請求項５６から７１のいずれか一項に記載の被覆基材を含む触媒コンバーター。
【請求項７３】
排ガス用流路、および請求項７２に記載の触媒コンバーターを含む排気処理システム。
【請求項７４】
触媒活性粒子を含むウォッシュコート組成物であって、前記触媒活性粒子は、多孔質担体、および前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ウォッシュコート組成物。
【請求項７５】
前記触媒活性粒子が、ミクロンサイズ粒子を含む、請求項７４に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項７６】
前記触媒活性粒子が、３から５の間のｐＨで水媒体中に懸濁される、請求項７４または請求項７５に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項７７】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項７４から７６のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項７８】
前記触媒ナノ粒子が、ロジウムを含む、請求項７４から７７のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項７９】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項７４から７７のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８０】
前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、請求項７４から７９のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８１】
前記多孔質担体が、シリカを含む、請求項７４から８０のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８２】
前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、請求項７４から８１のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８３】
前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、請求項７４から８２のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８４】
前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、請求項７４から８３のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８５】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項８３または８４に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８６】
前記金属酸化物が、酸化セリウムである、請求項８３または８４に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８７】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項８３または８４に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８８】
前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、請求項７４から８７のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項８９】
前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、請求項７４から８８のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【請求項９０】
請求項７４から８９のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物で基材を被覆するステップを含む、被覆基材を形成する方法。
【請求項９１】
前記方法は、前記ウォッシュコート組成物で被覆した後、前記基材をか焼するステップをさらに含む、請求項９０に記載の被覆基材を形成する方法。
【請求項９２】
可燃性成分および非可燃性成分を含む担体と；
前記担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子であって、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、複合ナノ粒子と
を含む触媒材料。
【請求項９３】
前記可燃性成分が、非晶質炭素である、請求項９２に記載の触媒材料。
【請求項９４】
前記可燃性成分が、可燃性ゲルである、請求項９２に記載の触媒材料。
【請求項９５】
前記可燃性成分が、重合レゾルシノールである、請求項９２または９４に記載の触媒材料。
【請求項９６】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項９２から９５のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項９７】
前記触媒ナノ粒子が、ロジウムを含む、請求項９２から９６のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項９８】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項９２から９６のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項９９】
前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項９８に記載の触媒材料。
【請求項１００】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項９８に記載の触媒材料。
【請求項１０１】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項９８に記載の触媒材料。
【請求項１０２】
前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項９８に記載の触媒材料。
【請求項１０３】
前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない、請求項９６に記載の触媒材料。
【請求項１０４】
前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない、請求項９６に記載の触媒材料。
【請求項１０５】
前記複合ナノ粒子が、０．００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の白金族金属を含む、請求項９２から１０４のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１０６】
前記複合ナノ粒子が、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の白金族金属を含む、請求項９２から１０５のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１０７】
前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、請求項９２から１０６のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１０８】
前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、請求項９２から１０７のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１０９】
前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、請求項９２から１０８のいずれか一項に記載の触媒材料。
【請求項１１０】
前記支持体ナノ粒子が、酸化アルミニウムを含む、請求項１０９に記載の触媒材料。
【請求項１１１】
前記支持体ナノ粒子が、酸化セリウムを含む、請求項１０９に記載の触媒材料。
【請求項１１２】
前記支持体ナノ粒子が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１０９に記載の触媒材料。
【請求項１１３】
複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、前記複合ナノ粒子が支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；
前記担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、前記複合ナノ粒子は、前記固化担体内に包埋される、ステップと
を含む、触媒材料を生成する方法。
【請求項１１４】
前記複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する前記流体と混合する前に、分散した複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む、請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
前記担体前駆体が、可燃性成分および非可燃性成分を含む、請求項１１３または１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記可燃性成分が、レゾルシノールまたは非晶質炭素を含む、請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１７】
前記非可燃性成分が、アルミナまたはシリカを含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記非可燃性成分が、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む、請求項１１５または１１６に記載の方法。
【請求項１１９】
前記担体前駆体が沈殿によって固化され、前記複合ナノ粒子が前記固化担体とともに共沈する、請求項１１３から１１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２０】
前記担体前駆体が、重合によって固化される、請求項１１３から１１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２１】
前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、請求項１１３から１２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２２】
前記触媒ナノ粒子が、ロジウムを含む、請求項１１３から１２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２３】
前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、請求項１１３から１２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２４】
前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２６】
前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２７】
前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２８】
前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない、請求項１１３から１２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２９】
前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない、請求項１１３から１２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３０】
前記複合ナノ粒子が、０．００１％〜２０％の白金族金属を含む、請求項１１３から１２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３１】
前記複合ナノ粒子が、０．５％〜１．５％の白金族金属を含む、請求項１１３から１３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３２】
前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、請求項１１３から１３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３３】
前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、請求項１１３から１３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３４】
前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、請求項１１３から１３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３５】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記金属酸化物が、酸化セリウムである、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３７】
前記金属酸化物が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３８】
請求項１１３から１３７のいずれか一項に記載の方法によって作製される触媒材料。
【請求項１３９】
ナノ粒子および多孔質担体材料を含む多孔質材料。
【請求項１４０】
前記多孔質材料は、ミクロンサイズ粒子を含む、請求項１３９に記載の多孔質材料。
【請求項１４１】
前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、および複合ナノ粒子からなる群から選択される、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４２】
前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４３】
前記ナノ粒子が、混合金属酸化物ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４４】
前記ナノ粒子が、複合ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４５】
前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４６】
前記ナノ粒子が、混合金属酸化物ナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４７】
前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子および混合金属酸化物ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４８】
前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、および複合ナノ粒子を含む、請求項１３９または１４０に記載の多孔質材料。
【請求項１４９】
前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化アルミニウムを含む、請求項１４２、１４５、１４７、または１４８のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５０】
前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化セリウムを含む、請求項１４２、１４５、１４７、または１４８のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５１】
前記金属酸化物ナノ粒子が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１４２、１４６、１４７、または１４８のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５２】
前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化アルミニウムナノ粒子および酸化セリウムナノ粒子を含む、請求項１４２、１４５、１４７、または１４８のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５３】
前記複合ナノ粒子が、触媒ナノ粒子および支持体ナノ粒子を含む、請求項１４４、１４５、１４６、または１４８のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５４】
前記ナノ粒子が、酸化アルミニウムナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、請求項１３９から１４２のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５５】
前記ナノ粒子が、酸化セリウムナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、請求項１３９から１４２のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５６】
前記ナノ粒子が、複合ナノ粒子、ならびにセリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１３９から１４１のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１５７】
前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、ロジウム、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含む、請求項１５３に記載の多孔質材料。
【請求項１５８】
前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１５３に記載の多孔質材料。
【請求項１５９】
前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、ロジウム、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含み、前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１５３に記載の多孔質材料。
【請求項１６０】
前記多孔質担体材料が、酸化アルミニウムである、請求項１３９から１５９のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１６１】
前記多孔質担体材料が、酸化セリウムである、請求項１３９から１５９のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【請求項１６２】
前記多孔質担体材料が、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物からなる群から選択される、請求項１３９から１５９のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本願は、２０１３年９月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／８８１，３３７号、２０１４年４月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／９８４，６５４号、２０１４年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０３０，５５０号、２０１４年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０３０，５５５号および２０１４年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０３０，５５７号の利益を主張する。これらの出願の内容の全体が本明細書において参考として援用される。
【０００２】
本発明は、触媒、より具体的にはナノ粒子触媒の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
固体状態触媒では、触媒の効率は、標的基材（target  substrate）に曝露される触媒表面積の量に部分的に基づく。より小さく、多孔質の粒子は、使用される触媒材料の量に対してより大きい表面積を生じることができる。しかし、市販の固体状態触媒は、触媒表面積を完全に最適化することができていない。
【０００４】
市販の触媒コンバーターは、基材上への溶液からの白金イオンおよび／またはパラジウムイオンの沈殿などの湿式化学法によって基材上に堆積される白金族金属（ＰＧＭ）触媒を使用する。これらのＰＧＭ触媒は、触媒コンバーターのコストのかなりの部分である。したがって、触媒コンバーターを生産するのに使用されるＰＧＭ触媒の量のいかなる低減も、望ましい。市販の触媒コンバーターは、「エージング」として公知の現象も示し、この現象では、これらは、ＰＧＭ触媒が塊状凝集し、表面積の低下をもたらすことに部分的に起因して経時的に有効性がより低くなる。したがって、排出を制御するための触媒コンバーターの有効性を延長するために、エージング効果の低減も望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ナノ粒子、例えば、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、支持体ナノ粒子（support  nanoparticle）および触媒ナノ粒子を含む複合ナノ粒子、または上記ナノ粒子の任意の組合せなどを含む新規材料であって、担体材料を使用することによって一緒に架橋され、こうして高度に多孔質のミクロンサイズ粒子を形成する、新規材料を提供する。
【０００６】
新規材料の一実施形態では、ナノサイズ金属酸化物、例えば、アルミナ、セリアなど、または混合金属酸化物、例えば、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、もしくはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物などを含む粒子が、担体材料を使用して一緒に架橋される。担体材料は、金属酸化物、例えば、アルミナもしくはセリアなど、または混合金属酸化物、例えば、セリウム−酸化ジルコニウム、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、もしくはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物などでありうる。一実施形態では、ナノサイズアルミナ粒子は、アルミナを含み、または反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋される。別の実施形態では、ナノサイズセリア粒子は、セリアを含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム-ジルコニウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム-ジルコニウム-ランタン酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム-ジルコニウム-ランタン-イットリウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋される。別の実施形態では、ナノサイズセリウム−ジルコニウム酸化物粒子は、セリアを含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋される。別の実施形態では、ナノサイズセリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物粒子は、セリアを含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋される。別の実施形態では、ナノサイズセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物粒子は、セリアを含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋され；またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含み、もしくは反応してこれを形成する担体材料を使用して一緒に架橋される。
【０００７】
新規材料の一実施形態では、触媒効率をさらに増強し、最小限のＰＧＭを使用する一方、触媒エージングの効果を低減する触媒粒子が望ましい。
【０００８】
一部の実施形態では、触媒材料は、多孔質担体、および多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む。
【０００９】
一部の実施形態では、触媒材料は、ミクロンサイズ粒子である。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、ロジウムを含む。
【００１０】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１：２の白金：パラジウム〜約２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約２：１の白金：パラジウム〜約１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金族金属を含む。
【００１１】
一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する。
【００１２】
一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、金属酸化物を含む支持体ナノ粒子は、酸化アルミニウムを含む。一部の実施形態では、金属酸化物を含む支持体ナノ粒子は、酸化セリウムを含む。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、混合金属酸化物である。一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。
【００１３】
一部の実施形態では、多孔質担体は、重合レゾルシノールから形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、シリカを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、非晶質炭素を含む混合物から形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化アルミニウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化セリウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、混合金属酸化物であり、またはこれを含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、約２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。これらの実施形態のそれぞれでは、多孔質担体は、ナノ粒子または複合ナノ粒子の周囲に形成され、ナノ粒子または複合ナノ粒子は、多孔質担体中に包埋される。
【００１４】
一部の実施形態では、多孔質担体は、約１ｎｍ〜約２００ｎｍの平均孔径を有する。
【００１５】
一部の実施形態では、多孔質触媒材料を生成する方法は、複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、複合ナノ粒子は、固化担体内に包埋されている、ステップと；多孔質触媒材料を形成するために固化担体の一部を除去するステップとを含む。これらの実施形態では、多孔質担体は、ナノ粒子または複合ナノ粒子の周囲に形成される。
【００１６】
一部の実施形態では、ナノ粒子または複合ナノ粒子の周囲に形成された固化担体の一部を除去するステップは、固化担体をか焼して固化担体の一部を焼き取ることを含む。一部の実施形態では、本方法は、複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する流体と混合するステップの前に分散複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、アルミニウム、シリカ、レゾルシノール、または非晶質炭素のうちの１種または複数を含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、アルミニウムおよびレゾルシノールを含み；アルミニウムは、酸化アルミニウムとして存在しうる。一部の実施形態では、担体前駆体は、セリウムおよびレゾルシノールを含み；セリウムは、酸化セリウムとして存在しうる。一部の実施形態では、担体前駆体は、混合金属酸化物を含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。
【００１７】
一部の実施形態では、担体前駆体は、アルミニウムおよび非晶質炭素を含み；アルミニウムは、酸化アルミニウムの形態で存在しうる。一部の実施形態では、担体前駆体は、セリウムおよび非晶質炭素を含み；セリウムは、酸化セリウムの形態で存在しうる。一部の実施形態では、担体前駆体は、沈殿によって固化され、複合ナノ粒子は、固化担体とともに共沈する。一部の実施形態では、担体前駆体は、重合によって固化される。
【００１８】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、ロジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１：２の白金：パラジウム〜約２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約２：１の白金：パラジウム〜約１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない。
【００１９】
一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約５０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約４０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約３０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約２０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．５％〜約１．５％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの平均直径を有する。
【００２０】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約０．３ｎｍから約１０ｎｍの間の平均直径を有する。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化アルミニウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化セリウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、混合金属酸化物であり、またはこれを含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。一部の実施形態では、触媒材料はか焼される。一部の実施形態では、本方法は、得られた触媒材料を加工してミクロンサイズ粒子にするステップをさらに含む。一部の実施形態では、得られた触媒材料は、すり砕かれてミクロンサイズ粒子を形成する。
【００２１】
一部の実施形態では、被覆基材は、基材、および触媒活性粒子を含むウォッシュコート層を含み、触媒活性粒子は、多孔質担体、および多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む。多孔質担体は、複合ナノ粒子の周囲に形成される。
【００２２】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、重合レゾルシノールから形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、シリカを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、非晶質炭素を含む混合物から形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化アルミニウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化セリウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、混合金属酸化物であり、またはこれを含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物であり、またはこれを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質担体は、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する。一部の実施形態では、基材は、コーディエライトを含む。一部の実施形態では、基材は、ハニカム構造を含む。これらの実施形態では、多孔質担体は、ナノ粒子または複合ナノ粒子の周囲に形成される。
【００２３】
一部の実施形態では、触媒コンバーターは、被覆基材を含む。一部の実施形態では、排気処理システムは、排ガス用流路および触媒コンバーターを含む。
【００２４】
一部の実施形態では、ウォッシュコート組成物は、触媒活性粒子を含み、触媒活性粒子は、多孔質担体、および多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む。多孔質担体は、複合ナノ粒子の周囲に形成される。
【００２５】
一部の実施形態では、触媒活性粒子は、３から５の間のｐＨで水媒体中に懸濁される。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、重合レゾルシノールから形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、シリカを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、非晶質炭素を含む混合物から形成される。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化アルミニウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化セリウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、混合金属酸化物であり、またはこれを含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物であり、またはこれを含む。一部の実施形態では、多孔質担体は、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質担体は、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する。
【００２６】
一部の実施形態では、被覆基材を形成する方法は、基材をウォッシュコート組成物で被覆するステップを含む。本方法は、ウォッシュコート組成物で被覆した後に基材をか焼するステップをさらに含みうる。
【００２７】
一部の実施形態では、触媒材料は、可燃性成分および非可燃性成分を含む担体、ならびにゲル内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む。
【００２８】
一部の実施形態では、可燃性成分は、非晶質炭素である。一部の実施形態では、可燃性成分は、可燃性ゲルである。一部の実施形態では、可燃性成分は、重合レゾルシノールである。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、ロジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、０．００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の白金族金属を含む。
【００２９】
一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、金属酸化物を含む支持体ナノ粒子は、酸化アルミニウムを含む。一部の実施形態では、金属酸化物を含む支持体ナノ粒子は、酸化セリウムを含む。一部の実施形態では、金属酸化物を含む支持体ナノ粒子は、混合金属酸化物を含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。
【００３０】
一部の実施形態では、触媒材料を生成する方法は、複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、複合ナノ粒子は、複合ナノ粒子の周囲に形成された固化担体内に包埋されている、ステップとを含む。
【００３１】
一部の実施形態では、本方法は、複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する流体と混合するステップの前に分散複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、可燃性成分および非可燃性成分を含む。一部の実施形態では、可燃性成分は、レゾルシノールまたは非晶質炭素を含む。一部の実施形態では、非可燃性成分は、アルミニウムまたはシリカを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、塩化アルミニウムを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、硝酸セリウムを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、硝酸セリウムおよびオキシ硝酸ジルコニウムを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、および酢酸ランタンを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、酢酸ランタン、および硝酸イットリウムを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、沈殿によって固化され、複合ナノ粒子は、固化担体とともに共沈する。一部の実施形態では、担体前駆体は、重合によって固化される。
【００３２】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、少なくとも１種の白金族金属を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、ロジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含み、パラジウムを実質的に含まない。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含み、白金を実質的に含まない。
【００３３】
一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約５０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約４０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約３０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．００１％〜約２０％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約０．５％〜約１．５％の白金族金属を含む。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの平均直径を有する。
【００３４】
一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子は、金属酸化物を含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化アルミニウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、酸化セリウムであり、またはこれを含む。一部の実施形態では、金属酸化物は、混合金属酸化物であり、またはこれを含み；一部の実施形態では、混合金属酸化物は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物であり、またはこれを含む。
【００３５】
一部の実施形態では、本発明は、ナノ粒子および多孔質担体材料を含む多孔質材料を含む。ナノ粒子は、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、もしくは複合ナノ粒子のいずれか１種であり得；または金属酸化物ナノ粒子と複合ナノ粒子の混合物、例えば、酸化アルミニウムナノ粒子と複合ナノ粒子、もしくは酸化セリウムナノ粒子と複合ナノ粒子などであり得；または混合金属酸化物ナノ粒子と複合ナノ粒子の混合物であり得；または金属酸化物ナノ粒子と混合金属酸化物ナノ粒子の混合物であり得；または金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、および複合ナノ粒子の混合物でありうる。上記実施形態のいずれにおいても、金属酸化物ナノ粒子は、酸化アルミニウムを含み得、または金属酸化物ナノ粒子は、酸化セリウムを含み得、または金属酸化物ナノ粒子は、酸化アルミニウムナノ粒子と酸化セリウムナノ粒子の混合物を含み得、または金属酸化物ナノ粒子は、酸化アルミニウムナノ粒子、酸化セリウムナノ粒子、セリウム−ジルコニウム酸化物ナノ粒子、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物ナノ粒子、およびセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物ナノ粒子の混合物を含みうる。上記実施形態のいずれにおいても、複合ナノ粒子は、触媒ナノ粒子および支持体ナノ粒子を含み得；支持体ナノ粒子は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物でありうる。上記実施形態のいずれにおいても、触媒ナノ粒子は、ロジウム、白金、パラジウム、または白金とパラジウムの合金を含みうる。上記実施形態のいずれにおいても、多孔質担体材料は、酸化アルミニウムであり得；好適な実施形態では、多孔質担体材料は、金属酸化物ナノ粒子が担体材料中に存在し、酸化アルミニウムであるとき、かつ／または複合ナノ粒子が担体材料中に存在し、複合ナノ粒子の支持体ナノ粒子が酸化アルミニウムであるとき、酸化アルミニウムである。上記実施形態のいずれにおいても、多孔質担体材料は、酸化セリウムであり得；好適な実施形態では、多孔質担体材料は、金属酸化物ナノ粒子が担体材料中に存在し、酸化セリウムであるとき、かつ／または複合ナノ粒子が担体材料中に存在し、複合ナノ粒子の支持体ナノ粒子が酸化セリウムであるとき、酸化セリウムである。上記実施形態のすべてにおいて、多孔質担体材料は、ナノ粒子の周囲に形成される。上記実施形態のすべてにおいて、ナノ粒子および多孔質担体材料を含む多孔質材料は、粉砕され、または別の方法で成形されて、ナノ粒子および多孔質担体材料を含む多孔質材料のミクロンサイズ粒子になることができる。複合ナノ粒子が存在し、複合粒子の支持体粒子の組成が別段に指定されていない上記実施形態のすべてにおいて、支持体ナノ粒子は、混合金属酸化物でありうる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の一部の実施形態による触媒コンバーターを例示する図である。図１Ａは、図１の一部の拡大図を示す。
【００３７】
【図２】図２は、標準的な市販の触媒コンバーター（黒四角、黒菱形、および黒三角）ならびに米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載の「ナノ−オン−ナノ−オン−ミクロン」またはＮＮｍ粒子を使用する触媒コンバーター（黒丸）に対する本発明の一実施形態を使用する触媒コンバーター（白三角）のＣＯライトオフ温度対ＰＧＭ装填量のグラフである。
【００３８】
【図３】図３は、標準的な市販の触媒コンバーター（黒四角、黒菱形、および黒三角）ならびに米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載の「ナノ−オン−ナノ−オン−ミクロン」またはＮＮｍ粒子を使用する触媒コンバーターに対する本発明の別の実施形態を使用する触媒コンバーター（白三角）のＣＯライトオフ温度対ＰＧＭ装填量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
触媒活性材料、例えば、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子を含む粒子、ウォッシュコート、層、および触媒コンバーターが記載されている。これらの材料を作製する方法およびこれらの材料を使用する方法も記載されている。多孔質担体内に複合ナノ粒子触媒を包埋することによって、記載される触媒は、湿式化学法、またはナノ粒子を使用する他の技術を使用して調製される触媒などの先の触媒と比べて、一酸化炭素「ライトオフ」温度の低下および白金族金属装填量の低下によって、例示された性能が増大することが判明した。
【００４０】
記載される多孔質担体は、複合ナノ粒子の周囲に形成される。複合ナノ粒子を包囲する多孔質担体は、排ガスなどの処理される流体が、多孔質担体の孔を通じて徐々に流れ、多孔質担体内に包埋された非常に高い表面積の触媒粒子と接触するのを可能にする。この高い表面は、例えば、より少ない量の白金族金属を必要とすることによって、より効率的である触媒作用を可能にする。複合ナノ粒子を包囲する多孔質担体はまた、複合ナノ粒子を適所に固定して触媒粒子の塊状凝集を低減する。多孔質担体内に包埋された触媒複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子に付着した触媒ナノ粒子を含み、「ナノ−オン−ナノ」複合ナノ粒子を形成することができる。多孔質担体は、複合ナノ粒子の担体として既製の多孔質担体粒子（ミクロンサイズアルミナ粒子など）を使用する方法と対照的に、複合ナノ粒子の周囲に形成される。多孔質担体は、多孔質担体の前駆体中にナノ粒子を分散させ；次いで多孔質担体の前駆体が多孔質担体に変換され、こうして複合ナノ粒子の周囲に多孔質担体が形成されることによって複合ナノ粒子の周囲に形成される。
【００４１】
当業者に明白なように、本明細書において、用語「包埋された」は、多孔質担体中に包埋されたナノ粒子を記載するとき、一般に本明細書に記載の方法を使用することによって多孔質担体がナノ粒子の周囲に形成されるとき生じる多孔質担体中のナノ粒子の構成を指す。すなわち、得られる構造は、ナノ粒子の周囲に、またはこれを包囲して構築される多孔質担体の足場を伴ってナノ粒子を含有する。多孔質担体は、ナノ粒子を包含する一方、同時に、その多孔度によって、多孔質担体は、外部のガスを包埋されたナノ粒子と接触させることを可能にする。
【００４２】
本明細書に記載するように、包埋された複合ナノ粒子を含む多孔質担体は、ミクロンサイズ触媒粒子を生成するのに使用することができる。この構成は、既製のミクロンサイズ担体粒子の表面上だけに、またはその表面アクセス可能な孔の中に複合ナノ粒子を持つミクロンサイズ粒子に対して多くの利点をもたらす（表面アクセス可能な孔は、複合ナノ粒子を受け入れるのに十分大きく、表面から複合ナノ粒子にアクセス可能なミクロンサイズ担体粒子の孔である）。ミクロンサイズ粒子の表面上に、またはその表面アクセス可能な孔の中に複合ナノ粒子を持つミクロンサイズ担体粒子を使用する技術では、複合ナノ粒子のスラリーが一般に、初期湿潤のポイントまで、既製のミクロンサイズ粒子、例えば、市販のミクロンサイズ金属酸化物粒子に塗布される。そのプロセスは、ミクロンサイズ担体粒子の表面上の、および複合ナノ粒子を受け入れるのに十分大きいミクロンサイズ担体粒子の孔（表面アクセス可能な孔）の中の複合ナノ粒子を含浸させる。さらに、ミクロンサイズ担体粒子の表面上のみに複合ナノ粒子を塗布する場合、一部の複合ナノ粒子は、ミクロン粒子の孔の中の他の複合ナノ粒子の下に埋もれる場合があり、したがって標的ガスにアクセスできず、触媒活性に寄与することができない。
【００４３】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれているＵＳ２０１１／０１４３９１５に記載されたものなどの複合ナノ粒子を、担体前駆体を含む流体と混合することによって生成される。次いで担体前駆体は、例えば、担体前駆体成分の沈殿または重合によって固化され、担体内に包埋された複合ナノ粒子を固定する。しかし、複合ナノ粒子の周囲に形成される担体の高い多孔度は、多孔質担体を通じて流れるガスが包埋されたナノ粒子と接触することができるのを保証する。一部の実施形態では、担体前駆体は、可燃性成分、例えば、重合有機ゲルまたは非晶質炭素、および非可燃性成分、例えば、金属酸化物など、例えば、酸化アルミニウムを含む。一部の実施形態では、担体前駆体は、可燃性成分、例えば、重合有機ゲルまたは非晶質炭素、および非可燃性成分、例えば、金属酸化物の前駆体など、例えば、塩化アルミニウム、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、酢酸ランタン、または硝酸イットリウムを含む。一部の実施形態では、固化担体の一部、例えば、可燃性成分は、例えば、材料をか焼することによって除去され、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子をもたらす。一部の実施形態では、得られる触媒材料は、加工されて「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロ」または「ＮＮｉＭ」粒子と呼ばれるミクロンサイズ粒子になる。
【００４４】
ＮＮｉＭ粒子は、多くの触媒用途で使用することができる。例えば、一部の実施形態では、ＮＮｉＭ粒子は、触媒コンバーターを作製するのに使用される触媒基材上に被覆することができるウォッシュコート配合物中に使用されうる。ＮＮｉＭ粒子を使用する被覆基材および触媒コンバーターは、車両によって排出される排ガスを効率的に触媒する。
【００４５】
ＮＮｉＭ粒子を生成するのに使用される複合ナノ粒子は、ナノ−オン−ナノ複合ナノ粒子を形成するのに一緒に結合された触媒ナノ粒子および支持体ナノ粒子を含む。次いでこれらの複合ナノ粒子は、複合ナノ粒子の周囲に形成された多孔質担体内に包埋することができ、これらは、ミクロンサイズ触媒活性粒子を形成するのに使用することができる。複合ナノ粒子は、例えば、一貫したナノ−オン−ナノ複合粒子が生成される様式でプラズマ反応器内で生成することができる。次いでこれらの複合粒子は、複合ナノ粒子の周囲に形成される多孔質担体内に包埋され、これらは、包埋された複合ナノ粒子を含む多孔質ミクロンサイズ触媒活性粒子を生成するのに使用することができ、それらは、以前の触媒、例えば、ミクロンサイズ粒子の表面上に配置された複合ナノ粒子を使用するものなどの湿式化学法または他のナノ粒子技術を使用して調製される触媒などと比較して、触媒の寿命にわたるより良好な性能、および／または触媒の生涯にわたる性能のより少ない低減をもたらしうる。
【００４６】
数値が用語「約」または用語「およそ」を使用して本明細書で表現される場合、指定された値および指定された値に適度に近い値の両方が含まれることが理解される。例えば、記述「約５０℃」または「およそ５０℃」は、５０℃自体の開示および５０℃に近い値の両方を含む。したがって、語句「約Ｘ」または「およそＸ」は、値Ｘ自体の記述を含む。「およそ５０℃〜６０℃」などの範囲が示されている場合、終点によって指定された値の両方が含まれ、各終点または両方の終点に近い値が各終点または両方の終点について含まれており；すなわち、「およそ５０℃〜６０℃」は、「５０℃〜６０℃」および「およそ５０℃〜およそ６０℃」の両方を記述しているのと等価であると理解される。
【００４７】
単語「実質的に」は、「完全に」を除外しない。例えば、Ｙを「実質的に含まない」組成物は、Ｙを完全に含まない場合がある。用語「実質的に含まない」は、微量のまたは天然に存在する不純物を許容する。製作中、または稼動中（特に長い時間にわたって）、１つのウォッシュコート層中に存在する少量の材料が他のウォッシュコート層中に拡散し、マイグレートし、または他の方法で移動しうることに留意されるべきである。したがって、用語「〜の実質的な非存在」および「〜を実質的に含まない」の使用は、言及される少量の材料を絶対的に除外するとして解釈されるべきでない。必要な場合、単語「実質的に」は、本発明の定義から省略される場合がある。
【００４８】
本開示は、いくつかの実施形態を提供する。任意の実施形態からの任意の特徴を、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。この様式において、開示した特徴のハイブリッド構成は、本発明の範囲内である。
【００４９】
組成物中の相対重量百分率への言及は、組成物中のすべての成分の組み合わせた総重量百分率が合計すると１００になることを仮定することが理解される。１種または複数の成分の相対重量百分率は、組成物中の成分の重量パーセントが組み合わさって合計１００になるように上方または下方に調整されてもよく、ただし、任意の特定の成分の重量パーセントは、その成分の指定された範囲の限界の外に行かないことがさらに理解される。
【００５０】
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」が粒子のコレクションを指すという注意を除いて等価である。本発明は、多種多様な粉末および粒子に適用することができる。用語「ナノ粒子」および「ナノサイズ粒子」は一般に、直径が数ナノメートルの程度の、典型的には約０．３ｎｍ〜５００ｎｍ、約０．５ｎｍ〜５００ｎｍ、約１ｎｍ〜５００ｎｍ、約１ｎｍ〜１００ｎｍ、約１ｎｍ〜５０ｎｍ、約０．３ｎｍ〜約１０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの間の粒子を包含するように当業者によって理解される。好ましくは、ナノ粒子は、２５０ナノメートル未満の平均粒度を有する。一部の実施形態では、ナノ粒子は、約５０ｎｍもしくはそれ未満、約３０ｎｍもしくはそれ未満、または約２０ｎｍもしくはそれ未満、または約１０ｎｍもしくはそれ未満、または約５ｎｍもしくはそれ未満、または約１ｎｍもしくはそれ未満、または約０．５ｎｍもしくはそれ未満、または約０．３ｎｍもしくはそれ未満の平均粒度を有する。追加の実施形態では、ナノ粒子は、約５０ｎｍもしくはそれ未満、約３０ｎｍもしくはそれ未満、または約２０ｎｍもしくはそれ未満、または約１０ｎｍもしくはそれ未満、または約５ｎｍもしくはそれ未満、または約１ｎｍもしくはそれ未満、または約０．５ｎｍもしくはそれ未満、または約０．３ｎｍもしくはそれ未満の平均直径を有する。粒子のアスペクト比は、粒子の最短寸法で除された粒子の最長寸法として定義され、好ましくは１から１０の間、より好ましくは１から２の間、さらにより好ましくは１から１．２の間である。
【００５１】
「粒度」は、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）標準（ＡＳＴＭ  Ｅ１１２−１０を参照）を使用して測定される。粒子の直径を計算するとき、その最長および最短の寸法の平均が取られ、したがって、長軸２０ｎｍおよび短軸１０ｎｍを有する卵形粒子の直径は、１５ｎｍである。粒子の集団の平均直径は、個々の粒子の直径の平均であり、当業者に公知の様々な技法によって測定することができる。一部の実施形態では、ナノ粒子は、約５０ｎｍもしくはそれ未満、約３０ｎｍもしくはそれ未満、または約２０ｎｍもしくはそれ未満、または約１０ｎｍもしくはそれ未満、または約５ｎｍもしくはそれ未満、または約１ｎｍもしくはそれ未満、または約０．５ｎｍもしくはそれ未満、または約０．３ｎｍもしくはそれ未満の粒度を有する。追加の実施形態では、ナノ粒子は、約５０ｎｍもしくはそれ未満、約３０ｎｍもしくはそれ未満、または約２０ｎｍもしくはそれ未満、または約１０ｎｍもしくはそれ未満、または約５ｎｍもしくはそれ未満、または約１ｎｍもしくはそれ未満、または約０．５ｎｍもしくはそれ未満、または約０．３ｎｍもしくはそれ未満の直径を有する。
【００５２】
用語「ミクロ粒子」、「ミクロサイズ粒子」、「ミクロン粒子」、および「ミクロンサイズ粒子」は一般に、直径が数マイクロメートルの程度の、例えば、約０．５μｍ〜１０００μｍ、約１μｍ〜１０００μｍ、約１μｍ〜１００μｍ、または約１μｍ〜５０μｍの間などの粒子を包含するように理解される。さらに、本開示で使用する用語「白金族金属」（「ＰＧＭ」と省略される）は、周期表で一緒に集まった６種の金属元素について使用される総称を指す。６種の白金族金属は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金である。
【００５３】
複合ナノ粒子触媒
ＮＮｉＭ粒子を生成するのに使用される複合ナノ粒子触媒は、「ナノ−オン−ナノ」複合ナノ粒子を形成するために支持体ナノ粒子に付着された触媒ナノ粒子を含む。一部の実施形態では、次いで複数のナノ−オン−ナノ粒子が多孔質担体内に包埋され、これらは、触媒ミクロ粒子を形成するのに使用することができる。これらの触媒ミクロ粒子を使用すると、例えば、触媒コンバーターで使用される場合、湿式化学法によって調製される現在利用可能な市販の触媒コンバーターと比較して、白金族金属含量の必要量を低減し、かつ／または性能を有意に増強することができる。湿式化学法では一般に、白金族金属イオンまたは金属塩の溶液が使用され、これらは、既に形成された支持体（典型的にはミクロンサイズ粒子）に含浸され、触媒として使用するために元素形態の白金族金属に還元される。例えば、塩化白金酸、Ｈ２ＰｔＣｌ６の溶液をアルミナミクロ粒子に塗布し、その後、乾燥させ、か焼し、アルミナ上に白金を沈殿させることができる。アルミナなどの金属酸化物支持体上に湿式化学法によって堆積される白金族金属は、触媒コンバーター内で遭遇される温度などの高温で移動性である。すなわち、高温で、白金族金属原子は、これらが堆積されている表面上をマイグレートすることができ、他のＰＧＭ原子と一緒に集塊を形成する。ＰＧＭの微粉化した部分は、高温への曝露時間が増大するにつれて、組み合わさって白金族金属のますます大きい塊状凝集になる。この塊状凝集は、触媒表面積を低減し、触媒コンバーターの性能を劣化させる。この現象は、触媒コンバーターの「エージング」と呼ばれる。
【００５４】
プラズマ合成によって生成される複合ナノ粒子では、触媒白金族金属は一般に、湿式化学法によって堆積された白金族金属よりはるかに低い移動度を有する。得られるプラズマで生成される触媒は、湿式化学で生成される触媒よりはるかに遅い速度でエージングする。したがって、プラズマで生成される触媒を使用する触媒コンバーターは、より長い時間にわたってエンジンによって排出されるガスに曝露される触媒のより大きい表面積を維持することができ、より良好な排出性能をもたらす。その開示全体が参照により本明細書に組み込まれているＵＳ２０１１／０１４３９１５の段落００１４〜００２２に記載されているように、Ｐｔ／Ｐｄ−アルミナ複合ナノ粒子は、アルゴン／水素作動ガスを使用し、またはいくつかのパラジウムフィード金属（feed  metal）の存在下でアルゴン／水素作動ガスを使用するなどによって還元条件下で生成される場合、白金族金属触媒ナノ粒子が堆積されている支持体ナノ粒子上に部分還元アルミナ表面をもたらす。部分還元アルミナ表面、またはＡｌ２Ｏ（３−ｘ）（式中ｘは、０超であるが３未満である）は、高温でのアルミナ表面上の白金族金属のマイグレーションを阻害する。これは、ひいては、粒子が長期の高温に曝露されるとき、白金族金属の塊状凝集を制限する。このような塊状凝集は、多くの触媒用途にとって望ましくなく、理由は、それが反応に利用可能な白金族金属触媒の表面積を低減するためである。
【００５５】
一実施形態では、白金族ナノサイズ触媒粒子は、ナノサイズ支持体粒子上に配置される。一部の実施形態では、ナノサイズ触媒粒子は、白金族金属、例えば、白金、パラジウム、白金／パラジウム合金、またはロジウムなどである。白金族金属が一般に記載されているが、すべての金属が企図されている。他の金属、例えば、遷移金属および卑金属なども触媒性質を呈する。一般に、遷移金属は、スカンジウム、チタン、クロム、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、タンタル、タングステン、および水銀を含む。卑金属は、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム、スズ、アンチモン、鉛、インジウム、テルル、ビスマス、およびポロニウムを含む。一部の実施形態では、ナノサイズ触媒粒子は、２種またはそれ超の白金族金属、例えば、白金およびパラジウムなどの合金を含む。一部の実施形態では、ナノサイズ触媒粒子が白金およびパラジウムの両方を含むときなど、金属は、任意の比、例えば、重量によって約１：１の白金：パラジウム、重量によって約５０：１の白金：パラジウム、または約２：１の白金：パラジウム、または約１０：１の白金：パラジウム、または約２５：１の白金：パラジウムなどで見出されうる。一部の実施形態では、白金とパラジウムの比は、約１：５０の白金：パラジウム、または約１：２５の白金：パラジウム、または約１：１０の白金：パラジウム、または約１：２の白金：パラジウムでありうる。一部の実施形態では、単一の触媒金属、例えば、パラジウムを実質的に含まない白金、または白金を実質的に含まないパラジウムが使用される。
【００５６】
複合ナノ粒子の一部の実施形態では、１つまたは複数のナノサイズ触媒粒子がナノサイズ支持体粒子上に配置される。ナノサイズ支持体粒子上に配置された単一のナノサイズ触媒粒子を含む実施形態では、ナノサイズ触媒粒子は、同種金属であり得、または金属合金でありうる。２種またはそれ超のナノサイズ触媒粒子を含む実施形態では、各ナノサイズ触媒粒子は、同種金属または合金であり得、ナノサイズ触媒粒子は、同じ同種金属もしくは合金、または異なる同種金属もしくは合金から構成されうる。一部の実施形態では、ナノサイズ支持体粒子は、酸化物でありうる。例として、酸化物、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、セリア（酸化セリウム、ＣｅＯ２）、バリア（ＢａＯ）、ランタナ（Ｌａ２Ｏ３）、およびイットリア（Ｙ２Ｏ３）などを使用することができる。他の有用な酸化物は、当業者に明らかとなる。
【００５７】
一部の実施形態では、白金族金属と酸化アルミニウムなどの支持体材料との相対的比率は、約０．００１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約５０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約６０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約７０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、例えば、約０．０４ｗｔ％〜約５ｗｔ％の白金族金属と約９５ｗｔ％〜約９９．９ｗｔ％の酸化アルミニウムなどの範囲でありうる。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ粒子の一部の実施形態では、材料は、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のパラジウム、および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化アルミニウム；さらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．０１ｗｔ％〜約０．１ｗｔ％のパラジウム、および約９７．９ｗｔ％〜約９９．１ｗｔ％；なおさらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．１ｗｔ％〜約０．３ｗｔ％のパラジウム、および約９８．２ｗｔ％〜約９９．４ｗｔ％の酸化アルミニウムの範囲である。ＮＮｉＭ粒子で使用される例示的な複合ナノ−オン−ナノ粒子は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化アルミニウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化アルミニウムを含む。
【００５８】
一部の実施形態では、白金族金属（白金、パラジウム、白金／パラジウム合金、またはロジウムなど）と酸化セリウムなどの支持体材料との相対的比率は、約０．００１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約５０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約６０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約７０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の金属酸化物、例えば、約０．０４ｗｔ％〜約５ｗｔ％の白金族金属（複数可）と約９５ｗｔ％〜約９９．９ｗｔ％の酸化セリウムなどの範囲でありうる。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ粒子の一部の実施形態では、材料は、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のパラジウム、および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム；さらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．０１ｗｔ％〜約０．１ｗｔ％のパラジウム、および約９７．９ｗｔ％〜約９９．１ｗｔ％；なおさらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．１ｗｔ％〜約０．３ｗｔ％のパラジウム、および約９８．２ｗｔ％〜約９９．４ｗｔ％の酸化セリウムなどの範囲である。ＮＮｉＭ粒子で使用される例示的な複合ナノ−オン−ナノ粒子は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウムを含む。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ粒子の一部の実施形態では、材料は、約０．００１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のロジウムおよび約５０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０．００１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のロジウムおよび約６０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０．００１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％のロジウム、および約７０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のロジウムおよび約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム；さらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１０ｗｔ％のロジウムおよび約９０ｗｔ％〜約９９．５ｗｔ％の酸化セリウム；なおさらなる実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約２ｗｔ％のロジウムおよび約９８ｗｔ％〜約９９．５ｗｔ％の酸化セリウムの範囲である。ＮＮｉＭ粒子で使用される例示的な複合ナノ−オン−ナノ粒子は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウムを含む。ＮＮｉＭ粒子で使用される別の例示的な複合ナノ−オン−ナノ粒子は、約３ｗｔ％のロジウムおよび約９７ｗｔ％の酸化セリウムを含む。上記実施形態のいずれにおいても、酸化セリウム支持体材料は、支持体材料としてセリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物によって置き換えることができる。セリウム−ジルコニウム酸化物が支持体材料として使用されるとき、それは、約１０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約３０ｗｔ％の酸化セリウム〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、例えば、約１０ｗｔ％〜５５ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約４５ｗｔ％の酸化セリウム〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、約１０ｗｔ％〜４５ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約５５ｗｔ％の酸化セリウム〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、約１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約７０ｗｔ％の酸化セリウム〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、または約１５ｗｔ％〜２５ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約７５ｗｔ％の酸化セリウム〜８５ｗｔ％の酸化セリウムなどの組成を有することができ；一実施形態では、セリウム−ジルコニウム酸化物は、約２０ｗｔ％の酸化ジルコニウムおよび約８０ｗｔ％の酸化セリウムである。セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物が支持体材料として使用されるとき、それは、約５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の酸化ランタン、および約４０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、例えば、約５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化ランタン、および約６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、約５ｗｔ％〜３０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の酸化ランタン、および約６０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、約５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約５ｗｔ％〜１０ｗｔ％の酸化ランタン、および約７０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の酸化セリウム、約５ｗｔ％〜１５ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約３ｗｔ％〜７ｗｔ％の酸化ランタン、および約７８ｗｔ％〜９２ｗｔ％の酸化セリウムなどの組成を有することができ；一実施形態では、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物は、約１０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約４ｗｔ％の酸化ランタン、および約８６ｗｔ％の酸化セリウムである。セリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物が支持体材料として使用されるとき、それは、約３ｗｔ％〜３０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約３ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化ランタン、約３ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化イットリウム、および約３０ｗｔ％〜９１ｗｔ％の酸化セリウム、約５ｗｔ％〜１５ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約２．５ｗｔ％〜７．５ｗｔ％の酸化ランタン、約２．５ｗｔ％〜７．５ｗｔ％の酸化イットリウム、および約７０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の酸化セリウムの組成を有することができ；一実施形態では、セリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物は、約１０ｗｔ％の酸化ジルコニウム、約５ｗｔ％の酸化ランタン、約５ｗｔ％の酸化イットリウム、および約８０ｗｔ％の酸化セリウムである。
【００５９】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約０．３ｎｍから約１０ｎｍの間、例えば、約１ｎｍ〜約５ｎｍの間、すなわち、約３ｎｍ＋／−２ｎｍなどの平均直径または平均粒度を有する。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、およそ０．３ｎｍ〜およそ１ｎｍの間の平均直径または平均粒度を有し、一方、他の実施形態では、触媒ナノ粒子は、およそ１ｎｍ〜およそ５ｎｍの間の平均直径または平均粒度を有し、一方、他の実施形態では、触媒ナノ粒子は、およそ５ｎｍ〜およそ１０ｎｍの間の平均直径または平均粒度を有する。一部の実施形態では、支持体ナノ粒子、例えば、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含むものなどは、約２０ｎｍもしくはそれ未満；または約１５ｎｍもしくはそれ未満；または約１０ｎｍもしくはそれ未満；または約５ｎｍもしくはそれ未満；または約２ｎｍもしくはそれ未満；または約２ｎｍから約５ｎｍの間、すなわち、３．５ｎｍ＋／−１．５ｎｍ；または２ｎｍから約１０ｎｍの間、すなわち、６ｎｍ＋／−４ｎｍ；または約１０ｎｍから約２０ｎｍの間、すなわち、約１５ｎｍ＋／−５ｎｍ；または約１０ｎｍから約１５ｎｍの間、すなわち、約１２．５ｎｍ＋／−２．５ｎｍの平均直径を有する。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、約２ｎｍ〜約２０ｎｍ、すなわち、１１ｎｍ＋／−９ｎｍ；または約４ｎｍ〜約１８ｎｍ、すなわち、１１＋／−７ｎｍ；または約６ｎｍ〜約１６ｎｍ、すなわち、１１＋／−５ｎｍ；または約８ｎｍ〜約１４ｎｍ、すなわち、約１１ｎｍ＋／−３ｎｍ；または約１０ｎｍ〜約１２ｎｍ、すなわち、約１１＋／−１ｎｍ；または約１０ｎｍ；または約１１ｎｍ；または約１ｎｍの平均直径または平均粒度を有する。
【００６０】
２種またはそれ超のナノ粒子（触媒または支持体）を含む複合ナノ粒子は、「ナノ−オン−ナノ」粒子または「ＮＮ」粒子と呼ばれる場合がある。
【００６１】
プラズマベース法による複合ナノ粒子（「ナノ−オン−ナノ」粒子または「ＮＮ」粒子）の生成
適当な触媒の生成における初期ステップでは、複合ナノ粒子を生成する。複合ナノ粒子は、１種または複数の触媒ナノ粒子、および１種または複数の支持体ナノ粒子を含む。好ましくは、触媒ナノ粒子は、１種または複数の白金族金属、例えば、ロジウム、白金、パラジウム、または白金／パラジウム合金などを含み、支持体ナノ粒子は、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、または酸化セリウム、またはセリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物などである。名称「ナノ粒子」が暗示するように、ナノ粒子は、数ナノメートルの程度のサイズを有する。
【００６２】
複合ナノ粒子は、白金族金属（複数可）などの１種または複数の触媒材料、および金属酸化物などの１種または複数の支持体材料を、材料が蒸発させられるプラズマ銃にフィードすることによって、プラズマ反応器法によって形成することができる。ＵＳ２０１４／０２６３１９０および国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０２４９３号に記載されたハイスループット粒子生成システムを、複合ナノ粒子を生成するのに使用することができる。プラズマ合成に適した他の装置は、米国特許出願公開第２００８／０２７７２６７号および米国特許第８，６６３，５７１号に開示されている。ＵＳ２０１１／０１４３０４１に開示されたものなどのプラズマ銃を使用することができ、ＵＳ５，９８９，６４８、ＵＳ６，６８９，１９２、ＵＳ６，７５５，８８６、およびＵＳ２００５／０２３３３８０に開示されたものなどの技法を、プラズマを生成するのに使用することができる。アルゴンなどの作動ガスがプラズマを生成するためにプラズマ銃に供給され；一実施形態では、アルゴン／水素混合物（１０：１のＡｒ／Ｈ２の比で）が作動ガスとして使用される。一実施形態では、一般に直径が約０．５〜６ミクロンの金属粒子の形態である１種または複数の白金族金属、例えば、ロジウム、白金、パラジウム、または白金とパラジウムの混合物などを、アルゴンなどの担体ガスストリーム中の流動化粉末としてプラズマ反応器内に導入することができる。一部の実施形態では、２種またはそれ超の白金族金属、例えば、白金とパラジウムの混合物などが、任意の比、例えば、重量によって約１：１の白金：パラジウム〜重量によって約５０：１の白金：パラジウム、または約２：１の白金：パラジウム、または約１０：１の白金：パラジウム、または約２５：１の白金：パラジウムなどで添加される場合がある。支持体材料、例えば、約１５〜２５ミクロンの直径の粒径での金属酸化物、典型的には酸化アルミニウムもしくは酸化セリウム、または酸化セリウムおよび酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、および酸化ランタン、もしくは酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、および酸化イットリウムの混合物も、担体ガス中の流動化粉末として導入される。一部の実施形態では、材料の組成は、好ましくは、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金族金属および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化アルミニウム、さらにより好ましくは約０．０４ｗｔ％〜約５ｗｔ％の白金族金属および約９５ｗｔ％〜約９９．９ｗｔ％の酸化アルミニウムの範囲を有する。複合ナノ粒子を形成するのに使用することができる材料の例示的範囲は、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のパラジウム、および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化アルミニウム；一部の実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．０１ｗｔ％〜約０．１ｗｔ％のパラジウム、および約９７．９ｗｔ％〜約９９．１ｗｔ％の酸化アルミニウム；さらなる実施形態では、約．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．１ｗｔ％〜約０．３ｗｔ％のパラジウム、および約９８．２ｗｔ％〜約９９．４ｗｔ％の酸化アルミニウムである。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ−オン−ナノ粒子を形成するのに有用な例示的な組成は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化アルミニウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化アルミニウムを構成する。他の実施形態では、材料組成は、好ましくは、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金族金属および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、さらにより好ましくは約０．０４ｗｔ％〜約５ｗｔ％の白金族金属および約９５ｗｔ％〜約９９．９ｗｔ％の酸化セリウムの範囲を有する。複合ナノ粒子を形成するのに使用することができる材料の例示的な範囲は、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の白金、約０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のパラジウム、および約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム；一部の実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．０１ｗｔ％〜約０．１ｗｔ％のパラジウム、および約９７．９ｗｔ％〜約９９．１ｗｔ％の酸化セリウム；さらなる実施形態では、約．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の白金、約０．１ｗｔ％〜約０．３ｗｔ％のパラジウム、および約９８．２ｗｔ％〜約９９．４ｗｔ％の酸化セリウムである。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ−オン−ナノ粒子を形成するのに有用な別の例示的な組成は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウムを構成する。さらに他の実施形態では、材料組成は、好ましくは、約０．００１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のロジウムおよび約５０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０．００１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のロジウムおよび約６０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０．００１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％のロジウムおよび約７０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のロジウムおよび約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム、または約０．０４ｗｔ％〜約５ｗｔ％のロジウムおよび約９５ｗｔ％〜約９９．９ｗｔ％の酸化セリウムの範囲を有する。複合ナノ粒子を形成するのに使用することができる材料の例示的な範囲は、約０．００１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％のロジウムおよび約８０ｗｔ％〜約９９．９９９ｗｔ％の酸化セリウム；一部の実施形態では、約０．５ｗｔ％〜約５ｗｔ％のロジウムおよび約９５ｗｔ％〜約９９．５ｗｔ％の酸化セリウム；または約０．５ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％のロジウムおよび約９８．５ｗｔ％〜約９９．５ｗｔ％の酸化セリウムである。ＮＮｉＭ粒子で使用される複合ナノ−オン−ナノ粒子を形成するのに有用な別の例示的な組成は、約０．９５２ｗｔ％の白金、約０．０４８ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウム；または約０．８３ｗｔ％の白金、約０．１７ｗｔ％のパラジウム、および約９９ｗｔ％の酸化セリウムを構成する。前述の実施形態のいずれにおいても、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン（lathanum）−イットリウム酸化物を酸化セリウムの代わりに���用することができる。
【００６３】
反応器内に材料を導入する他の方法、例えば、液体スラリーなどを使用することができる。任意の固体または液体材料が急速に蒸発され、またはプラズマ化される。２０，０００〜３０，０００ケルビンの温度に到達しうる過熱材料の速度論的エネルギーにより、すべての成分の極めて完全な混合が保証される。
【００６４】
次いでプラズマストリームの過熱材料は、ＵＳ２００８／０２７７２６７に開示された乱流クエンチチャンバーなどの方法を使用して急速に急冷される。１分当たり２４００〜２６００リットルなどの高流量のアルゴンクエンチガスが、過熱材料中に注入される。材料は、クールダウンチューブ中でさらに冷却され、材料の適切なサイズ範囲を保証するために収集および分析される。
【００６５】
上述したプラズマ生成法により均一な複合ナノ粒子が生成され、この場合、複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子上に配置された触媒ナノ粒子を含む。触媒ナノ粒子は、１：１の重量比、または２：１の重量比、または１０：１の重量比、または２５：１の重量比、または５０：１の重量比でＰｔ：Ｐｄなどの白金族金属または金属を含む。他の実施形態では、白金とパラジウムの比は、約１：５０の白金：パラジウム、または約１：２５の白金：パラジウム、または約１：１０の白金：パラジウム、または約１：２の白金：パラジウムでありうる。
【００６６】
多孔質材料
一般に、好適な多孔質材料は、１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を有する多数の相互接続した孔、穴、チャネル、またはピットを含有する材料である。一部の実施形態では、多孔質材料は、約１ｎｍ未満の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を有し、一方、一部の実施形態では、多孔質担体は、約１００ｎｍ超の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約１００ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約１５０ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約５０ｍ２／ｇ未満の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約３００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約２００ｍ２／ｇの平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約３００ｍ２／ｇの平均孔表面積を有する。
【００６７】
一部の実施形態では、多孔質材料は、酸化アルミニウムなどの多孔質金属酸化物を含みうる。一部の実施形態では、多孔質材料は、重合レゾルシノールなどの有機ポリマーを含みうる。一部の実施形態では、多孔質材料は、非晶質炭素を含む場合がある。一部の実施形態では、多孔質材料は、シリカを含む場合がある。一部の実施形態では、多孔質材料は、多孔質セラミックでありうる。一部の実施形態では、多孔質材料は、２種またはそれ超の異なるタイプの散在多孔質材料の混合物、例えば、酸化アルミニウムと重合レゾルシノールの混合物を含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、スペーサー材料が除去された後、酸化アルミニウムを含みうる。例えば、一部の実施形態では、複合材料を、散在した酸化アルミニウムおよび重合レゾルシノールを用いて形成することができ、重合レゾルシノールが、例えば、か焼によって除去され、多孔質担体がもたらされる。別の実施形態では、複合材料を、散在した酸化アルミニウムおよびカーボンブラックを用いて形成することができ、カーボンブラックが、例えば、か焼によって除去され、多孔質担体がもたらされる。他の実施形態では、多孔質材料は、酸化セリウムを含む多孔質金属酸化物を含みうる。一部の実施形態では、多孔質材料は、２種またはそれ超の異なるタイプの散在多孔質材料の混合物、例えば、酸化セリウムと重合レゾルシノール、酸化セリウムと非晶質炭素、酸化セリウムとシリカ、または酸化セリウムと多孔質セラミックの混合物を含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、スペーサー材料が除去された後、酸化セリウムを含みうる。例えば、一部の実施形態では、複合材料を、散在した酸化セリウムおよび重合レゾルシノールを用いて形成することができ、重合レゾルシノールが、例えば、か焼によって除去され、多孔質担体がもたらされる。別の実施形態では、複合材料を、散在した酸化セリウムおよびカーボンブラックを用いて形成することができ、カーボンブラックが、例えば、か焼によって除去され、多孔質担体がもたらされる。前述の実施形態のいずれにおいても、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を、酸化セリウムの代わりに使用することができる。
【００６８】
一部の実施形態では、多孔質材料は、約１ミクロンから約１００ミクロンの間、約１ミクロンから約１０ミクロンの間、約３ミクロンから約７ミクロンの間、または約４ミクロンから約６ミクロンの間の平均サイズを有するミクロンサイズ粒子である。他の実施形態では、多孔質材料は、約７ミクロン超の粒子でありうる。一部の実施形態では、多孔質材料は、粒子の形態ではなく、連続的な材料である場合がある。
【００６９】
多孔質材料は、ガスおよび流体が、相互接続したチャネルを介して多孔質材料全体にわたって徐々に流れ、高表面積の多孔質材料に曝露されるのを可能にしうる。したがって多孔質材料は、以下に記載するように、触媒ナノ粒子などの高表面積曝露が望ましい粒子を包埋するための優れた担体材料として機能を果たすことができる。
【００７０】
多孔質材料の生成
触媒は、多孔質材料を使用して形成される。多孔質材料は、例えば、材料の多孔質構造内に包埋された触媒粒子を含む。一部の実施形態では、多孔質構造は、アルミナを含む。一部の実施形態では、多孔質構造は、セリアを含む。他の実施形態では、多孔質構造は、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含む。アルミナ多孔質構造は、例えば、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第３，５２０，６５４号に記載の方法によって形成されうる。一部の実施形態では、水中に酸化ナトリウムおよび酸化アルミニウムを溶解させることによって調製されるアルミン酸ナトリウム溶液を、硫酸または硫酸アルミニウムで処理してｐＨを約４．５〜約７の範囲に低減することができる。ｐＨを低下させると、多孔質含水アルミナが沈殿し、これは、噴霧乾燥され、洗浄され、フラッシュ乾燥され、多孔質アルミナ材料がもたらされうる。任意選択で、多孔質アルミナ材料は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれているＥＰ０１０５４３５Ａ２に記載されているように、シリカを用いて安定化させてもよい。アルミン酸ナトリウム溶液を硫酸アルミニウム溶液に添加して、約８．０のｐＨを有する混合物を形成することができる。ケイ酸ナトリウム溶液などのアルカリ金属ケイ酸塩溶液を混合物に徐々に添加し、シリカ安定化多孔質アルミナ材料の沈殿をもたらすことができる。
【００７１】
多孔質材料は、酸化アルミニウムナノ粒子、およびカーボンブラックなどの非晶質炭素粒子を共沈させることによって生成されてもよい。周囲環境または酸素化された環境中で沈殿物を乾燥させ、か焼すると、非晶質炭素がなくなる、すなわち焼き取られる。同時に、か焼プロセスからの熱が酸化アルミニウムナノ粒子を一緒に焼結させ、カーボンブラックが構造中に以前に現れていた場所に、沈殿した酸化アルミニウム全体にわたって孔をもたらす。一部の実施形態では、酸化アルミニウムナノ粒子を、エタノール、水、またはエタノールと水の混合物中に懸濁させることができる。一部の実施形態では、ＢＹＫ製ＤｉｓｐｅｒＢＹＫ（登録商標）−１４５（ＤｉｓｐｅｒＢＹＫは、分散剤および湿潤剤として使用するための化学物質についてのＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ  ＬＬＣ、Ｗｅｓｅｌ、ドイツの登録商標である）などの分散剤を、酸化アルミニウムナノ粒子懸濁液に添加してもよい。約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３５ｎｍに及ぶ平均粒度を有するカーボンブラックを酸化アルミニウム懸濁液に添加してもよい。一部の実施形態では、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇ、例えば、約５０ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ、約１５０ｍ２／ｇ、約２００ｍ２／ｇ、約２５０ｍ２／ｇ、約３００ｍ２／ｇ、約３５０ｍ２／ｇ、約４００ｍ２／ｇ、約４５０ｍ２／ｇ、または約５００ｍ２／ｇなどの孔表面積を得るのに添加される十分なカーボンブラックが使用されるべきである。得られた混合物のｐＨを、約２〜約７の範囲、例えば、約３から約５の間のｐＨ，好ましくは約４のｐＨなどに調整し、粒子を沈殿させることができる。一部の実施形態では、例えば、沈殿剤（precipitant）を加温することによって（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約６０℃〜約７０℃で、大気圧または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧で）、沈殿剤を乾燥させることができる。代わりに、一部の実施形態では、沈殿剤を凍結乾燥させてもよい。
【００７２】
乾燥させた後、次いで材料をか焼することができる（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで、周囲雰囲気中、大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で）。か焼プロセスは、カーボンブラックを実質的に燃え去らせ、酸化アルミニウムナノ粒子を一緒に焼結させ、多孔質酸化アルミニウム材料を生じる。
【００７３】
他の実施形態では、多孔質材料は、酸化セリウムナノ粒子、およびカーボンブラックなどの非晶質炭素粒子を共沈させることによって生成されてもよい。周囲環境または酸素化された環境中で沈殿物を乾燥させ、か焼すると、非晶質炭素がなくなる、すなわち焼き取られる。同時に、か焼プロセスからの熱が酸化セリウムナノ粒子を一緒に焼結させ、カーボンブラックが構造中に以前に現れていた場所に、沈殿した酸化セリウム全体にわたって孔をもたらす。一部の実施形態では、酸化セリウムナノ粒子を、エタノール、水、またはエタノールと水の混合物中に懸濁させることができる。一部の実施形態では、ＢＹＫ製ＤｉｓｐｅｒＢＹＫ（登録商標）−１４５（ＤｉｓｐｅｒＢＹＫは、分散剤および湿潤剤として使用するための化学物質についてのＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ  ＬＬＣ、Ｗｅｓｅｌ、ドイツの登録商標である）などの分散剤を、酸化セリウムナノ粒子懸濁液に添加してもよい。約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３５ｎｍに及ぶ平均粒度を有するカーボンブラックを酸化セリウム懸濁液に添加してもよい。一部の実施形態では、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇ、例えば、約５０ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ、約１５０ｍ２／ｇ、約２００ｍ２／ｇ、約２５０ｍ２／ｇ、約３００ｍ２／ｇ、約３５０ｍ２／ｇ、約４００ｍ２／ｇ、約４５０ｍ２／ｇ、または約５００ｍ２／ｇなどの孔表面積を得るのに添加される十分なカーボンブラックが使用されるべきである。得られた混合物のｐＨを、約２〜約７の範囲、例えば、約３から約５の間のｐＨ，好ましくは約４のｐＨなどに調整し、粒子を沈殿させることができる。一部の実施形態では、例えば、沈殿剤を加温することによって（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約６０℃〜約７０℃で、大気圧または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧で）、沈殿剤を乾燥させることができる。代わりに、一部の実施形態では、沈殿剤を凍結乾燥させてもよい。
【００７４】
乾燥させた後、次いで材料をか焼することができる（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで、周囲雰囲気中、大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で）。か焼プロセスは、カーボンブラックを実質的に燃え去らせ、酸化セリウムナノ粒子を一緒に焼結させ、多孔質酸化セリウム材料を生じる。
【００７５】
一部の実施形態では、多孔質材料は、ゾル−ゲルプロセスを使用して作製される場合がある。例えば、アルミナ多孔質材料のゾル−ゲル前駆体を、塩化アルミニウムを酸化プロピレンと反応させることによって形成することができる。酸化プロピレンを、エタノールと水の混合物中に溶解した塩化アルミニウムの溶液に添加することができ、それにより、乾燥およびか焼されうる多孔質材料が形成される。一部の実施形態では、エピクロロヒドリン（epichlorodydrin）が酸化プロピレンの代わりに使用される場合がある。別の例として、セリア多孔質材料のゾル−ゲル前駆体を、硝酸セリウムをレゾルシノールおよびホルムアルデヒドと反応させることによって形成することができる。当技術分野で公知のゾル−ゲル法を使用して多孔質材料を生成する他の方法も使用することができ、例えば、ゾル−ゲルプロセスを使用して形成される多孔質材料を、テトラエチルオルトシリケートを使用して形成することもできる。
【００７６】
一部の実施形態では、多孔質材料は、ゲルを重合する前に可燃性ゲルの前駆体を金属酸化物材料の前駆体と混合し、ゲルを重合させ、複合材料を乾燥させ、複合材料をか焼し、それによって有機ゲル成分をなくすことによって形成されうる。一部の実施形態では、ホルムアルデヒドと酸化プロピレンとの混合物を含むゲル活性化溶液を、塩化アルミニウムとレゾルシノールとの混合物を含むゲルモノマー溶液と混合することができる。ゲル活性化溶液およびゲルモノマー溶液を混合すると、可燃性有機ゲル成分がホルムアルデヒドおよびレゾルシノールの混合の結果として形成し、非可燃性無機金属酸化物材料が酸化プロピレンおよび塩化アルミニウムの混合の結果として形成する。得られる複合材料を乾燥させ、か焼し、可燃性有機ゲル成分を燃え去らせ、多孔質金属酸化物材料（酸化アルミニウム）をもたらすことができる。別の実施形態では、ホルムアルデヒドの溶液をレゾルシノールおよび硝酸セリウムの溶液と反応させることができる。得られる材料を乾燥させ、か焼し、可燃性有機ゲル成分を燃え去らせ、多孔質金属酸化物材料（酸化セリウム）をもたらすことができる。得られる材料を乾燥させ、か焼し、可燃性有機ゲル成分を燃え去らせ、多孔質金属酸化物材料（酸化セリウム）をもたらすことができる。なおさらなる実施形態では、ホルムアルデヒドの溶液を、レゾルシノール、硝酸セリウム、ならびに必要に応じてオキシ硝酸ジルコニウム、酢酸ランタン、および／または硝酸イットリウムの１種または複数の溶液と反応させて、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を形成することができる。得られる材料を乾燥させ、か焼し、可燃性有機ゲル成分を燃え去らせ、多孔質金属酸化物材料（セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物）をもたらすことができる。
【００７７】
一部の実施形態では、ゲル活性化溶液は、水性ホルムアルデヒドおよび酸化プロピレンを混合することによって調製される場合がある。ホルムアルデヒドは、好ましくは水溶液中である。一部の実施形態では、水性ホルムアルデヒド溶液の濃度は、約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のホルムアルデヒド、約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のホルムアルデヒド、または約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のホルムアルデヒドである。好ましくは、水性ホルムアルデヒドは、約３７ｗｔ％のホルムアルデヒドである。一部の実施形態では、水性ホルムアルデヒドは、溶液中のホルムアルデヒドを安定化させるために約５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％のメタノールを含有しうる。水性ホルムアルデヒドは、ゲル活性化溶液の最終重量の約２５％〜約５０％の範囲で添加することができ、残りは、酸化プロピレンである。好ましくは、ゲル活性化溶液は、３７．５ｗｔ％の水性ホルムアルデヒド溶液（それ自体は、３７ｗｔ％のホルムアルデヒドを含む）および６２．５ｗｔ％の酸化プロピレンを含み、最終的なゲル活性化溶液の約１４ｗｔ％の最終ホルムアルデヒド濃度をもたらす。
【００７８】
ゲル活性化溶液と別個に、ゲルモノマー溶液を、塩化アルミニウムをレゾルシノールとエタノールの混合物中に溶解させることによって生成してもよい。レゾルシノールは、約２ｗｔ％〜約１０ｗｔ％の範囲で添加することができ、約５ｗｔ％が典型的な値である。塩化アルミニウムは、約０．８ｗｔ％〜約５ｗｔ％の範囲で添加することができ、約１．６ｗｔ％が典型的な値である。
【００７９】
ゲル活性化溶液およびゲルモノマー溶液は、（ゲル活性化溶液の重量）：（ゲルモノマー溶液の重量）の観点から約１：１の比で一緒に混合することができる。次いで最終的な混合物を乾燥させることができる（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約５０℃〜約６０℃で、大気圧、または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧下で、約１日〜約５日または約２日〜約３日にわたって）。乾燥させた後、次いで材料をか焼して（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで；周囲雰囲気中で大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で、約１２時間〜約２日または約１６時間〜約２４時間にわたって）、可燃性有機ゲル成分を焼き取り、多孔質酸化アルミニウム担体を得ることができる。
【００８０】
多孔質酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物担体を調製するために、ゲルモノマー溶液を、上述したものと同様のプロセスにおいて硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、酢酸ランタン、および／または硝酸イットリウムを用いて調製することができる。
【００８１】
多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子を含むミクロンサイズ粒子（「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロ」粒子または「ＮＮｉＭ」粒子）
プラズマ生成法または他の方法によって生成されるナノ粒子または複合ナノ粒子は、触媒成分の表面積を増強するために多孔質材料内に包埋される。そのとき多孔質材料は、複合ナノ粒子の担体として機能を果たすことができ、ガスおよび流体が相互接続したチャネルを介して多孔質材料全体にわたって徐々に流れることを可能にする。担体の高多孔度は、担体内の高表面積をもたらし、ガスおよび流体の複合ナノ粒子などの包埋された触媒成分との接触の増大を可能にする。多孔質担体内に複合ナノ粒子を包埋すると、触媒活性ナノ粒子が担体ミクロ粒子の表面上に位置され、または支持体の孔中にそれほど有効に侵入していない技術に対して別個の利点がもたらされる。触媒活性ナノ粒子が担体ミクロ粒子の表面上に位置されている場合、一部の触媒活性ナノ粒子は、他の触媒活性ナノ粒子によって埋もれた状態になり得、限られた露出表面積のためにこれらを標的ガスにアクセスできなくさせる。しかし、複合ナノ粒子が、本明細書に記載するように複合ナノ粒子の周囲に形成された多孔質担体内に包埋されている場合、ガスは、担体の孔を通じて流れて触媒活性成分に接触することができる。
【００８２】
多孔質担体は、好ましくは１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を伴って、任意の多数の相互接続した孔、穴、チャネル、またはピットを含有しうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、約１ｎｍ未満の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を有し、一方、一部の実施形態では、多孔質担体は、約１００ｎｍ超の平均の孔、穴、チャネル、またはピットの幅（直径）を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約１００ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約１５０ｍ２／ｇ〜約３００ｍ２／ｇの範囲内の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約５０ｍ２／ｇ未満の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約３００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約２００ｍ２／ｇの平均孔表面積を有する。一部の実施形態では、多孔質材料は、約３００ｍ２／ｇの平均孔表面積を有する。
【００８３】
ナノ粒子が包埋される多孔質担体は、任意の多孔質材料、または反応して多孔質材料を形成する任意の前駆体で形成することができ、任意のタイプのナノ粒子を含有することができる。多孔質担体として、それだけに限らないが、ゾル−ゲル法によって生成される任意のゲル、例えば、本明細書に記載のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物、またはシリカのエーロゲルを挙げることができる。一部の実施形態では、多孔質担体は、多孔質金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、重合レゾルシノールなどの有機ポリマーを含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、非晶質炭素を含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、シリカを含みうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、多孔質セラミックでありうる。一部の実施形態では、多孔質担体は、２種またはそれ超の異なるタイプの散在多孔質材料の混合物、例えば、酸化アルミニウムと重合レゾルシノールの混合物、または酸化セリウムと重合レゾルシノールの混合物、またはセリウム−ジルコニウム酸化物と重合レゾルシノールの混合物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物と重合レゾルシノールの混合物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物と重合レゾルシノールの混合物を含みうる。
【００８４】
一部の実施形態では、担体は、可燃性成分、例えば、非晶質炭素、または重合レゾルシノールなどの重合有機ゲル、および非可燃性成分、例えば、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化セリウム、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物などを含みうる。触媒材料は、可燃性成分および非可燃性成分を含む担体中に包埋された複合ナノ粒子を含むことができる。
【００８５】
触媒粒子、例えば、本明細書に記載の触媒ナノ粒子または触媒複合ナノ粒子などは、多孔質担体内に包埋される。これは、多孔質担体を形成するのに使用される混合物中に触媒粒子を含めることによって達成することができる。一実施形態では、ナノ粒子またはナノ−オン−ナノ粒子は、ゲル活性化溶液を添加する前にゲルモノマー溶液中に混合され、次いで得られるゲルは、その中に包埋されたナノ粒子またはナノ−オン−ナノ粒子を有することになる。乾燥、か焼、および粉砕により、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子を含むミクロンサイズ粒子（「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロ」粒子または「ＮＮｉＭ」粒子）がもたらされる。この実施形態では、多孔質担体は、複合ナノ粒子の周囲に形成されている。一部の実施形態では、触媒粒子は、多孔質担体全体にわたって均等に分布している。他の実施形態では、触媒粒子は、多孔質担体全体にわたって集まっている。一部の実施形態では、白金族金属、例えば、ロジウム、白金、パラジウム、または白金／パラジウム合金などは、全触媒材料（触媒粒子および多孔質担体）の約０．００１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％を構成する。例えば、白金族金属は、全触媒材料（触媒粒子および多孔質担体）の約１ｗｔ％〜約８ｗｔ％を構成しうる。一部の実施形態では、白金族金属は、全触媒材料（触媒粒子および多孔質担体）の約１０ｗｔ％未満、約８ｗｔ％未満、約６ｗｔ％未満、約４ｗｔ％未満、約２ｗｔ％未満、または約１ｗｔ％未満を構成しうる。一部の実施形態では、白金族金属は、全触媒材料（触媒粒子および多孔質担体）の約１ｗｔ％、約２ｗｔ％、約３ｗｔ％、約４ｗｔ％、約５ｗｔ％、約６ｗｔ％、約７ｗｔ％、約８ｗｔ％、約９ｗｔ％、または約１０ｗｔ％を構成しうる。
【００８６】
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、１種または複数の白金族金属、例えば、ロジウム、白金、パラジウム、または白金／パラジウム合金などを含む。２種またはそれ超の白金族金属を含む実施形態では、金属は、任意の比で存在しうる。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１：１の重量比〜約５０：１の重量比、または約１：１〜約２５：１の重量比、または約１：１〜約１０：１の重量比、または約１：１〜約５：１の重量比のＰｔ：Ｐｄなどの白金族金属（複数可）を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約５：１〜約５０：１の重量比、または約５：１〜約２５：１の重量比、または約５：１〜約１０：１の重量比のＰｔ：Ｐｄなどの白金族金属（複数可）を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１０：１の重量比〜約５０：１の重量比、または約１０：１〜約２５：１の重量比のＰｔ：Ｐｄなどの白金族金属（複数可）を含む。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、約１：１の重量比、または２：１の重量比、または５：１の重量比、または１０：１の重量比、または２５：１の重量比、または５０：１の重量比のＰｔ：Ｐｄなどの白金族金属（複数可）を含む。他の実施形態では、白金とパラジウムの比は、重量によって約１：５０、または約１：２５の白金：パラジウム、または約１：１０の白金：パラジウム、または約１：５の白金：パラジウム、または約１：２の白金：パラジウムでありうる。一部の実施形態では、触媒ナノ粒子は、白金を含むが、パラジウムを実質的に含まない一方、他の実施形態では、触媒ナノ粒子は、パラジウムを含むが、白金を実質的に含まない。
【００８７】
本明細書に記載の方法によって多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子（ナノ−オン−ナノ粒子）は、「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロン」粒子または「ＮＮｉＭ」粒子と呼ばれる複合触媒ミクロ粒子を生成するために粉末の形態をとりうる。ミクロンサイズＮＮｉＭ粒子は、約１ミクロンから約１００ミクロンの間、例えば、約１ミクロンから約１０ミクロンの間、約３ミクロンから約７ミクロンの間、または約４ミクロンから約６ミクロンの間などの平均サイズを有することができる。ＮＮｉＭ粒子は、ＮＮｉＭ粒子（触媒粒子および多孔質担体）の全質量の約０．００１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％を構成しうる。例えば、白金族金属、例えば、ロジウム、白金、パラジウム、または白金／パラジウム合金などは、ＮＮｉＭ粒子（触媒粒子および多孔質担体）の全質量の約１ｗｔ％〜約８ｗｔ％を構成しうる。一部の実施形態では、白金族金属は、ＮＮｉＭ粒子（触媒粒子および多孔質担体）の全質量の約１０ｗｔ％未満、約８ｗｔ％未満、約６ｗｔ％未満、約４ｗｔ％未満、約２ｗｔ％未満、または約１ｗｔ％未満を構成しうる。一部の実施形態では、白金族金属は、ＮＮｉＭ粒子（触媒粒子および多孔質担体）の全質量の約１ｗｔ％、約２ｗｔ％、約３ｗｔ％、約４ｗｔ％、約５ｗｔ％、約６ｗｔ％、約７ｗｔ％、約８ｗｔ％、約９ｗｔ％、または約１０ｗｔ％を構成しうる。
【００８８】
ＮＮｉＭ粒子は、任意の触媒目的で使用されてよい。例えば、ＮＮｉＭ粒子を液体、例えば、エタノールまたは水中に懸濁させることができ、それは、溶解した化合物を触媒しうる。代わりに、ＮＮｉＭ粒子は、固体状態触媒として使用される場合がある。例えば、ＮＮｉＭ粒子は、そのとき、触媒コンバーター内で使用することができる。
【００８９】
多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子を含むミクロンサイズ粒子（「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロ」粒子または「ＮＮｉＭ」粒子）の生成
一部の実施形態では、触媒ナノ粒子または複合ナノ粒子は、ナノ粒子の懸濁液またはコロイドを形成し、ナノ粒子の懸濁液またはコロイドを多孔質材料前駆体溶液と混合することによって多孔質担体中に包埋することできる。重合、沈殿、または凍結乾燥などによって混合物を含む多孔質材料を固化すると、多孔質材料がナノ粒子の周囲に形成し、多孔質担体中に包埋されたナノ粒子を含む触媒材料をもたらし、これは、一部の実施形態では、次いで乾燥させ、か焼することができる。一部の実施形態では、次いで触媒材料は、すり砕き、または粉砕などによって加工されてミクロンサイズ粉末になり、ＮＮｉＭ粒子がもたらされる。
【００９０】
可燃性有機ゲル成分および酸化アルミニウム成分を含む複合担体を使用し、その後乾燥させ、か焼して形成された多孔質酸化アルミニウム担体を使用してＮＮｉＭ粒子を生成することが以下に記載されている。しかし、当業者は、本明細書に記載の方法を使用して多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子を含む触媒材料を生成するのに、任意の様式の可溶性前駆体に由来する多孔質担体が使用されうることを理解するはずである。
【００９１】
可燃性有機ゲル成分および酸化アルミニウム成分を含む複合担体を使用して形成される多孔質酸化アルミニウム担体を使用して生成される典型的なＮＮｉＭ粒子について、複合ナノ粒子は、最初にエタノール中に分散される。一部の実施形態では、少なくとも９５ｖｏｌ％のエタノールが使用される。一部の実施形態では、少なくとも９９ｖｏｌ％のエタノールが使用される。一部の実施形態では、少なくとも９９．９ｖｏｌ％のエタノールが使用される。分散剤および／または界面活性剤は、典型的には、複合ナノ粒子を懸濁させる前にエタノールに添加される。適当な界面活性剤は、ＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＧｍｂＨ  ＬＬＣ、Ｗｅｓｅｌ製ＤｉｓｐｅｒＢＹＫ（登録商標）−１４５および／またはドデシルアミンを含み、ＤｉｓｐｅｒＢＹＫ（登録商標）−１４５は、約２ｗｔ％〜約１２ｗｔ％の範囲で添加することができ、約７ｗｔ％が典型的な値であり、ドデシルアミンは、約０．２５ｗｔ％〜約３ｗｔ％の範囲で添加することができ、約１ｗｔ％が典型的な値である。好ましくはＤｉｓｐｅｒＢＹＫ（登録商標）−１４５およびドデシルアミンの両方が、それぞれ約７ｗｔ％および１ｗｔ％で使用される。一部の実施形態では、エタノール、複合ナノ粒子、ならびに界面活性剤および／または分散剤の混合物は、複合ナノ粒子を均一に分散させるために超音波処理される。分散液中の複合ナノ粒子の粒子の量は、約５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の範囲内でありうる。
【００９２】
複合ナノ粒子懸濁液と別個に、ゲル活性化溶液が、ホルムアルデヒドおよび酸化プロピレンを混合することによって調製される。ホルムアルデヒドは、好ましくは水溶液中である。一部の実施形態では、水性ホルムアルデヒド溶液の濃度は、約５ｗｔ％〜約５０ｗｔ％のホルムアルデヒド、約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のホルムアルデヒド、または約３０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％のホルムアルデヒドである。好ましくは、水性ホルムアルデヒドは、約３７ｗｔ％のホルムアルデヒドである。一部の実施形態では、水性ホルムアルデヒドは、溶液中のホルムアルデヒドを安定化させるために約５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％のメタノールを含有しうる。水性ホルムアルデヒド溶液は、ゲル活性化溶液の最終重量の約２５％〜約５０％の範囲で添加することができ、残りは、酸化プロピレンである。好ましくは、ゲル活性化溶液は、３７．５ｗｔ％の水性ホルムアルデヒド溶液（それ自体は、３７ｗｔ％のホルムアルデヒドを含む）および６２．５ｗｔ％の酸化プロピレンを含み、最終的なゲル活性化溶液の約１４ｗｔ％の最終ホルムアルデヒド濃度をもたらす。
【００９３】
複合ナノ粒子懸濁液およびゲル活性化溶液と別個に、塩化アルミニウム溶液が、レゾルシノールおよびエタノールの混合物中に塩化アルミニウムを溶解させることによって生成される。レゾルシノールは、約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の範囲で添加することができ、約２３ｗｔ％が典型的な値である。塩化アルミニウムは、約２ｗｔ％〜約１２ｗｔ％の範囲で添加することができ、約７ｗｔ％が典型的な値である。
【００９４】
複合ナノ粒子懸濁液、ゲル活性化溶液、および塩化アルミニウム溶液は、（複合ナノ粒子懸濁液の重量）：（ゲル活性化溶液の重量）：（塩化アルミニウム溶液の重量）の観点から約１００：１０：１０〜約１００：４０：４０、または約１００：２０：２０〜約１００：３０：３０、または約１００：２５：２５の比で一緒に混合することができる。最終的な混合物は、重合し始めて複合ナノ粒子が包埋された担体になる。担体は、可燃性成分、有機ゲル、および非可燃性成分、酸化アルミニウムを含む。次いで得られる担体を乾燥させることができる（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約５０℃〜約６０℃で、大気圧、または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧で、約１日〜約５日、または約２日〜約３日にわたって）。乾燥させた後、次いで得られる担体をか焼して（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで；大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で、周囲雰囲気中で、または窒素もしくはアルゴンなどの不活性雰囲気下で）、複合触媒ナノ粒子およびアルミン酸塩を含む多孔質担体を得ることができる。複合担体が周囲雰囲気または他の酸素化された条件下でか焼されるとき、有機材料、例えば、重合レゾルシノール、ホルムアルデヒド、または酸化プロピレンなどが焼き取られ、複合ナノ粒子が包埋された実質的に純粋な酸化アルミニウム多孔質担体がもたらされる。複合担体がアルゴンまたは窒素などの不活性雰囲気下でか焼される場合、有機材料は、複合ナノ粒子が包埋された多孔質酸化アルミニウムが散在した実質的に多孔質の非晶質炭素になりうる。得られる多孔質担体をすり砕きまたは粉砕などによって加工してＮＮｉＭ粒子のミクロサイズ粉末にすることができる。
【００９５】
別の実施形態では、複合触媒ナノ粒子を、酸化アルミニウムナノ粒子などの金属酸化物ナノ粒子、およびカーボンブラックなどの非晶質炭素を含む分散液と混合してもよい。得られた分散コロイドからの分散固形粒子を、共沈によって液体から分離し、乾燥させ、か焼することができる。周囲環境または酸素化された環境中で固体材料をか焼すると、非晶質炭素がなくなる、すなわち、焼き取られる。同時に、か焼プロセスからの熱が酸化アルミニウムナノ粒子を一緒に焼結させ、沈殿した酸化アルミニウム全体にわたって孔をもたらす。
【００９６】
別の実施形態では、複合触媒ナノ粒子を、酸化セリウムナノ粒子などの金属酸化物ナノ粒子、およびカーボンブラックなどの非晶質炭素を含む分散液と混合してもよい。得られた分散コロイドからの分散固形粒子を、共沈によって液体から分離し、乾燥させ、か焼することができる。周囲環境または酸素化された環境中で固体材料をか焼すると、非晶質炭素がなくなる、すなわち、焼き取られる。同時に、か焼プロセスからの熱が酸化セリウムナノ粒子を一緒に焼結させ、沈殿した酸化セリウム全体にわたって孔をもたらす。
【００９７】
一部の実施形態では、酸化アルミニウムナノ粒子をエタノール、水、またはエタノールと水の混合物中に懸濁させることができる。約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３５ｎｍに及ぶ平均粒度を有するカーボンブラックを酸化アルミニウム懸濁液に添加してもよい。一部の実施形態では、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇ、例えば、約５０ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ、約１５０ｍ２／ｇ、約２００ｍ２／ｇ、約２５０ｍ２／ｇ、約３００ｍ２／ｇ、約３５０ｍ２／ｇ、約４００ｍ２／ｇ、約４５０ｍ２／ｇ、または約５００ｍ２／ｇなどの孔表面積を得るのに十分なカーボンブラックが使用されるべきである。複合ナノ粒子を、酸化アルミニウムナノ粒子およびカーボンブラックを含む分散液中に混合することができる。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、酸化アルミニウムナノ粒子およびカーボンブラックを含む分散液と混合される前に、任意選択で分散剤または界面活性剤とともに別個のコロイド中に分散される。得られる混合物のｐＨを、約２〜約７の範囲、例えば、約３から約５の間のｐＨ、好ましくは約４のｐＨなどに調整し、粒子を沈殿させることができる。沈殿剤を乾燥させることができる（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約５０℃〜約７０℃で、大気圧、または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧で、約１日〜約５日または約２日〜約３日にわたって）。乾燥させた後、次いで担体をか焼することができる（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで；周囲雰囲気中で大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で）。か焼プロセスは、カーボンブラックを実質的に燃え去らせ、酸化アルミニウムナノ粒子を一緒に焼結させ、複合ナノ粒子が包埋された多孔質酸化アルミニウム担体を生じる。
【００９８】
一部の実施形態では、酸化セリウムナノ粒子をエタノール、水、またはエタノールと水の混合物中に懸濁させることができる。約１ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約３５ｎｍに及ぶ平均粒度を有するカーボンブラックを酸化セリウム懸濁液に添加してもよい。一部の実施形態では、約５０ｍ２／ｇ〜約５００ｍ２／ｇ、例えば、約５０ｍ２／ｇ、約１００ｍ２／ｇ、約１５０ｍ２／ｇ、約２００ｍ２／ｇ、約２５０ｍ２／ｇ、約３００ｍ２／ｇ、約３５０ｍ２／ｇ、約４００ｍ２／ｇ、約４５０ｍ２／ｇ、または約５００ｍ２／ｇなどの孔表面積を得るのに十分なカーボンブラックが使用されるべきである。複合ナノ粒子を、酸化セリウムナノ粒子およびカーボンブラックを含む分散液中に混合することができる。一部の実施形態では、複合ナノ粒子は、酸化セリウムナノ粒子およびカーボンブラックを含む分散液と混合される前に、任意選択で分散剤または界面活性剤とともに別個のコロイド中に分散される。得られる混合物のｐＨを、約２〜約７の範囲、例えば、約３から約５の間のｐＨ，好ましくは約４のｐＨなどに調整し、粒子を沈殿させることができる。沈殿剤を乾燥させることができる（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約５０℃〜約７０℃で、大気圧、または約１パスカル〜約９０，０００パスカルなどの減圧で、約１日〜約５日または約２日〜約３日にわたって）。乾燥させた後、次いで担体をか焼することができる（高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、さらにより好ましくは約５５０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで；周囲雰囲気中で大気圧、または例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルの減圧で）。か焼プロセスは、カーボンブラックを実質的に燃え去らせ、酸化セリウムナノ粒子を一緒に焼結させ、複合ナノ粒子が包埋された多孔質酸化セリウム担体を生じる。得られる担体を例えば、すり砕きまたは粉砕によってさらに加工して、ミクロンサイズＮＮｉＭ粒子にすることができる。
【００９９】
ゾル−ゲル調製は、酸化セリウムナノ粒子、またはＰＧＭ触媒ナノ粒子を有する酸化セリウム支持体ナノ粒子を含む複合粒子を用いて使用することもできる。ＳｏｌＳｐｅｒｓｅ  ４６ｋが脱イオン水中に混合され、撹拌される。次いで酸化セリウムを含むナノ粒子、または酸化セリウム支持体ナノ粒子および白金族金属／白金族金属合金触媒粒子を含む複合ナノ粒子が溶液中に混合される。溶液のｐＨが酢酸を用いて調整され、ｐＨ３．５から４．０の間にされる。混合物は、冷水浴中で超音波処理される。次いで混合物は、遠心分離され、ナノ粒子含有上清（「ナノ粒子分散液」）が後続のステップで使用される。３７％のホルムアルデヒド溶液が調製される。脱イオン水中のレゾルシノールおよび硝酸セリウムの溶液が調製される。ホルムアルデヒド溶液が、撹拌しながらナノ粒子分散液中に注がれる。次いでレゾルシノール−硝酸セリウム溶液がホルムアルデヒド／ナノ粒子分散液混合物中に注がれ、撹拌が継続される。水酸化アンモニウム（典型的にはＨ２Ｏを含む５０％ｖ／ｖ）が、混合物のｐＨが７．５から８．５の間に到達するまで添加され、この時点でゲル形成が始まる。ゲルは、空気乾燥器内で約８０〜９０℃にて約７２時間乾燥される。得られる樹脂性材料の塊が分割される。次いで乾燥したゲルがオーブン内で約５００℃にて約２０時間か焼される。得られる担体を例えば、すり砕きまたは粉砕によってさらに加工して、ミクロンサイズＮＮｉＭ粒子にすることができる。
【０１００】
上記のものと同様の手順を使用して、セリウム−ジルコニウム酸化物、セリウム−ジルコニウム−ランタン酸化物、またはセリウム−ジルコニウム−ランタン−イットリウム酸化物を、硝酸セリウムおよびオキシ硝酸ジルコニウム、硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、および酢酸ランタン、または硝酸セリウム、オキシ硝酸ジルコニウム、酢酸ランタン、および硝酸イットリウムをそれぞれ適切な量で使用することによって生成することができる。
【０１０１】
白金族金属のマイグレーションが阻害されたＮＮｉＭ粒子
担体が本明細書に記載の方法によって生成され、複合ナノ粒子が還元条件下で生成される、酸化アルミニウム多孔質担体および複合ナノ粒子を使用して作製されるものを含めたＮＮｉＭ粒子は、白金族金属の使用を低減し、触媒エージングを低減するのに特に有利である。触媒ナノ粒子の白金族金属は、例えば、多孔質担体のＡｌ２Ｏ３より、複合ナノ粒子内で部分還元Ａｌ２Ｏ（３−ｘ）表面について大きい親和性を有する。したがって、高温で、複合ナノ粒子の隣接するＡｌ２Ｏ（３−ｘ）成分に接合した隣接するＰＧＭナノ粒子は、ＮＮｉＭ粒子内でマイグレートし、塊状凝集してより大きい触媒集塊になる可能性がより低い。触媒のより大きい塊状凝集は、より低い表面積を有し、触媒としてあまり有効でないので、マイグレーションおよび塊状凝集を阻害すると、ＮＮｉＭ粒子にとってかなりの利点がもたらされる。対照的に、アルミナ担体上に湿式化学沈殿によって堆積された白金粒子は、より高い移動度およびマイグレーションを実証し、触媒の塊状凝集を形成し、経時的に触媒の有効性が低下する（すなわち、触媒エージング）。さらに、ＮＮｉＭ粒子は、支持体ミクロ粒子の表面またはアクセス可能な孔にのみ結合された複合ナノ粒子を有するミクロ粒子より大きい触媒表面積へのアクセシビリティを有する。部分還元Ａｌ２Ｏ（３−ｘ）表面は、複合ナノ粒子のプラズマ合成中に水素含有作動ガス、例えば、アルゴン／Ｈ２混合物を使用することによって形成され；好ましくはいくらかの量のパラジウム（供給原料の０．１ｗｔ％〜１ｗｔ％、または１ｗｔ％〜５ｗｔ％など）も複合ナノ粒子中の支持体粒子の部分還元Ａｌ２Ｏ（３−ｘ）表面の形成中のフィード金属として使用される。
【０１０２】
ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロン触媒粒子を使用するウォッシュコート組成物および層：基材への塗布
一部の実施形態では、ＮＮｉＭ粒子（すなわち、本明細書に記載のミクロンサイズ多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子）を含むウォッシュコート配合物が、触媒コンバーター基材などの触媒作用のために基材上に１つまたは複数の層をもたらすように使用される。ウォッシュコート配合物は、低減された量の白金族金属を含むウォッシュコート層および触媒コンバーター基材を形成し、かつ／または以前のウォッシュコート層および配合物ならびに触媒コンバーター基材と比較したときより良好な性能を提供するのに使用されうる。
【０１０３】
ウォッシュコートは、水溶液中にＮＮｉＭ粒子を懸濁させ、約２から約７の間、約３から約５の間、または約４にｐＨを調整し、必要であれば、セルロース、コーンスターチ、または他の増粘剤を使用して粘度を約３００ｃＰ〜約１２００ｃＰの間の値に調整することによって調製される。一部の実施形態では、触媒ウォッシュコートが基材に塗布されて被覆基材が生成される。
【０１０４】
最初の基材は、好ましくは、記載したウォッシュコートを安定な様式で付けることができる、熱衝撃に対する耐性を含めた良好な熱安定性を実証する触媒コンバーター基材である。適当な基材としては、それだけに限らないが、コーディエライトまたは他のセラミック材料から形成される基材、および金属から形成される基材が挙げられる。基材は、多数のチャネルを提供し、高表面積をもたらすハニカム構造を含みうる。触媒コンバーター中にその塗布されたウォッシュコートを有する被覆基材の高表面積により、触媒コンバーターを通じて流れる排ガスが有効に処理される。
【０１０５】
ウォッシュコートは、ＮＮｉＭ粒子を含む水溶液で基材を被覆し、基材から過剰のウォッシュコートを吹き飛ばし（基材から吹き飛ばされた過剰のウォッシュコートを任意選択で収集および再利用し）、基材を乾燥させ、基材をか焼することによって、基材に塗布される。
【０１０６】
基材上に被覆されたウォッシュコートの乾燥は、室温または高温（例えば、約３０℃〜約９５℃、好ましくは約６０℃〜約７０℃）で、大気圧または減圧（例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルもしくは約７．５ｍＴｏｒｒ〜約６７５Ｔｏｒｒ）で、周囲雰囲気中で、または不活性雰囲気（窒素もしくはアルゴンなど）下で、基材上にガスのストリーム（例えば、乾燥空気、乾燥窒素ガス、または乾燥アルゴンガス）を通過させて、または通過させないで実施することができる。一部の実施形態では、乾燥プロセスは、ホット乾燥プロセスである。ホット乾燥プロセスは、室温超の温度であるが、標準的なか焼温度未満の温度で溶媒を除去する任意の方法を含む。一部の実施形態では、乾燥プロセスは、圧力の急激な低減を介して、または基材を暖気の上昇気流中に置くことによって、基材から水分を急速に蒸発させるフラッシュ乾燥プロセスでありうる。他の乾燥プロセスも使用されうることが企図されている。
【０１０７】
基材にウォッシュコートを乾燥させた後、次いでウォッシュコートを基材にか焼することができる。か焼は、高温、例えば、４００℃〜約７００℃、好ましくは約５００℃〜約６００℃、より好ましくは約５４０℃〜約５６０℃、または約５５０℃などで行われる。か焼は、大気圧または減圧（例えば、約１パスカル〜約９０，０００パスカルもしくは約７．５ｍＴｏｒｒ〜約６７５Ｔｏｒｒ）で、周囲雰囲気中で、または不活性雰囲気（窒素もしくはアルゴンなど）下で、基材上にガスのストリーム（例えば、乾燥空気、乾燥窒素ガス、または乾燥アルゴンガス）を通過させて、または通過させないで行われる。このプロセスにより、触媒複合ナノ粒子が包埋されたミクロンサイズ多孔質担体粒子を含むウォッシュコート層で被覆された基材が生じる。
【０１０８】
触媒コンバーターおよび触媒コンバーターを生産する方法
一部の実施形態では、本発明は、本明細書に記載の触媒ウォッシュコート層で被覆された被覆基材を含む触媒コンバーターを提供する。触媒コンバーターは、様々な用途、例えば、軽量ディーゼル車両などのディーゼル車両などで有用である。
【０１０９】
図１は、一部の実施形態による触媒コンバーターを例示する。ミクロンサイズ多孔質担体粒子中に包埋された触媒複合ナノ粒子などの触媒活性材料がウォッシュコート組成物中に含められ、この組成物は、基材上に被覆されて被覆基材を形成する。被覆基材１１４は、断熱材１１２内に密閉されており、この断熱材は、ひいては金属容器１１０（例えば、ステンレス鋼の）内に密閉されている。遮熱材１０８およびガスセンサー（例えば、酸素センサー）１０６が表されている。触媒コンバーターは、フランジ１０４および１１８によって車両の排気システムに付けることができる。炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物の未処理の排出物を含む排ガスは、１０２で触媒コンバーターに入る。未処理の排出物が触媒コンバーターを通過するにつれて、これらは、被覆基材上の触媒活性材料と反応し、水、二酸化炭素、および窒素の排気管排出物をもたらし、１２０で出る。図１Ａは、被覆基材のハニカム構造を示す、被覆基材１１４の一セクションの拡大図である。以下でさらに詳細に論じられている被覆基材は、車両排出物制御システムで使用するために触媒コンバーター中に組み込むことができる。
【０１１０】
排気システム、車両、および排出物性能
本発明のいくつかの実施形態では、本明細書に開示の被覆基材は、内燃機関から排ガスを受け入れるように構成された位置の、例えば、内燃機関の排気システム内などの触媒コンバーター内に収容される。被覆基材は、図１に示したものなどの収納容器中に配置され、これはひいては、内燃機関の排気システム（排気処理システムとも呼ばれる）中に配置することができる。内燃機関の排気システムは、エンジンからの排ガスを典型的には排気マニホールド中に受け入れ、排ガスを排気処理システムに送達する。触媒コンバーターは、排気システムの一部を形成し、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれることが多い。排気システムは、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）、および／または選択接触還元ユニット（ＳＣＲユニット）、および／またはリーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）も含むことができ；典型的な配列は、排ガスがエンジンから受け入れられる順序で、ＤＯＣ−ＤＰＦおよびＤＯＣ−ＤＰＦ−ＳＣＲである。排気システムは、他のコンポーネント、例えば、酸素センサー、ＨＥＧＯ（加熱排気ガス酸素）センサー、ＵＥＧＯ（全領域排ガス酸素（universal  exhaust  gas  oxygen））センサー、他のガスのセンサー、および温度センサーなども含むことができる。排気システムは、環境中に放出される排出物を管理するように、排気処理システムに到達する排ガスの成分を最適化するために、車両中の様々なパラメータ（燃料流量、燃料／空気比、燃料噴射、エンジンタイミング、バルブタイミングなど）を調整することができるコントローラー、例えば、エンジン制御装置（ＥＣＵ）、マイクロプロセッサー、またはエンジン管理コンピューターなども含むことができる。
【０１１１】
本明細書に記載の触媒性能の市販および他の非市販の触媒との比較
本明細書に記載のＮＮｉＭ粒子は、例えば、自動車の排気処理システム中にさらに使用することができる触媒コンバーター中に使用することができる基材上に被覆される様々な触媒ウォッシュコート配合物中の成分として、様々な用途に使用することができる。市販の触媒コンバーターは、一般に、白金族金属、例えば、パラジウムまたは白金などをウォッシュコート配合物内に配置するために湿式化学法を使用して生産される。湿式化学法を使用して生産される触媒コンバーターを、触媒粒子、例えば、米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子、または本明細書に記載のＮＮｉＭ粒子などを使用する触媒コンバーターと比較することができる。
【０１１２】
湿式化学触媒、ＮＮｍ粒子、およびＮＮｉＭ粒子の触媒効率を比較するために、触媒を、触媒コンバーター中で別個に使用し、エージングさせる（例えば、実際の自動車を用いて、または８００℃で１６時間触媒コンバーターを加熱するなどによって人工的に触媒コンバーターを使用することによって）ことができ、一酸化炭素「ライトオフ」温度を様々な白金族金属装填量で各触媒コンバーターについて測定することができる。一酸化炭素「ライトオフ」温度は一般に、触媒コンバーターの運転温度、および一酸化炭素の５０％が触媒される温度と見なされる。したがって、所与のＰＧＭ装填量についてライトオフ温度が低いほど、または所与のライトオフ温度についてＰＧＭ装填量が低いほど、より効率的な触媒を示す。
【０１１３】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．８ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも１０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．８ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも２０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．８ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも３０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．８ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも４０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．８ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも５０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．５ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも１０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．５ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも２０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．５ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも３０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製され、１．５ｇ／ｌまたはそれ未満のＰＧＭを装填された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製され、同じまたは同様のＰＧＭ装填量を有する触媒コンバーターより少なくとも４０℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後に上記の性能標準のいずれかを実証する。
【０１１４】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより３０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１１５】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより３０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１１６】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより４０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１１７】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより４０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１１８】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより５０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１１９】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより５０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２０】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより６０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２１】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより６０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２２】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより７０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２３】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより７０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２４】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−３℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより８０ｗｔ％少ないＰＧＭを使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２５】
一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターの一酸化炭素ライトオフ温度の＋／−２℃以内の一酸化炭素ライトオフ温度を示し、一方、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、湿式化学法で作製された触媒コンバーターより８０ｗｔ％少ない触媒を使用する。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーターは、約５０，０００ｋｍ、約５０，０００マイル、約７５，０００ｋｍ、約７５，０００マイル、約１００，０００ｋｍ、約１００，０００マイル、約１２５，０００ｋｍ、約１２５，０００マイル、約１５０，０００ｋｍ、または約１５０，０００マイルの稼動後にこの性能を実証する。
【０１２６】
一部の実施形態では、上述した比較のために、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーター、および湿式化学法を使用して調製された市販の触媒コンバーターはともに、試験の前にエージングされる（同じ量によって）。一部の実施形態では、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーター、および湿式化学法を使用して調製された市販の触媒コンバーターはともに、約（もしくは最大で約）５０，０００キロメートル、約（もしくは最大で約）５０，０００マイル、約（もしくは最大で約）７５，０００キロメートル、約（もしくは最大で約）７５，０００マイル、約（もしくは最大で約）１００，０００キロメートル、約（もしくは最大で約）１００，０００マイル、約（もしくは最大で約）１２５，０００キロメートル、約（もしくは最大で約）１２５，０００マイル、約（もしくは最大で約）１５０，０００キロメートル、または約（もしくは最大で約）１５０，０００マイルまでエージングされる。一部の実施形態では、上述した比較のために、多孔質担体内に包埋された複合ナノ粒子で作製された触媒コンバーター、および湿式化学法を使用して調製された市販の触媒コンバーターはともに、試験の前に人工的にエージングされる（同じ量によって）。一部の実施形態では、これらは、約４００℃、約５００℃、約６００℃、約７００℃、約８００℃、約９００℃、約１０００℃、約１１００℃、または約１２００℃に、約（もしくは最大で約）４時間、約（もしくは最大で約）６時間、約（もしくは最大で約）８時間、約（もしくは最大で約）１０時間、約（もしくは最大で約）１２時間、約（もしくは最大で約）１４時間、約（もしくは最大で約）１６時間、約（もしくは最大で約）１８時間、約（もしくは最大で約）２０時間、約（もしくは最大で約）２２時間、または約（もしくは最大で約）２４時間加熱することによって人工的にエージングされる。一部の実施形態では、これらは、約８００℃に約１６時間加熱することによって人工的にエージングされる。
【０１２７】
例示的な実施形態
本発明を以下の実施形態によってさらに記載する。実施形態のそれぞれの特徴は、適切で実用的である場合、他の実施形態のいずれとも組み合わせられる。
【０１２８】
実施形態１．多孔質担体と；前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子であって、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、複合ナノ粒子とを含む触媒材料。
【０１２９】
実施形態２．前記触媒材料がミクロンサイズ粒子である、実施形態１に記載の触媒材料。
【０１３０】
実施形態３．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態１または２に記載の触媒材料。
【０１３１】
実施形態４．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態１から３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１３２】
実施形態５．前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３３】
実施形態６．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３４】
実施形態７．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３５】
実施形態８．前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３６】
実施形態９．前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを含まない、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３７】
実施形態１０．前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を含まない、実施形態４に記載の触媒材料。
【０１３８】
実施形態１１．前記複合ナノ粒子が、０．００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の白金族金属を含む、実施形態１から９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１３９】
実施形態１２．前記複合ナノ粒子が、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の白金族金属を含む、実施形態１から９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４０】
実施形態１３．前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、実施形態１から１２のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４１】
実施形態１４．前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、実施形態１から１３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４２】
実施形態１５．前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、実施形態１から１４のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４３】
実施形態１６．前記支持体ナノ粒子  前記金属酸化物  酸化アルミニウム、実施形態１５に記載の触媒材料。
【０１４４】
実施形態１７．前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、実施形態１から１６のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４５】
実施形態１８．前記多孔質担体が、シリカを含む、実施形態１から１７のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４６】
実施形態１９．前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、実施形態１から１８のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４７】
実施形態２０．前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、実施形態１から１９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４８】
実施形態２１．前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、実施形態１から２０のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１４９】
実施形態２２．前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、実施形態２０または２１に記載の触媒材料。
【０１５０】
実施形態２３．前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、実施形態１から２２のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１５１】
実施形態２４．前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、実施形態１から２３のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０１５２】
実施形態２５．
【０１５３】
複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、前記複合ナノ粒子が支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；
【０１５４】
前記担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、前記複合ナノ粒子が前記固化担体内に包埋される、ステップと；
【０１５５】
多孔質触媒材料を形成するために前記固化担体の一部を除去するステップと
を含む、多孔質触媒材料を生成する方法。
【０１５６】
実施形態２６．前記固化担体の一部を除去するステップが、前記固化担体をか焼して前記固化担体の一部を焼き取ることを含む、実施形態２５に記載の方法。
【０１５７】
実施形態２７．
【０１５８】
前記複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する前記流体と混合する前に、分散した複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む、実施形態２５または２６に記載の方法。
【０１５９】
実施形態２８．前記担体前駆体が、アルミニウム、シリカ、レゾルシノール、または非晶質炭素の１種または複数を含む、実施形態２５または２６に記載の方法。
【０１６０】
実施形態２９．前記担体前駆体が沈殿によって固化され、前記複合ナノ粒子が前記固化担体とともに共沈する、実施形態２２から２８のいずれか一項に記載の方法。
【０１６１】
実施形態３０．前記担体前駆体が、重合によって固化される、実施形態２５から２８のいずれか一項に記載の方法。
【０１６２】
実施形態３１．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態２５から３０のいずれか一項に記載の方法。
【０１６３】
実施形態３２．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態２５から３１のいずれか一項に記載の方法。
【０１６４】
実施形態３３．前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態３２に記載の方法。
【０１６５】
実施形態３４．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態３２に記載の方法。
【０１６６】
実施形態３５．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態３２に記載の方法。
【０１６７】
実施形態３６．前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態３２に記載の方法。
【０１６８】
実施形態３７．前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを含まない、実施形態２５から３１のいずれか一項に記載の方法。
【０１６９】
実施形態３８．前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を含まない、実施形態２５から３１のいずれか一項に記載の方法。
【０１７０】
実施形態３９．前記複合ナノ粒子が、０．００１％〜２０％の白金族金属を含む、実施形態２５から３８のいずれか一項に記載の方法。
【０１７１】
実施形態４０．前記複合ナノ粒子が、０．５％〜１．５％の白金族金属を含む、実施形態２５から３９のいずれか一項に記載の方法。
【０１７２】
実施形態４１．前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、実施形態２５から４０のいずれか一項に記載の方法。
【０１７３】
実施形態４２．前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、実施形態２５から４１のいずれか一項に記載の方法。
【０１７４】
実施形態４３．前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、実施形態２５から４２のいずれか一項に記載の方法。
【０１７５】
実施形態４４．前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、実施形態４３に記載の方法。
【０１７６】
実施形態４５．前記得られた触媒材料を加工してミクロンサイズ粒子にするステップをさらに含む、実施形態２５から４４のいずれか一項に記載の方法。
【０１７７】
実施形態４６．前記得られた触媒材料がすり砕かれてミクロンサイズ粒子が形成される、実施形態４５に記載の方法。
【０１７８】
実施形態４７．実施形態２５から４６のいずれか一項に記載の方法によって作製される多孔質触媒材料。
【０１７９】
実施形態４８．基材と；触媒活性粒子を含むウォッシュコート層であって、前記触媒活性粒子は、多孔質担体、および前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ウォッシュコート層とを含む被覆基材。
【０１８０】
実施形態４９．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態４８に記載の被覆基材。
【０１８１】
実施形態５０．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態４８または４９に記載の被覆基材。
【０１８２】
実施形態５１．前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、実施形態４８から５０のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８３】
実施形態５２．前記多孔質担体が、シリカを含む、実施形態４８から５１のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８４】
実施形態５３．前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、実施形態４８から５２のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８５】
実施形態５４．前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、実施形態４８から５３のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８６】
実施形態５５．前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、実施形態４８から５４のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８７】
実施形態５６．前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、実施形態５４または５５に記載の被覆基材。
【０１８８】
実施形態５７．前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、実施形態４８から５６のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１８９】
実施形態５８．前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、実施形態４８から５７のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１９０】
実施形態５９．コーディエライトを含む、実施形態４８から５８のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１９１】
実施形態６０．ハニカム構造を含む、実施形態４８から５９のいずれか一項に記載の被覆基材。
【０１９２】
実施形態６１．実施形態４８から６０のいずれか一項に記載の被覆基材を含む触媒コンバーター。
【０１９３】
実施形態６２．排ガス用流路、および実施形態６１に記載の触媒コンバーターを含む排気処理システム。
【０１９４】
実施形態６３．触媒活性粒子を含むウォッシュコート組成物であって、前記触媒活性粒子は、多孔質担体、および前記多孔質担体内に包埋された複数の複合ナノ粒子を含み、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ウォッシュコート組成物。
【０１９５】
実施形態６４．前記触媒活性粒子が、３から５の間のｐＨで水媒体中に懸濁される、実施形態６３に記載のウォッシュコート組成物。
【０１９６】
実施形態６５．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態６３または６４に記載のウォッシュコート組成物。
【０１９７】
実施形態６６．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態６３から６５のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０１９８】
実施形態６７．前記多孔質担体が、重合レゾルシノールから形成される、実施形態６３から６６のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０１９９】
実施形態６８．前記多孔質担体が、シリカを含む、実施形態６３から６７のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２００】
実施形態６９．前記多孔質担体が、非晶質炭素を含む混合物から形成される、実施形態６３から６８のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０１】
実施形態７０．前記多孔質担体が、金属酸化物を含む、実施形態６３から６９のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０２】
実施形態７１．前記多孔質担体が、金属酸化物および重合レゾルシノールを含む混合物から形成される、実施形態６３から７０のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０３】
実施形態７２．前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、実施形態７０または７１に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０４】
実施形態７３．前記多孔質担体が、２００ｍ２／ｇ超の平均孔表面積を有する、実施形態６３から７２のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０５】
実施形態７４．前記多孔質担体が、１ｎｍ〜２００ｎｍの平均孔径を有する、実施形態６３から７３のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物。
【０２０６】
実施形態７５．実施形態６３から７４のいずれか一項に記載のウォッシュコート組成物で基材を被覆するステップを含む、被覆基材を形成する方法。
【０２０７】
実施形態７６．前記ウォッシュコート組成物で被覆した後、前記基材をか焼するステップをさらに含む、実施形態７５に記載の被覆基材を形成する方法。
【０２０８】
実施形態７７．可燃性成分および非可燃性成分を含む担体と；前記ゲルに包埋された複数の複合ナノ粒子であって、各複合ナノ粒子は、支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、複合ナノ粒子とを含む触媒材料。
【０２０９】
実施形態７８．前記可燃性成分が、非晶質炭素である、実施形態７７に記載の触媒材料。
【０２１０】
実施形態７９．前記可燃性成分が、可燃性ゲルである、実施形態７８に記載の触媒材料。
【０２１１】
実施形態８０．前記可燃性成分が、重合レゾルシノールである、実施形態７７または７９に記載の触媒材料。
【０２１２】
実施形態８１．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態７７から８０のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２１３】
実施形態８２．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態７７から８１のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２１４】
実施形態８３．前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態８２に記載の触媒材料。
【０２１５】
実施形態８４．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態８２に記載の触媒材料。
【０２１６】
実施形態８５．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態８２に記載の触媒材料。
【０２１７】
実施形態８６．前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態８２に記載の触媒材料。
【０２１８】
実施形態８７．前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを含まない、実施形態８１に記載の触媒材料。
【０２１９】
実施形態８８．前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を含まない、実施形態８１に記載の触媒材料。
【０２２０】
実施形態８９．前記複合ナノ粒子が、０．００１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の白金族金属を含む、実施形態７７から８８のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２２１】
実施形態９０．前記複合ナノ粒子が、０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の白金族金属を含む、実施形態７７から８９のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２２２】
実施形態９１．前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、実施形態７７から９０のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２２３】
実施形態９２．前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、実施形態７７から９１のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２２４】
実施形態９３．前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、実施形態７７から９２のいずれか一項に記載の触媒材料。
【０２２５】
実施形態９４．前記支持体ナノ粒子  前記金属酸化物  酸化アルミニウム、実施形態９３に記載の触媒材料。
【０２２６】
実施形態９５．複合ナノ粒子を担体前駆体を含む流体と混合するステップであって、前記複合ナノ粒子が支持体ナノ粒子および触媒ナノ粒子を含む、ステップと；前記担体前駆体を固化して固化担体を形成するステップであって、前記複合ナノ粒子は、前記固化担体内に包埋される、ステップとを含む、触媒材料を生成する方法。
【０２２７】
実施形態９６．前記複合ナノ粒子を担体前駆体を含有する前記流体と混合する前に、分散した複合ナノ粒子を含む流体を形成するステップをさらに含む、実施形態９５に記載の方法。
【０２２８】
実施形態９７．前記担体前駆体が、可燃性成分および非可燃性成分を含む、実施形態９５または９６に記載の方法。
【０２２９】
実施形態９８．前記可燃性成分が、レゾルシノールまたは非晶質炭素を含む、実施形態９７に記載の方法。
【０２３０】
実施形態９９．前記非可燃性成分が、アルミナまたはシリカを含む、実施形態９７または９８に記載の方法。
【０２３１】
実施形態１００．前記担体前駆体が沈殿によって固化され、前記複合ナノ粒子が前記固化担体とともに共沈する、実施形態９５から９９のいずれか一項に記載の方法。
【０２３２】
実施形態１０１．前記担体前駆体が、重合によって固化される、実施形態９５から９９のいずれか一項に記載の方法。
【０２３３】
実施形態１０２．前記触媒ナノ粒子が、少なくとも１種の白金族金属を含む、実施形態９５から１０１のいずれか一項に記載の方法。
【０２３４】
実施形態１０３．前記触媒ナノ粒子が、白金およびパラジウムを含む、実施形態９５から１０２のいずれか一項に記載の方法。
【０２３５】
実施形態１０４．前記触媒ナノ粒子が、１：２の白金：パラジウム〜２５：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態１０３に記載の方法。
【０２３６】
実施形態１０５．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウム〜１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態１０３に記載の方法。
【０２３７】
実施形態１０６．前記触媒ナノ粒子が、２：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態１０３に記載の方法。
【０２３８】
実施形態１０７．前記触媒ナノ粒子が、１０：１の白金：パラジウムの重量比で白金およびパラジウムを含む、実施形態１０３に記載の方法。
【０２３９】
実施形態１０８．前記触媒ナノ粒子が、白金を含み、パラジウムを含まない、実施形態９５から１０２のいずれか一項に記載の方法。
【０２４０】
実施形態１０９．前記触媒ナノ粒子が、パラジウムを含み、白金を含まない、実施形態９５から１０２のいずれか一項に記載の方法。
【０２４１】
実施形態１１０．前記複合ナノ粒子が、０．００１％〜２０％の白金族金属を含む、実施形態９５から１０９のいずれか一項に記載の方法。
【０２４２】
実施形態１１１．前記複合ナノ粒子が、０．５％〜１．５％の白金族金属を含む、実施形態９５から１１０のいずれか一項に記載の方法。
【０２４３】
実施形態１１２．前記支持体ナノ粒子が、１０ｎｍ〜２０ｎｍの平均直径を有する、実施形態９５から１１１のいずれか一項に記載の方法。
【０２４４】
実施形態１１３．前記触媒ナノ粒子が、０．３ｎｍから１０ｎｍの間の平均直径を有する、実施形態９５から１１２のいずれか一項に記載の方法。
【０２４５】
実施形態１１４．前記支持体ナノ粒子が、金属酸化物を含む、実施形態９５から１１３のいずれか一項に記載の方法。
【０２４６】
実施形態１１５．前記金属酸化物が、酸化アルミニウムである、実施形態１１４に記載の方法。
【０２４７】
実施形態１１６．実施形態９５から１１５のいずれか一項に記載の方法によって作製される触媒材料。
【０２４８】
実施形態１１７．ナノ粒子および多孔質担体材料を含む多孔質材料。
【０２４９】
実施形態１１８．前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、および複合ナノ粒子からなる群から選択される、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５０】
実施形態１１９．前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５１】
実施形態１２０．前記ナノ粒子が、混合金属酸化物ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５２】
実施形態１２１．前記ナノ粒子が、複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５３】
実施形態１２２．前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５４】
実施形態１２３．前記ナノ粒子が、混合金属酸化物ナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５５】
実施形態１２４．前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子および混合金属酸化物ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５６】
実施形態１２５．前記ナノ粒子が、金属酸化物ナノ粒子、混合金属酸化物ナノ粒子、および複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２５７】
実施形態１２６．前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化アルミニウムを含む、実施形態１１９、１２２、１２４、または１２５のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【０２５８】
実施形態１２７．前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化セリウムを含む、実施形態１１９、１２２、１２４、または１２５のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【０２５９】
実施形態１２８．前記金属酸化物ナノ粒子が、酸化アルミニウムナノ粒子および酸化セリウムナノ粒子を含む、実施形態１１９、１２２、１２４、または１２５のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【０２６０】
実施形態１２９．前記複合ナノ粒子が、触媒ナノ粒子および支持体ナノ粒子を含む、実施形態１２１、１２２、１２３、または１２５のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【０２６１】
実施形態１３０．前記ナノ粒子が、酸化アルミニウムナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２６２】
実施形態１３１．前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含む、実施形態１３０に記載の多孔質材料。
【０２６３】
実施形態１３２．前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が酸化アルミニウムを含む、実施形態１３０に記載の多孔質材料。
【０２６４】
実施形態１３３．前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含み、前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が、酸化アルミニウムを含む、実施形態１３０に記載の多孔質材料。
【０２６５】
実施形態１３４．前記多孔質担体材料が、酸化アルミニウムである、実施形態１１７から１２６または１２８から１３３のいずれか一項に記載の多孔質材料。
【０２６６】
実施形態１３５．前記ナノ粒子が、酸化セリウムナノ粒子および複合ナノ粒子を含む、実施形態１１７に記載の多孔質材料。
【０２６７】
実施形態１３６．前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含む、実施形態１３５に記載の多孔質材料。
【０２６８】
実施形態１３７．前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が、酸化セリウムを含む、実施形態１３５に記載の多孔質材料。
【０２６９】
実施形態１３８．前記複合ナノ粒子の前記触媒ナノ粒子が、白金、パラジウム、または白金およびパラジウムの合金を含み、前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が、酸化セリウムを含む、実施形態１３５に記載の多孔質材料。
【０２７０】
実施形態１３９．前記多孔質担体材料が酸化セリウムである、実施形態１１７から１２５、１２７から１３１、または１３５から１３８のいずれか１つに記載の多孔質材料。
【０２７１】
実施形態１４０．前記複合ナノ粒子の前記支持体ナノ粒子が混合金属酸化物を含む、実施形態１１８、１２１から１２３、１２５、１２９から１３３、または１３５から１３８のいずれか１つに記載の多孔質材料。
【実施例】
【０２７２】
（実施例１）
図２は、湿式化学法を使用して調製された基材を有する市販の触媒コンバーター、および米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のミクロン担体酸化アルミニウム粒子の表面上に含浸された複合触媒ナノ粒子（「ナノ−オン−ナノ−オン−ミクロ」または「ＮＮｍ」粒子）を利用する非市販の触媒コンバーターと比較した、本明細書に記載の多孔質担体粒子内に包埋された複合ナノ粒子（「ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロ」または「ＮＮｉＭ」粒子）を使用して調製された非市販の触媒コンバーターの性能を例示する。以下に記載されるすべての試験結果は、８００℃で１６時間人工的にエージングさせて、車における１２５，０００マイル後の稼動をシミュレートした触媒を利用する。
【０２７３】
白三角（Δ）は、ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロン（ＮＮｉＭ）触媒（この場合、ＰＧＭは、２：１のＰｔ：Ｐｄである）を有するウォッシュコートで調製した被覆基材についての一酸化炭素ライトオフ温度のデータ点を表す。黒四角（■）、黒菱形（◆）、および黒三角（▲）は、ＰＧＭが２：１のＰｔ：Ｐｄである、湿式化学法によって調製された市販の被覆基材（参照技術）についてのＣＯライトオフ温度を示す。黒丸（●）は、米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のミクロン担体酸化アルミニウム粒子の表面上に含浸された複合触媒ナノ粒子（「ナノ−オン−ナノ−オン−ミクロ」または「ＮＮｍ」粒子）を利用する非市販の触媒コンバーターについての一酸化炭素ライトオフ温度を示す。
【０２７４】
シミュレーションは、実験目的のために定常状態条件下で実施する（実際の稼動では、コールドスタート条件は、定常状態でない）。ディーゼル排気をシミュレートするために、一酸化炭素を含む担体ガスを被覆基材上に通過させる。触媒コンバーター基材の温度を、ライトオフ温度が実現される（すなわち、被覆基材がＣＯの５０％をＣＯ２に変換するのに十分な温度に到達するとき）まで徐々に上昇させる。
【０２７５】
市販の触媒コンバーターは、１．０ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１９３℃のＣＯライトオフ温度を示す。米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用する非市販の触媒コンバーターは、１．０ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１６１℃のＣＯライトオフ温度を示す。ＮＮｉＭ粒子を使用する触媒コンバーターは、１．１ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４２℃および約１４７℃（約１４４．５℃の平均について）のＣＯライトオフ温度を示し、１．０ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４６℃の、または同様のＰＧＭ装填量で市販の触媒コンバーターより約４７℃低い、かつ同様のＰＧＭ装填量で米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用する非市販の被覆基材より約１５℃低いＣＯライトオフ温度を推定することができる。
【０２７６】
市販の触媒コンバーターは、５．０ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４２℃の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用する非市販の触媒コンバーターは、約３．３ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４２℃の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。ＮＮｉＭ粒子を使用する触媒コンバーターは、約１．１ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４２℃の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。これは、ＮＮｉＭ粒子を使用する触媒コンバーターについて、約１４２℃のライトオフ温度で市販の被覆基材と比べて約７８％の、かつ米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用する非市販の被覆基材と比べて約６７％のＰＧＭ装填量のスリフティング（thrifting）（低減）を表す。
【０２７７】
（実施例２）
図３は、各技術についてＰＧＭの比が１０：１のＰｔ：Ｐｄであることを除いて、図１に例示したシミュレーションと同様のシミュレーションを例示する。
【０２７８】
白三角（Δ）は、ナノ−オン−ナノ−イン−ミクロン（ＮＮｉＭ）粒子（この場合、ＰＧＭは、１０：１のＰｔ：Ｐｄである）を使用して調製した触媒コンバーターについての一酸化炭素ライトオフ温度のデータ点を表す。黒四角（■）は、湿式化学法によって調製された市販の触媒コンバーター（この場合、ＰＧＭは、１０：１のＰｔ：Ｐｄである）についてのＣＯライトオフ温度を示す。黒丸（●）は、米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のミクロン担体酸化アルミニウム粒子の表面上に含浸された複合触媒ナノ粒子（「ナノ−オン−ナノ−オン−ミクロ」または「ＮＮｍ」粒子）を利用する非市販の触媒コンバーターについての一酸化炭素ライトオフ温度を示す。
【０２７９】
市販の触媒コンバーターは、１．８ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約２０３℃、約２０１℃、および約１９４℃（約１９９℃の平均について）の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用する非市販の触媒コンバーターは、約１．８ｇ／ｌのＰＧＭ装填量のＰＧＭ装填量で約１６６℃、約１６５℃、および約１５９℃（約１６３℃の平均について）の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。ＮＮｉＭ粒子を使用して調製された触媒コンバーターは、１．８ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１４０℃の、または同様のＰＧＭ装填量で市販の触媒コンバーターより約５９℃低い、かつ同様のＰＧＭ装填量で米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用して調製された非市販の触媒コンバーターより約２３℃低い一酸化炭素ライトオフ温度を示す。
【０２８０】
米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用して調製された非市販の触媒コンバーターは、１０：１のＰＧＭ比で、約３．３ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１５１℃の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。ＮＮｉＭ粒子を使用して調製された触媒コンバーターは、約１．２ｇ／ｌのＰＧＭ装填量で約１５１℃の一酸化炭素ライトオフ温度を示す。これは、ＮＮｉＭ粒子を使用して調製された触媒コンバーターについて、約１４２℃のライトオフ温度で、米国出願第１３／５８９，０２４号（米国特許第８，６７９，４３３号）に記載のＮＮｍ粒子を使用して調製された非市販の触媒コンバーターと比べて約６４％のＰＧＭ装填量のスリフティング（低減）を表す。
【０２８１】
本発明を、本発明の構造および稼動の原理の理解を促進するために詳細を組み込んで具体的な実施形態の観点から記載してきた。具体的な実施形態およびこれらの詳細への本明細書でのこのような言及は、本明細書に添付の特許請求の範囲の射程を限定するように意図されていない。本発明の趣旨および射程から逸脱することなく、他の様々な改変を例示のために選択された実施形態において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。したがって、本記載および実施例は、本発明の射程を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図１】
2016531725.tif 000003
【図１Ａ】
2016531725.tif 000004
【図２】
2016531725.tif 000005
【図３】
2016531725.tif 000006
【国際調査報告】
2016531725.tif 000007
2016531725.tif 000008