JP2001525784A - 金属酸化物の低温生産 - Google Patents

金属酸化物の低温生産

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クマール バッタチャラヤ，アショク
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ユニヴァーシティ オブ ワーウィック
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Abstract

(57)【要約】 ナノ結晶性であり及び分散可能な金属酸化物ゲル産物の低温調整方法であって、湿性の含水金属酸化物を、加水酸又は金属塩のどちらかの存在下で加熱し、次いで制御された圧力下で前記の酸又は塩の分解温度にまで加熱し、次いでいかなる非分散性産物をも除去する工程を含む方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属酸化物の低温生産 本発明は、金属酸化物の固溶体の調製の分野に関連する。 ランタニドでドープしたＣｅＯ2は、一連のドーパント濃度に渡ってほたる石 形構造を有している。ほたる石形構造の安定性の置換範囲は、個々のドーパント に依存する。格子中のＣｅIVイオンをＬｎIIIで一部置換すると、対応する数の アニオン空格子点が作り出され、得られる固溶体は高イオン伝導率を有する。こ のように、それらは酸素センサーや電気化学燃料電池における可能な適用につい て広く研究されている。特にこのような固溶体は、セラミック触媒支持物質の高 表面域（high surface area）における触媒物質の調製において適用することが 可能である。 このようなセリア化合物等の伝導率の大きさは、ドーパントの濃度を増大して も線形的に増大することはないが、１０及び２０モルパーセントの間の最大値ま で増大し、その後急激に低下する。最大値の大きさは、同様にドーパントのイオ ン半径に依存する。これらの現象を酸素イオン空格子点、即ちドーパントのカチ オン対及び酸素イオン空格子点で説明しようとした者がある。これらの者は、こ れらの物質のイオン伝導率を計算し、これらを実験データと比較するために、種 々の理論モデルを使用している。 従来技術においてこのタイプの固溶体は、セラミック粉末処理技衛により調製 されるが、酸化物及び／又は硝酸塩を完全に粉砕して、１２００℃から１６００ ℃の間の温度で、均一化を達成するために長時間燃焼させる。しかしながら、こ のような技術は高温長時間の加熱がかなりの金属蒸発及び酸素喪失をしばしば引 き起こして所望の組成的化学量論を維持することが困難であるため、基本的には 不利である。このように作り出される点欠陥のた め、これらの物質の挙動は予期される挙動とは、ずれている。 米国特許第4,606,847号は、分散可能なセリアベースの産物の産生方法を記載 しているが、この中では、実質的に乾燥した酸化セリウム（IV）水和物を塩（例 えば硝酸塩や塩化物等の金属塩）の存在下で加熱して、凝集した晶子の脱凝集化 を引き起こしている。特に言及される金属塩には硝酸イットリウムがある。分散 可能な産物の調製においては、酸化セリウム（IV）水和物中の自由水の存在は、 明らかに除外される。更に、脱凝集化された晶子の粒子サイズも、非セリアベー ス系の使用も言及されていない。 ランタニドでドープした酸化セリウム（IV）であって、ほたる石形構造を有し 、かつ晶子サイズが約６ｎｍであるものの固溶体についての、新規の低温ゾルー ゲルルートでの調製が、J．Mat．Science 31，5005(1996)に記載されている。こ の方法では、Ce(NO3)3・6H2Oを沈殿と同時に化学的酸化させて、晶子サイズが約 ５ｎｍである酸化セリウム（IV）水和物を産生している。次いでこれに、必要な 量の硝酸ランタニドを含浸させ、乾燥した混合物を時間と温度についての変数を 厳密にしてマッフル炉内で加熱する。次に、得られた固体を粉末にして、その後 蒸留水中に分散してゾルを形成させ、乾燥させてガラス状のゲルを産生する。更 に、セリウム-ランタニドベースのもの以外の金属酸化物系を使用することは言 及されていない。 我々は驚くことに、金属酸化物のゲル（混合した金属酸化物を含む）は、金属 酸化物と、金属塩又は加水酸との湿性混合物を加熱して、次いで気圧を制御して 更に加熱することを特に具備した新規の低温方法により、ナノ結晶性且つ実質的 に分散可能な形態で産生することができることを見出した。 本発明によれば、金属酸化物のゲル産物の調整方法が提供され、この方法は、 （ａ）湿性含水金属酸化物と、 （ｉ）加水酸、又は （ｉｉ）金属塩 の何れかからなる混合物を加熱して当該含水金属酸化物の湿性ゲルを形成し、 （ｂ）当該湿性ゲルを、制御された気圧下で適宜、当該酸又は当該塩の分解温 度にまで加熱し、そして （ｃ）何れの非分散性（non-dispersible）産物をも除去する 工程を含んでいる(当該方法は、以下において”本発明の方法”と呼ぶ)。 本発明の方法を用いることにより、我々は金属酸化物のゲル産物が、ナノ結晶 をとり、且つ適切な溶媒系で物理的脱凝集化手段、例えば粉砕化などを必要とす ることなく実質的に分散可能であるものとして得られることを発見した。 従って本発明の更なる側面によれば、実質的に分散可能なナノ結晶の金属酸化 物のゲル産物が提供される。 ”湿性”の含水金属酸化物、及びそのゲルとは、含水金属酸化物及び水を具備 した組成物を意味し、ここで水は０％ ｗ／ｗを越えて存在し、好ましくは当該 金属酸化物の１０乃至２００％ ｗ／ｗの間であり、当該金属酸化物系の金属イ オンに配位していてもいなくてもよい。 ”非分散性産物”とは、湿性ゲルを制御した気圧下での加熱後に得られる産物 を意味し、これはコロイド状になるには大きすぎる粒子サイズを有している。 本発明の方法は、９５％を越える程度にまで分散可能な金属酸化物のゲル産物 を調製するのに使用することができるが、ここで”実質的に分散可能な”とは、 金属酸化物ゲル産物が、物理的脱凝集化を更に要することなく、形成後、適切な 溶媒（例えば水や水性酸溶液を含む水溶液）中で１０％、好ましくは４０％、よ り好ましくは６０％を越える程度にまで分散されうることを意味する。 ”ナノ結晶”とは、金属酸化物のゲル産物であってナノ結晶度が高いもの、即 ち５００ｎｍの粒子サイズを越える晶子がわずか１％であり、且つ平均晶子サイ ズ（Ｚav）が３乃至２５０ｎｍの範囲であるものを意味する。 我々はまた驚くことに、ランタニド酸化物系(これはランタン、セリウム、ガ ドリニウム、ネオジム及びプラセオジムのものを含むがこれらには限定されない )、遷移金属酸化物(イットリウム、ジルコニウム、鉄、パラジウム、ニッケル、 チタン、及びクロムのものを含むがこれらには限定されない)、そして更には主 要な金属群（マグネシウム、及びアルミニウムを含むがこれらには限定されない ）の酸化物を含む程に、予期せぬ程広い金属酸化物系のゲル産物を形成するのに 本発明の方法を使用することができるという利点があることを発見した。更には 、本発明の方法は二以上の上記金属の酸化物の混合物を調製するのに使用するこ とができる。 更に本発明の方法は、所望の組成物的化学量論における高度の正確性及び最小 の点欠陥濃度を有するゲル産物を低温で調製するのに使用することができる。 従って、本発明の更なる側面によれば、本発明の方法により得ることが可能な 産物が提供される。 本発明の方法においては、含水金属酸化物を具備した湿性のゲルは、湿性の含 水酸化物と加水酸若しくは金属塩との混合物を、所望の比率で加熱することによ り形成することができる。この加熱は大気圧下（即ち密封した容器内ではなく開 放系）で行うことが好ましい。 湿式ゲルの形成においては、上記混合物は、それが十分に乾燥してソフト及び ／又は砕けやすい軟度であるゲルを形成するまで加熱しなくてはならない。当該 混合物を加熱する温度及びその時間は、混合物の組成及び含水金属酸化物の水和 の程度（即ち”濡れ具合”）に依存するであろう。しかしながら適切な温度は、 室温から１２０℃の範囲であり、好ましくは４０乃至１１０℃、より好ましくは ５５乃至１０５℃、そして適切な時間は１乃至２４時間の範囲、好ましくは１乃 至６時間、より好ましくは１.５乃至５時間、特には１.７５乃至４.５時間であ る。 本発明の方法において使用することが可能な好ましい金属塩には、金属硝酸塩 、金属塩化物、金属過塩素酸塩、及び金属酢酸塩が含まれる。しかしながら、金 属塩としては金属硝酸 塩又は金属塩化物が特に好ましい。 適切な湿性含水金属酸化物、金属塩、及び加水酸は商業的に入手可能であり、 また文献においてもよく知られているか、若しくは例えば以下に記載するものな どの当業者に良く知られた技術を使用してすぐに得ることができるものである。 上記混合物を加熱して湿性のゲルを形成させるのに使用することが可能な適切 な容器は、当業者らには良く知られていて、これには適切な材料（例えばパイレ ックス）より作製される標準的な蒸発皿が含まれる。 本発明の方法においては、湿性のゲルは制御された気圧下で、例えば適切な反 応容器内に封じ込めることにより加熱することができる。使用可能な反応容器に は、圧力反応容器（例えばオートクレーブ）が含まれる。当業者ならばこの反応 容器は、湿性のゲルの構成に応じた適切な物質でできていてもよいことがわかる であろう。例えば、湿性のゲルが加水酸を含む反応混合物から形成されていない 場合には、ステンレス鋼の反応容器を使用することが可能である。しかしながら 加水酸が使用される場合には、適切な不活性な物質（例えば水晶）で裏打ちする ことが必要であろう。 湿性のゲルを制御された気圧下で、適宜、当該酸又は当該塩が分解する温度に まで加熱する。これは典型的には２２０乃至３３０℃の範囲、例えば金属硝酸塩 の場合には３０５乃至３２０℃、そして、１００乃至１８０℃、例えば加水酸の 場合には１４５乃至１５５℃である。適切な加熱速度は、１時間当たり１７５乃 至２２５℃、例えば１時間当たり２００℃である。湿性のゲルは、２０乃至７５ 分間、好ましくは２５乃至６５分間、適切な温度で加熱することができる。当該 塩又は当該酸の分解は適宜、適切な手段（例えば温度及び／又は圧力ゲージによ り吸熱（endotherm）の存在を観察すること）でモニターすることができる。 本発明の方法においては、制御された気圧下で湿性のゲルを加熱して形成され るいかなる非分散性産物も、当業者らに良く知られる適切な手段により除去する ことが可能である。 例えば、湿性ゲルを加熱して形成させた金属酸化物のゲルを適切な溶媒中に分 散させてゾルを形成させることにより、いかなる非分散性産物も除去することが できる。得られる固体を適切な溶媒内に分散させてゾルを形成させる前に、反応 容器を適度な温度（例えば６０℃未満）にまで冷却してもよい。金属酸化物を分 散さることができる適切な溶媒には、水性溶媒、特には蒸留水が含まれる。適度 な期間（例えば約１時間）攪拌し、その後２時間以上静置して分散させることが できる。次いで非分散性沈殿物はいかなるものも、適切な手段(例えば上清のデ カンテーション)により除去することができる。 実質的に分散可能なゲルを得るため、得られるゾルを次ぎに使用するシステム に応じた適温で乾燥させてもよい。適温は、２０乃至１２５℃、好ましくは２５ 乃至１０５℃である。このゾルは、ガラス状で透明で粘ちょうな（consistency ）ゲル産物が形成されるまで十分に乾燥しなくてはならない。 このように形成される、実質的に分散可能であり、且つナノ結晶である金属酸 化物のゲル産物は、金属酸化物の固溶体の調製において適切な温度にまで加熱し て使用することが可能である。結晶サイズが小さく、そして、凝集性がないので 、この産物は低温（１０００℃未満、例えば６００から８００℃の間等）で緻密 になる。あるいは、ゲル産物を適切な溶媒中に再分散してゾルを形成させてもよ く、次いでこれを種々の物質をコート又は含浸するのに使用して、均一且つナノ 結晶の性質を有するコーティングを生じさせてもよい。例えば、実質的に分散可 能な適切な金属酸化物のゲル産物を、触媒支持体へ分散させて触媒を形成させて もよい。コートされた物質を具備する他の層状物質は、同様の方法で容易に産生 することが可能である。コートされた物質を使用して、種々の装置、例えば燃料 電池を作製することが可能である。 本発明を以下の例で説明するが、これによって限定するものではない。 分散可能なゲルを形成するための一般的実験方法 1. 湿性の含水酸化物を加水酸（例えば塩酸、硝酸、若しくは酢酸）又は少な くとも一の金属塩の何れかと適宜、所望の割合で混合した。得られる混合物を次 いで、過剰な水を具備した含水性の金属酸化物でできた、ソフトでもろい”湿性 の”ゲルが生じるまでパイレックス製の蒸発皿内で加熱して乾燥させた。 2. 次いで湿性ゲルを０.５ｃｍのかけらにして圧力反応容器内に搭載して２ ｃｍの床厚にした。次いで反応容器を密封した。 3. 容器を１時間当たり約２００℃の加熱速度で３０ないし６０分間、当該塩 又は当該酸の分解温度にまで加熱した。圧力は、必要な時には減圧した。典型的 には、硝酸塩又は酸の分解が吸熱しながら観察された。 4. 容器を６０℃未満まで冷却し、次いで開放した。 5. 得られた固体を次いで蒸留水中で１時間以上攪拌しながら分散させ、次に 約２時間放置し、及び／又は必要ならば遠心した。必要ならば酸（例えば塩酸、 硝酸、又は酢酸）を適切な量で上記で得られたゾルへ添加して分散液を安定化し た。上清をデカンテーションすることにより形成されるいかなる沈殿物をも除去 した。 6. 産物を次いで室温から１０５℃の間で乾燥させてガラス状の分散可能なゲ ルを得た。 ゲルの伝導率及びｐＨを測定した。 7. 次いでゲルは： （ａ）適切な温度にまで加熱することにより緻密化してセラミック物質 を形成させるか、又は （ｂ）適切な溶媒系に再分散して、物質のコートに使用可能なゾルを形 成させてもよい。 特徴付け 形態及び元素分析 乾燥させたグル又はカルサイン試料を、エネルギー分散的ｘ線分析器を備えた ＪＥＯＬの走査型電子顕微鏡を２０ｋＶで使用して分析した。伝導性試料は、微 粉末試料をカーボンコーティング又は金スパッタリングの何れかにかけて調製し た。レファレンス標準として純粋なマンガンを使用して、粉末粒子について広帯 域ビーム及びボイントＥＤＸ分析の両方を行った。 当該試料についてのＸ線粉末回折パターンを、ニッケルフィルターを有するＣ ｕＫα放射を使用して、フィリップ社の回折計で２θ＝１０-８０°の領域内で １／４°／分のスキャンスピードで記録した。それそれの組成物の平均結晶サイ ズは、特定の回折ピークのブロードニングより、以下の良く知られたScherrer方 程式より計算した： Ｄ＝ｋλ／ｈ1/2cosθ 式中、Ｄは晶子の平均サイズ、ｋはScherrer定数、λは放射の波長、ｈ1/2は 半分の高さにおけるピーク幅、及びθはピークの位置である。 粒子サイズ 溶液中で光子相関分光法により、又は固体試料上で遷移電子顕微鏡により測定 した。 実施例１ ジルコニウム-ランタン混合酸化物 （ａ）ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル 少量の塩基性炭酸ジルコニウム（全量６０ｇ）を６ＭのＨＮＯ3（４３ｍｌ） に添加した。別の塩基性炭酸ジルコニウム（４０ｇ）を水でスラリー状にしてか ら当該酸混合物へ添加した。この混合物を攪拌しながら加熱すると、１０ないし １５分後に透明なゾルが得られた。蒸留水（５００ｍＬ）で希釈し且つ２０分間 攪拌した後、当該混合物を室温まで冷却した。８８０アンモニア（２３ｍＬ）を 水（８８０ｍＬ）に攪拌しながら添加した。ジルコニウム のソルを当該混合物に撹拌しながら１０分間かけてゆっくりと添加した。得られ たものを静置して上清をデカンテーションで除去した。ゾルを２Ｌの蒸留水で４ 回洗浄した。得られたゲルをデカンテーションして９００ｍＬにし、１００ｍＬ のＨＮＯ3を添加した。この混合物を遠心してその上清を捨てると、酸調製済の ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲルが残る。 （ｂ）ジルコニウム-ランタン混合酸化物 ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（１２６ｇ；上記の工程（ａ）からのもの で、４０℃で乾燥して硬いゲルにしたもの）及びＬａ（ＮＯ3）3・５Ｈ2Ｏ（５. ６９ｇ）から、水（約１０ｍＬ）の存在下でオートクレーブで３１５℃で加熱し て調製した。得られたゲルを蒸留水（２００ｍＬ）に分散し、デカンテーション して沈殿物を除去した。水を４５℃で蒸発させた後、得られるゲルを再分散し( １００％分散可能)、７.９ｍｍｈｏの伝導率及び３.９のｐＨを有する透明なゾ ルが得られた。ゾルを１００℃で蒸発させて乾燥ゲルを得た。乾燥ゲルについて ＸＲＤを８００℃で行って、以下の化学量論を有する固溶体であることがわかっ た：Ｚｒ0.8Ｌａ0.2Ｏ2- δ。 実施例２ ジルコニウム-イットリウム混合酸化物Ｉ ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（１２６ｇ；上記の実施例１（ａ）参照） 及びＹ（ＮＯ3）3・５Ｈ2Ｏ（２.９５ｇ）から、水（約１０ｍＬ）の存在下で、 蒸発皿中で４０ないし５０℃で乾燥し、オートクレーブで３１５℃で加熱して調 製した。得られたゲルを蒸留水（４００ｍＬ）中で分散し、デカンテーションし て沈殿を除去した。水を１０５℃で蒸発した後、得られるゲルを再懸濁し(１０ ０％分散可能)、１４.２８ｍｍｈｏの伝導率及び２.４のｐＨを有する透明なゾ ルを得た。このゾルを１００℃で蒸発させて乾燥ゲルを得た。この乾燥ゲルにつ いて、ＸＲＤを６００℃で行って、以下の化学量論の固溶体であることがわかっ た：Ｚｒ0.9Ｙ0.1Ｏ2- δ。実施例３ ジルコニウム-イットリウム混合酸化物II ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（１６３.４ｇ；上記の実施例１（ａ）参 照）及びＹ（ＮＯ3）3・５Ｈ2Ｏ（４.７ｇ）から、水（約１５ｍＬ）の存在下で 、蒸発皿中で１０５℃で乾燥し、オートクレーブで３１０℃で４５分以土加熱し て調製した。得られたゲルを蒸留水（１.５Ｌ；４.４３ｍｍｈｏの伝導度及び２ .３のｐＨのゾルを与える）中で分散し、デカンテーションして沈殿を除去した 。水を１０５℃、次いで室温で蒸発した後、得られるゲルを再分散し(１００％ 分散可能)、透明なゾルを得た。ＰＣＳ測定によりＺavは３５ｎｍであることが わかった。 実施例４ アルミニウム-イットリウム混合酸化物 （ａ）ＡｌＯ(ＯＨ)水和ゲル 上記の実施例１（ａ）に記載される方法と同様にして、水（５００ｍＬ）中の Ａｌ（ＮＯ）3・９Ｈ2Ｏ(１３４ｇ)、及び水（１Ｌ）中の水酸化アンモニウム（ ２３ｍＬ）より調製した。 （ｂ）アルミニウム-イットリウム混合酸化物 ＡｌＯＯＨ水和ゲル（１７１.２１ｇ；上記の工程（ａ）より）及びＹ(ＮＯ3)3 ・５Ｈ2Ｏ（１７.２７ｇ）から、水（約２０ｍＬ）の存在下で、蒸発皿中で１ ００℃で乾燥させ、オートクレーブで３１５℃で１５分間加熱して調製した。得 られるゲルを蒸留水（２００ｍＬ）中に懸濁し、デカンテーションして沈殿を除 去した。水を蒸発させてガラス状の分散可能なゲルを得た。 実施例５ セリウム-プラセオジウム-ランタン混合酸化物 ＣｅＯ2水和ゲル(５０ｇ)、Ｐｒ（ＮＯ3）3・6Ｈ2Ｏ(２４.９８ｇ)、及びＬａ （ＮＯ3）3・5Ｈ2Ｏ（５.９６ｇ）から、水（約１０ｍＬ）の存在下で、蒸発皿 中で１０５℃で乾燥させ、オートクレーブで３１０℃で３０分間加熱して調製し た。得られるゲルを蒸留水（４Ｌ）中に分散し、デカンテーションして沈殿を除 去した。水を１０５℃で蒸発させた後、得られるゲルを再分散し、伝導度が５. ４４ｍｍｈｏでｐＨが４.２の良好なゾルを形成した。ＸＲＤを６００℃で行い 、出現したものは単一の相であることが判明した：Ｃｅ0.75Ｌａ0.05Ｐｒ0.20Ｏ2- δ 。 実施例６ セリウム−プラセオジウム混合酸化物 ＣｅＯ2水和ゲル（５０ｇ）及びＰｒ（ＮＯ3）3・6Ｈ2Ｏ（１５.６２ｇ）から 、水（３０℃で溶解するのに十分）の存在下で調製した。この混合物を８時間静 置し、蒸発皿中で１０５℃で乾燥させ、オートクレーブ内で３２０℃で７５分間 加熱した。得られるゲルを蒸留水（１.５Ｌ）に分散し、１Ｎ ＨＮＯ3を添加し てｐＨを１.８にし、デカンテーションすることにより沈殿を除去した。水を１ ０５℃で蒸発させた後、得られる産物を再分散(１００％分散可能)すると、伝導 度が７.３２ｍｍｈｏでｐＨが２.２の良好なゾルが形成された。 実施例７ ジルコニウム-チタン混合酸化物 （ａ）ＴｉＯ（ＯＨ）2水和ゲル 上記の実施例１（ａ）に記載の方法と同様にして、ＴｉＣｌ2.8（２７.３５％ 水溶液(１００ｍＬ)）から調製し、これを室温にて水（５００ｍＬ）中の水酸化 アンモニウム溶液（６ Ｍ；４００ｍＬ）へゆっくりと添加した。 （ｂ）ジルコニウム-チタン混合酸化物 ＴｉＯ（ＯＨ）2水和ゲル（上記の工程（ａ）より）及びＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘ Ｈ2Ｏ水和ゲル（上記の実施例１（ａ）参照）(双方の水和物はともに酸化物含有 量について熱重量分析により分析して、１：１の混合物を与える適切な量で混合 した)、更にＨＮＯ3（濃縮；３.９ｇ）から、水（１０ｍＬ）の存在下で調製し た。次に、蒸発皿内で室温での乾燥と、オートクレーブでの１５０℃、３０分間 の加熱とを行った。得られるグルを蒸留水（１.５Ｌ；伝導度が４.６４ｍｍｈｏ でｐＨが２.０の半透明なゾルを与える）に分散し、デカンテーションして沈殿 を除去した。水を蒸発させた後、得られるゲルを再分散すると伝導度が９.７ｍ ｍｈｏでｐＨか１.７のゾルが得られた。ＰＣＳ測定により、Ｚavが１４０ｎｍ であることがわかった。 実施例８ アルミニウム-マグネシウム混合酸化物 ＡｌＯ（ＯＨ）水和ゲル（２０ｇ：上記の実施例４（ａ）参照）及びＭｇ（Ｎ Ｏ3）2・6Ｈ2Ｏ(３８.４１ｇ)から、水（３５ｍＬ）の存在下で、１０５℃で蒸 発皿内で乾燥し、オートクレーブで３１５℃乃至３２１℃で約４５分間、次いで ３３０℃で更に４５分間加熱して調製した。得られるゲルを蒸留水に分散し、１ ＭのＨＮＯ3で（ｐＨ３.５まで）酸性化し、デカンテーションして沈殿を除去し た。水を蒸発させて、ガラス状の分散可能なゲルを得た。 実施例９ ジルコニウム-チタン-ガドリニウム混合酸化物 ＴｉＯ（ＯＨ）2水和ゲル（上記の実施例６（ａ）参照）及びＺｒＯ（ＯＨ）2 ・ｘＨ2Ｏ水 和ゲル(上記の実施例１(ａ))、並びにＧｄ（ＮＯ3）3(これら３つの水和物は、 酸化物の含有量について熱重量分析にかけて分析してあり、１：１：０.２の混 合物を与えるのに適切な量で混合されている)から、水（２５ｍＬ）の存在下で 、蒸発皿内で４０℃で乾燥し、オートクレーブで３１０℃で３０分間加熱して調 製した。得られるゲルを蒸留水（３Ｌ；伝導度が３.４７ｍｍｈｏでｐＨが４.７ である半透明のゾルを与える）に分散し、デカンテーションして沈殿を除去した 。水を蒸発させた後、得られるゲルを再分散すると、伝導度が７.６６でｐＨが ４.７のゾルが得られた。実施例１０ セリウム-ランタン-ジルコニウム混合酸化物 ＣｅＯ2水和グル(２５ｇ)、ＺｒＯ（ＮＯ3）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（４.４８ｇ ）及びＬａ（Ｎ０3）2・5Ｈ2Ｏ（５.５９ｇ）から、水（溶解のみに十分な量） の存在下で、蒸発皿内で１０５℃で乾燥し、オートクレーブで３１０℃で４５分 間、次いで３１７℃で更に３０分間加熱して調製した。得られるゲルを蒸留水（ １.５Ｌ）に分散し、ＨＮＯ3で（ｐＨが１.８になるまで）酸性化し、デカンテ ーションして沈殿を除去した。水を蒸発させた後、得られたゲルを再分散すると 良好なゾルが得られた。ＰＣＳ測定により、Ｚavが１５-２０ｎｍであることが わかった。 実施例１１ セリウム-ジルコニウム混合酸化物 ＣｅＯ2水和ゲル（２５ｇ）及びＺｒＯ（ＮＯ3）2・ｘＨ2Ｏ（６.３３ｇ）か ら、水（約１５ｍＬ）の存在下で、蒸発皿内で１０５℃で乾燥し、オートクレー ブで２５０℃で４５分間、更に３１０℃で４５分間加熱して調製した。得られる ゲルを蒸留水（１.５Ｌ）に分散し、ＨＮＯ3（５ｍＬ）で酸性化し、１０５℃で 一晩加熱し、ゾルを冷却して静置し、 デカンテーションして沈殿を除去した。水を蒸発させると、ガラス状の分散可能 なゲルが得られた。 実施例１２ ニッケル-鉄混合酸化物 （ａ）ＦｅＯ(ＯＨ)・ｘＨ2Ｏ 上記の実施例１（ａ）に記載の方法と同様にして、水（１Ｌ）中のＦｅ（ＮＯ3 ）3・9Ｈ2Ｏ（１００ｇ）及び水酸化アンモニウム（６Ｍ；５００ｍＬ）より調 製した。 （ｂ）ニッケル-イオン混合酸化物 ＦｅＯ(ＯＨ)・ｘＨ2Ｏ（４６.０２ｇ；上記の工程（ａ）より）及びＮｉ（Ｎ ０3）2・6Ｈ2Ｏ（３.６２ｇ）より、水（約１０ｍＬ）の存在下で蒸発皿内で４ ０℃で注意深く乾燥し、オートクレーブで３１５℃で３０分間加熱して調製した 。得られたゲルを蒸留水（１.５Ｌ）に分散し、デカンテーションして沈殿を除 去した。水を蒸発させるとガラス状の分散可能なゲルが得られた。 実施例１３ ジルコニウム-ニッケル-混合酸化物 ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（１１４.８ｇ）及びＮｉ（ＮＯ3）2・6Ｈ2 Ｏ（４ｇ）から、水（約２０ｍＬ）の存在下で、蒸発皿内で室温から４０℃の 間で乾燥し、オートクレーブで３１０℃で１５分間加熱して調製した。得られた ゲルを蒸留水（８００ｍＬ）に分散し、速心してデカンテーションして沈殿を除 去した。水を蒸発させた後、得られる産物を再分散すると半透明な緑がかったゾ ルが得られた。ＰＣＳ測定により、Ｚavが４０-７０ｎｍであることがわかった 。実施例１４ ジルコニウム-ネオジム混合酸化物 ＺｒＯ（ＯＨ）2・ｘＨ2Ｏ水和ゲル（１１５.７ｇ）及びＮｄ（ＮＯ3）3・6Ｈ2 Ｏ（６.９３ｇ）より、水（約１０ｍＬ）の存在下で、蒸発皿内で室温から１０ ５℃の間で乾燥し、オートクレーブで３００℃で３０分間加熱して調製した。得 られるゲルを蒸留水（１Ｌ）に分散し、遠心し、デカンテーションして沈殿を除 去した。水を蒸発させた後、得られる産物を再分散すると、半透明の緑がかった ゾルであって、伝導度が５.６３ｍｍｈｏでｐＨが２.８のものが得られた。ＰＣ Ｓ測定により、Ｚavは３５-５５ｎｍであることがわかった。 実施例１５ セリウム-イットリウム混合酸化物 ＣｅＯ2水和ゲル(７３.５％；２５ｇ)、Ｙ(ＮＯ3)3・5Ｈ2Ｏ（７.７９ｇ）よ り、水（約５ｍＬ）の存在下で、蒸発皿内で乾燥し、オートクレーブで３１０℃ で４０分間加熱して調製した。得られたゲルを蒸留水（８００ｍＬ）に分散し、 ｐＨをＨＮＯ3で２.４に調節し、速心し、デカンテーションして沈殿を除去した 。水を蒸発させると、ガラス状の緑がかった分散可能なゲルが得られた。ＰＣＳ 測定によりＺavが１２ｎｍであることがわかった。 実施例１６ ジルコニウム-ニッケル混合酸化物のシリカ上での分散 ゾルを、実施例１３のジルコニウム-ニッケル混合酸化物及び水（６ｍＬ）よ り調製した。このゾルをシリカが湿っているか濡れてはいない状態にまでシリカ （クロスフィールドＣ５００：１ｇ）へ一滴ずつ添加した(約２.０５ｍＬ添加) 。得られたものを１０５℃で乾燥し、この方法を、ゾルの全量が添加されるまで 二回繰り返した。これにより、シリカ上に、薄くて、均一で、ナノ結晶性の酸化 物コーティングがつくられた。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年５月５日（１９９９．５．５） 【補正内容】 請求の範囲 1. （ａ）湿性含水金属酸化物及び （ｉ）加水酸；又は （ｉｉ）金属塩 の何れかからなる混合物を加熱して湿性のゲルを形成し、 （ｂ）当該湿性のゲルを制御された圧力下で、適宜、当該酸又は当該塩の分解温 度にまで加熱し、そして （ｃ）いかなる非分散性産物をも除去する 工程を含む、金属酸化物ゲル産物の調製方法。 2. 前記の金属塩が、金属硝酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の方 法。 3. 前記の湿性のゲルが、湿性の含水金属酸化物の混合物を、室温と１２０℃ の間で加熱することにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の 方法。 4. 前記の湿性のゲルが、湿性の含水金属酸化物を１から２４時間の間加熱す ることにより形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の 方法。 5. 前記の制御された圧力が、圧力反応容器の手段により提供されることを特 徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。 6. 前記の湿性のゲルが、２０から７５分の間加熱されることを特徴とする請 求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。 7. 前記の湿性のゲルが、１時間当たり１７５から２２５℃の間の加熱速度で 加熱されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。 8. （ａ）湿性のゲルを加熱して形成した金属酸化物ゲルを溶媒内で分散して ゾルを形成させ、 （ｂ）いかなる非分散性沈殿物をも除去し、そして （ｃ）当該ゾルを乾燥する ことにより非分散性産物が除去されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか 一項に記載の方法。 9. 前記の金属酸化物ゲルが、制御された圧力下で６０℃未満に冷却されてか ら分散されることを特徴とする請求項８に記載の方法。 10．前記の溶媒が、水性であることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法 。 11．前記のゾルが、２０から１２５℃の間で乾燥されることを特徴とする請求 項８乃至１０の何れか一項に記載の方法。 12．請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法により得られる実質的に分散 可能なナノ結晶性の金属酸化物のゲル産物、但し、当該産物はアンチモンを含む 酸化スズの固溶体ではない。 13．実質的に分散可能なナノ結晶性の金属酸化物のゲル産物、但し当該産物は アンチモ ンを含む酸化スズの固溶体ではない。 14．請求項１２又は１３の産物を加熱することを具備した、金属酸化物の固溶 体形成方法。 15．請求項１２又は１３に記載の産物を金属酸化物の固溶体の製造に用いるこ とを備えた使用。 16．請求項１２又は１３に記載の産物を触媒支持体上に分散することを具備し た、触媒形成方法。 17．請求項１２又は１３に記載の産物を触媒の製造に用いることを備えた使用 。 18．請求項１２又は１３に記載の産物及び触媒支持体を具備した触媒。 19．請求項１２又は１３に記載の産物を燃料電池の製造に用いることを備えた 使用。 20．請求項１２又は１３に記載の産物を物質のコート又は含浸に用いることを 備えた使用。 21．請求項１２又は１３に記載の産物でコートされた物質を具備した層状物質 。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 37/03 Ｃ０１Ｆ 7/16 Ｃ０１Ｆ 7/16 17/00 Ｂ 17/00 Ｃ０１Ｇ 25/00 Ｃ０１Ｇ 25/00 53/00 Ａ 53/00 Ｈ０１Ｂ 1/08 Ｈ０１Ｂ 1/08 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｋ Ｈ０１Ｍ 8/02 8/12 8/12 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３２１Ｚ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. （ａ）湿性含水金属酸化物及び （ｉ）加水酸；又は （ｉｉ）金属塩 の何れかからなる混合物を加熱して湿性のゲルを形成し、 （ｂ）当該湿性のゲルを制御された圧力下で、適宜、当該酸又は当該塩の分解温 度にまで加熱し、そして （ｃ）いかなる非分散性産物をも除去する 工程を含む、金属酸化物ゲル産物の調製方法。 2. 前記の金属塩が、金属硝酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の方 法。 3. 前記の湿性のゲルが、湿性の含水金属酸化物の混合物を、室温と１２０℃ の間で加熱することにより形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の 方法。 4. 前記の湿性のゲルが、湿性の含水金属酸化物を１から２４時間の間加熱す ることにより形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の 方法。 5. 前記の制御された圧力が、圧力反応容器の手段により提供されることを特 徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。 6. 前記の湿性のゲルが、２０から７５分の間加熱されることを特徴とする請 求項１乃至 ５の何れか一項に記載の方法。 7. 前記の湿性のゲルが、１時間当たり１７５から２２５℃の間の加熱速度で 加熱されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。 8. （ａ）湿性のゲルを加熱して形成した金属酸化物ゲルを溶媒内で分散して ゾルを形成させ、 （ｂ）いかなる非分散性沈殿物をも除去し、そして （ｃ）当該ゾルを乾燥する ことにより非分散性産物が除去されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか 一項に記載の方法。 9. 前記の金属酸化物ゲルが、制御された圧力下で６００℃未満に冷却されて から分散されることを特徴とする請求項８に記載の方法。 10．前記の溶媒が、水性であることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法 。 11．前記のゾルが、２０から１２５℃の間で乾燥されることを特徴とする請求 項８乃至１０の何れか一項に記載の方法。 12．請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法により得られる産物。 13．実質的に分散可能なナノ結晶性の金属酸化物ゲル産物。 14．請求項１２又は１３の産物を加熱することを具備した、金属酸化物の固溶 体形成方法。 15．請求項１２又は１３に記載の産物を金属酸化物の固溶体の製造に用いるこ とを備えた使用。 16．請求項１２又は１３に記載の産物を触媒支持体上に分散することを具備し た、触媒形成方法。 17．請求項１２又は１３に記載の産物を触媒の製造に用いることを備えた使用 。 18．請求項１２又は１３に記載の産物及び触媒支持体を具備した触媒。 19．請求項１２又は１３に記載の産物を燃料電池の製造に用いることを備えた 使用。 20．請求項１２又は１３に記載の産物を物質のコート又は含浸に用いることを 備えた使用。 21．請求項１２又は１３に記載の産物でコートされた物質を具備した層状物質 。
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