JP2014158992A - Exhaust gas purification catalyst and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new exhaust gas purification catalyst which contains nickel as catalyst component, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: An exhaust gas purification catalyst is provided, including a plurality of binary metal particles consisting of silver and nickel with an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm supported on a catalyst carrier. The manufacturing method of an exhaust gas purification catalyst is further provided, including the steps of: depositing binary metal particles consisting of silver and nickel in an ionic liquid by sputtering target material which contains silver and nickel; and supporting the produced binary metal particles on a catalyst carrier.

Description

本発明は、排ガス浄化用触媒及びその製造方法、より詳しくは触媒成分としてニッケルを含む排ガス浄化用触媒及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst and a method for producing the same, and more particularly to an exhaust gas purifying catalyst containing nickel as a catalyst component and a method for producing the same.

ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の自動車の内燃機関から排出される排ガス中には、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)及び窒素酸化物(NOx)等の有害成分が含まれている。このため、一般的には、車両にこれらの有害成分を分解除去するための排ガス浄化装置が設けられており、当該排ガス浄化装置内に配備された排ガス浄化用触媒によってこれらの有害成分が無害化されている。従来、このような排ガス浄化用触媒としては、排ガス中のCO及びHCの酸化とNOxの還元とを同時に行う三元触媒が用いられており、具体的には、アルミナ(Al23)等の多孔質酸化物担体に、貴金属、特には白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の白金族元素を担持させたものが広く知られている。 The exhaust gas discharged from automobile internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines contains harmful components such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx). For this reason, in general, an exhaust gas purification device for decomposing and removing these harmful components is provided in the vehicle, and these harmful components are rendered harmless by the exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust gas purification device. Has been. Conventionally, as such an exhaust gas purification catalyst, a three-way catalyst that simultaneously performs oxidation of CO and HC and reduction of NOx in exhaust gas has been used. Specifically, alumina (Al 2 O 3 ) or the like is used. A porous oxide carrier in which a noble metal, in particular, a platinum group element such as platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) is supported is widely known.

しかしながら、これらの白金族元素は、産出される地域が少なく、その産出が南アフリカやロシア等の特定の地域に偏っていることから、非常に高価な希少金属である。また、これらの白金族元素は、自動車の排ガス規制の強化とともに使用量が増加しており、それゆえ資源の枯渇が懸念されている。このため、白金族元素の使用量を減らすとともに、将来的には、当該白金族元素の役割を他の金属等で代替することが必要とされている。そこで、白金族元素の使用量を減らすための又はそれに代わる触媒成分について多くの研究が行われている。   However, these platinum group elements are very expensive rare metals because they are produced in few regions and their production is biased to specific regions such as South Africa and Russia. In addition, these platinum group elements are used in an increased amount with the tightening of exhaust gas regulations for automobiles, and therefore there is a concern about the depletion of resources. For this reason, while reducing the usage-amount of a platinum group element, it is required to substitute the role of the said platinum group element with another metal etc. in the future. Thus, much research has been conducted on catalyst components for reducing or replacing the amount of platinum group elements used.

特許文献1では、AuとFeを触媒担体に担持してなるNOx浄化触媒であって、AuとFeの少なくとも一部が互いに近接した状態で存在しているNOx浄化触媒が記載されている。また、特許文献1では、当該NOx浄化触媒の製造方法として、Au塩、Fe塩、さらにはポリビニルピロリドン(PVP)等の保護剤を含有する溶液に水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤を添加して当該溶液中に含まれるAuイオンとFeイオンを還元し、そうして得られたAuとFeからなる金属粒子を触媒担体の粉末に担持する方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a NOx purification catalyst in which Au and Fe are supported on a catalyst carrier, and in which at least a part of Au and Fe are present in close proximity to each other. In Patent Document 1, as a method for producing the NOx purification catalyst, a reducing agent such as sodium borohydride is added to a solution containing a protective agent such as Au salt, Fe salt, or polyvinylpyrrolidone (PVP). A method is described in which Au ions and Fe ions contained in the solution are reduced, and metal particles composed of Au and Fe thus obtained are supported on a catalyst carrier powder.

特開2012−163059号公報JP 2012-163059 A

白金族元素に代わり得る触媒成分としては、上記の特許文献1において記載されているFe(鉄)等以外にも、幾つかの金属、特には幾つかの卑金属が他の文献等において提案されている。しかしながら、鉄等の卑金属は、白金族元素に比べて一般的に酸化されやすいことが知られている。それゆえ、このような卑金属を排ガス浄化用触媒の触媒成分として使用したとしても、当該卑金属は、排ガス中に含まれる酸素等の酸化性成分によって比較的容易に酸化されてしまう。この場合には、当該卑金属のメタル化が不十分となり、結果として、排ガスの浄化、特にはNOxの還元浄化に対して十分な触媒活性を達成することができない。   As catalyst components that can be substituted for platinum group elements, in addition to Fe (iron) and the like described in Patent Document 1 above, several metals, particularly some base metals, have been proposed in other documents and the like. Yes. However, it is known that base metals such as iron are generally more easily oxidized than platinum group elements. Therefore, even if such a base metal is used as a catalyst component of the exhaust gas purifying catalyst, the base metal is relatively easily oxidized by an oxidizing component such as oxygen contained in the exhaust gas. In this case, metalization of the base metal becomes insufficient, and as a result, sufficient catalytic activity cannot be achieved for exhaust gas purification, particularly NOx reduction purification.

そこで、卑金属を酸化物の状態ではなくメタルの状態に維持して排ガスの浄化に対して高い触媒活性を達成するためには、排ガスの空燃比を例えば理論空燃比(ストイキ)よりも十分にリッチな空燃比に制御することが典型的に必要とされる。しかしながら、このような燃料リッチ雰囲気下における運転は、燃費の大幅な悪化を招くため一般的には好ましくない。   Therefore, in order to maintain the base metal in the metal state instead of the oxide state and achieve high catalytic activity for exhaust gas purification, the exhaust gas air-fuel ratio is sufficiently richer than the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), for example. It is typically required to control to a good air / fuel ratio. However, such driving in a fuel-rich atmosphere is generally not preferable because it causes a significant deterioration in fuel consumption.

本発明では、白金族元素に代わる触媒成分として、種々の卑金属の中でも特にNi(ニッケル)に注目して検討を行った。したがって、本発明の目的は、ニッケルを触媒成分として含む新規の排ガス浄化用触媒であって、排ガスの浄化活性、特にはNOxの還元活性が改善された排ガス浄化用触媒及びその製造方法を提供することである。   In the present invention, as a catalyst component in place of the platinum group element, investigations have been made with particular attention to Ni (nickel) among various base metals. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel exhaust gas purifying catalyst containing nickel as a catalyst component, and an exhaust gas purifying catalyst having improved exhaust gas purifying activity, particularly NOx reducing activity, and a method for producing the same. That is.

上記課題を解決する本発明は下記にある。
(1)触媒担体に銀とニッケルからなりかつ0nm超100nm未満の平均粒径を有する二元金属粒子を複数担持してなることを特徴とする、排ガス浄化用触媒。
(2)前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が5原子%超90原子%以下であることを特徴とする、上記(1)に記載の排ガス浄化用触媒。
(3)前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が10原子%以上70原子%以下であることを特徴とする、上記(2)に記載の排ガス浄化用触媒。
(4)前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が50原子%以上70原子%以下であることを特徴とする、上記(3)に記載の排ガス浄化用触媒。
(5)前記二元金属粒子の平均粒径が0nm超20nm以下であることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれか1つに記載の排ガス浄化用触媒。
(6)前記二元金属粒子の平均粒径が0nm超10nm以下であることを特徴とする、上記(5)に記載の排ガス浄化用触媒。
(7)NOxを浄化するための触媒であることを特徴とする、上記(1)〜(6)のいずれか1つに記載の排ガス浄化用触媒。
(8)銀とニッケルを含有するターゲット材料をスパッタリングすることによりイオン液体中に銀とニッケルからなる二元金属粒子を堆積させる堆積工程、及び
得られた二元金属粒子を触媒担体に担持する担持工程
を含むことを特徴とする、上記(1)〜(7)のいずれか1つに記載の排ガス浄化用触媒を製造する方法。
(9)前記担持工程の後に前記排ガス浄化用触媒を酸化性雰囲気中300℃超800℃以下の温度において熱処理する焼成工程をさらに含むことを特徴とする、上記(8)に記載の方法。
(10)前記担持工程又は前記焼成工程の後に還元工程をさらに含むことを特徴とする、上記(8)又は(9)に記載の方法。
(11)前記ターゲット材料が、銀板とニッケル板を放射状に交互に配列した円板状材料であることを特徴とする、上記(8)〜(10)のいずれか1つに記載の方法。
(12)前記イオン液体が、脂肪族系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、上記(8)〜(11)のいずれか1つに記載の方法。
(13)前記脂肪族系イオン液体が、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、上記(12)に記載の方法。
(14)前記イミダゾリウム系イオン液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムクロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−デシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、上記(12)に記載の方法。
(15)前記ピリジニウム系イオン液体が、1−エチルピリジニウムブロマイド、1−エチルピリジニウムクロライド、1−ブチルピリジニウムブロマイド、1−ブチルピリジニウムクロライド、1−ブチルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ブチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ヘキシルピリジニウムブロマイド、1−ヘキシルピリジニウムクロライド、1−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、上記(12)に記載の方法。
The present invention for solving the above problems is as follows.
(1) An exhaust gas purifying catalyst characterized in that a plurality of binary metal particles made of silver and nickel and having an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm are supported on a catalyst carrier.
(2) The exhaust gas purifying catalyst as described in (1) above, wherein the average content of silver in the binary metal particles is more than 5 atomic% and not more than 90 atomic%.
(3) The exhaust gas purifying catalyst as described in (2) above, wherein an average content of silver in the binary metal particles is 10 atomic% or more and 70 atomic% or less.
(4) The exhaust gas purifying catalyst as described in (3) above, wherein the average content of silver in the binary metal particles is 50 atomic% or more and 70 atomic% or less.
(5) The exhaust gas purifying catalyst as described in any one of (1) to (4) above, wherein the average particle size of the binary metal particles is more than 0 nm and not more than 20 nm.
(6) The exhaust gas purifying catalyst as described in (5) above, wherein the average particle size of the binary metal particles is more than 0 nm and not more than 10 nm.
(7) The exhaust gas purifying catalyst as described in any one of (1) to (6) above, which is a catalyst for purifying NOx.
(8) A deposition step of depositing binary metal particles composed of silver and nickel in an ionic liquid by sputtering a target material containing silver and nickel, and a support for supporting the obtained binary metal particles on a catalyst carrier A method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to any one of the above (1) to (7), comprising a step.
(9) The method according to (8), further comprising a calcining step in which the exhaust gas-purifying catalyst is heat-treated in an oxidizing atmosphere at a temperature higher than 300 ° C. and lower than 800 ° C. after the supporting step.
(10) The method according to (8) or (9) above, further comprising a reduction step after the supporting step or the baking step.
(11) The method according to any one of (8) to (10) above, wherein the target material is a disk-shaped material in which silver plates and nickel plates are alternately arranged in a radial pattern.
(12) The above (8) to (11), wherein the ionic liquid is selected from the group consisting of an aliphatic ionic liquid, an imidazolium ionic liquid, a pyridinium ionic liquid, and combinations thereof. The method as described in any one of these.
(13) The aliphatic ionic liquid comprises N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide, N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N , N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate And the method according to (12) above, which is selected from the group consisting of combinations thereof.
(14) The imidazolium-based ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium (L) -lactate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methylimidazolium (L) -lactic acid Salt, 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide, 1-hexyl-3 Methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride, 1- Tetradecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-ethyl- , 3-Dimethylimidazolium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-hexyl-2, (12) characterized in that it is selected from the group consisting of 3-dimethylimidazolium trifluoroborate, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate, and combinations thereof The method described.
(15) The pyridinium-based ionic liquid comprises 1-ethylpyridinium bromide, 1-ethylpyridinium chloride, 1-butylpyridinium bromide, 1-butylpyridinium chloride, 1-butylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butylpyridinium tetrafluoro Borate, 1-butylpyridinium trifluoromethanesulfonate, 1-hexylpyridinium bromide, 1-hexylpyridinium chloride, 1-hexylpyridinium hexafluorophosphate, 1-hexylpyridinium tetrafluoroborate, 1-hexylpyridinium The method according to (12) above, which is selected from the group consisting of trifluoromethanesulfonate and combinations thereof.

本発明によれば、銀とニッケルがナノレベルで共存した銀とニッケルからなる二元金属粒子を含む排ガス浄化用触媒を得ることができる。また、このような排ガス浄化用触媒によれば、銀とニッケルを同一の金属粒子内にナノレベルで共存させることで、例えばニッケル単独の金属粒子を含む排ガス浄化用触媒と比較して、ニッケルの酸化を顕著に抑制することが可能である。その結果として、本発明によれば、ニッケルの触媒活性を高い状態に維持することができるので、得られる排ガス浄化用触媒の排ガス浄化活性、特にはNOx還元活性を顕著に改善することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the catalyst for exhaust gas purification containing the binary metal particle which consists of silver and nickel in which silver and nickel coexisted by nano level can be obtained. Further, according to such an exhaust gas purifying catalyst, silver and nickel coexist in the same metal particle at a nano level, so that, for example, compared with an exhaust gas purifying catalyst containing metal particles of nickel alone, Oxidation can be remarkably suppressed. As a result, according to the present invention, the catalytic activity of nickel can be maintained at a high level, so that the exhaust gas purification activity, particularly the NOx reduction activity, of the obtained exhaust gas purification catalyst can be remarkably improved. is there.

本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the manufacturing method of the catalyst for exhaust gas purification of this invention. 本発明の方法の1つの実施態様において使用される銀とニッケルを含有するターゲット材料を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the target material containing silver and nickel used in one embodiment of the method of this invention. (a)及び(b)はBMI−PF6中で合成した実施例1におけるAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量62原子%)の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(c)は(a)中の多数のAg−Ni二元金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) And (b) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag-Ni binary metal particle (Ag average content 62 atomic%) in Example 1 synthesize | combined in BMI-PF6, (c ) Shows a histogram prepared by measuring the particle diameter of a number of Ag-Ni binary metal particles in (a). (a)及び(b)はBMI−PF6中で合成した実施例2におけるAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量55原子%)の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(c)は(a)中の多数のAg−Ni二元金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) And (b) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag-Ni binary metal particle (Ag average content 55 atomic%) in Example 2 synthesize | combined in BMI-PF6, (c ) Shows a histogram prepared by measuring the particle diameter of a number of Ag-Ni binary metal particles in (a). (a)及び(b)はBMI−PF6中で合成した実施例3におけるAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量10原子%)の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(c)は(a)中の多数のAg−Ni二元金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) And (b) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag-Ni binary metal particle (Ag average content 10 atomic%) in Example 3 synthesize | combined in BMI-PF6, (c ) Shows a histogram prepared by measuring the particle diameter of a number of Ag-Ni binary metal particles in (a). (a)及び(b)はBMI−PF6中で合成した実施例4におけるAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量5原子%)の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(c)は(a)中の多数のAg−Ni二元金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) And (b) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag-Ni binary metal particle (Ag average content 5 atomic%) in Example 4 synthesize | combined in BMI-PF6, (c ) Shows a histogram prepared by measuring the particle diameter of a number of Ag-Ni binary metal particles in (a). (a)はTMPA−TFSA中で合成した実施例5におけるAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量68原子%)の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(b)は(a)中の多数のAg−Ni二元金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag-Ni bimetallic particle (Ag average content 68 atomic%) in Example 5 synthesize | combined in TMPA-TFSA, (b) shows (a ) Shows a histogram prepared by measuring the particle diameters of a number of Ag-Ni binary metal particles. (a)及び(b)はBMI−PF6中で合成した比較例1におけるAg金属粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(c)は(a)中の多数のAg金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) And (b) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ag metal particle in the comparative example 1 synthesize | combined in BMI-PF6, (c) is many Ag metal particles in (a). The histogram created by measuring the particle size is shown. (a)はBMI−PF6中で合成した比較例2におけるNi金属粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)による写真を示し、(b)は(a)中の多数のNi金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示す。(A) shows the photograph by the transmission electron microscope (TEM) of the Ni metal particle in the comparative example 2 synthesize | combined in BMI-PF6, (b) measured the particle size of many Ni metal particles in (a). A histogram created as shown in FIG. 実施例2の排ガス浄化用触媒のエネルギー分散型X線分析装置付走査透過型電子顕微鏡(STEM−EDX)による分析結果を示す。The analysis result by the scanning transmission electron microscope (STEM-EDX) with an energy dispersive X-ray analyzer of the exhaust gas purification catalyst of Example 2 is shown. 実施例3の排ガス浄化用触媒のSTEM−EDXによる分析結果を示す。The analysis result by STEM-EDX of the exhaust gas purification catalyst of Example 3 is shown. 実施例5の排ガス浄化用触媒のSTEM−EDXによる分析結果を示す。The analysis result by STEM-EDX of the catalyst for exhaust gas purification of Example 5 is shown. 比較例1の排ガス浄化用触媒の走査透過型電子顕微鏡(STEM)による写真を示す。The photograph by the scanning transmission electron microscope (STEM) of the catalyst for exhaust gas purification of the comparative example 1 is shown. 比較例2の排ガス浄化用触媒のSTEMによる写真を示す。The photograph by the STEM of the catalyst for exhaust gas purification of the comparative example 2 is shown. (a)は実施例1〜4並びに比較例1及び2の各排ガス浄化用触媒に関するNO転化率(%)を示すグラフであり、(b)は実施例5及び比較例3〜5の各排ガス浄化用触媒に関するNO転化率(%)を示すグラフである。(A) is a graph which shows NO conversion rate (%) regarding each exhaust gas purification catalyst of Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2, (b) is each exhaust gas of Example 5 and Comparative Examples 3-5. It is a graph which shows NO conversion rate (%) regarding the catalyst for purification | cleaning.

<排ガス浄化用触媒>
本発明の排ガス浄化用触媒は、触媒担体に銀とニッケルからなりかつ0nm超100nm未満の平均粒径を有する二元金属粒子を複数担持してなることを特徴としている。
<Exhaust gas purification catalyst>
The exhaust gas purifying catalyst of the present invention is characterized in that a plurality of binary metal particles made of silver and nickel and having an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm are supported on a catalyst carrier.

鉄に関連して先に記載したとおり、ニッケル等の卑金属は、例えば、排ガス中に含まれる酸化性成分によって比較的容易に酸化されてそのメタル化が不十分となり、結果として、排ガスの浄化、特にはNOxの還元浄化に対して十分な触媒活性を達成することができないという問題がある。   As described above in connection with iron, base metals such as nickel, for example, are relatively easily oxidized by oxidizing components contained in exhaust gas, resulting in insufficient metallization, resulting in purification of exhaust gas, In particular, there is a problem that sufficient catalytic activity for NOx reduction purification cannot be achieved.

そこで、本発明者らは、酸素に対する親和力が比較的弱い銀(Ag)に着目して検討を行い、それをニッケル(Ni)とナノレベルで共存させた二元金属粒子を合成し、そして当該二元金属粒子を触媒担体に担持することで、ニッケル単独の金属粒子や銀単独の金属粒子を触媒担体に担持したもの、あるいはそれらの単純な物理混合物と比較して、最終的に得られる排ガス浄化用触媒の排ガス浄化活性、特にはNOx還元活性を顕著に改善することができることを見出した。   Therefore, the present inventors have studied focusing on silver (Ag) having a relatively low affinity for oxygen, synthesized bimetallic particles in which nickel (Ni) and nano-level coexisted, and Exhaust gas finally obtained by supporting binary metal particles on a catalyst carrier, compared to a single metal particle of nickel or metal particles of silver alone supported on a catalyst carrier, or a simple physical mixture thereof. It has been found that the exhaust gas purification activity, particularly the NOx reduction activity of the purification catalyst can be significantly improved.

なお、ニッケルについて言えば、自動車等の排ガス浄化用触媒において助触媒成分としての利用については提案がされているものの、ニッケルは上記のとおり比較的容易に酸化されてしまう金属であることから、排ガス浄化用触媒における触媒成分としての利用可能性については必ずしも一般的には認識されていない。したがって、本発明のように、触媒成分としてのニッケルに銀を添加してそれらをナノレベルで共存させることで、排ガス中の有害成分、特にはNOxの還元に対して高い活性を達成できるということは極めて意外であり、また驚くべきことである。   As for nickel, although it has been proposed for use as a promoter component in exhaust gas purification catalysts for automobiles and the like, since nickel is a metal that is relatively easily oxidized as described above, The applicability as a catalyst component in a purification catalyst is not generally recognized. Therefore, as in the present invention, it is possible to achieve high activity against reduction of harmful components in exhaust gas, particularly NOx, by adding silver to nickel as a catalyst component and coexisting them at the nano level. Is quite surprising and surprising.

何ら特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、銀とニッケルをナノレベルで共存させることで、酸素に対する親和力が比較的弱い銀によってそれと近接して存在するニッケルの酸化が抑制されるものと考えられる。その結果として、ニッケルを活性の高いメタルの状態に維持することが可能となり、得られる排ガス浄化用触媒の排ガス浄化活性、特にはNOx還元活性を顕著に改善することができたと考えられる。   Although not intended to be bound by any particular theory, the coexistence of silver and nickel at the nano level suppresses the oxidation of nickel present in close proximity to silver, which has a relatively low affinity for oxygen. It is thought that. As a result, it is possible to maintain nickel in a highly active metal state, and it is considered that the exhaust gas purification activity, particularly the NOx reduction activity, of the obtained exhaust gas purification catalyst could be remarkably improved.

[二元金属粒子]
本発明によれば、触媒担体に担持される銀とニッケルからなる二元金属粒子は、0nm超100nm未満の平均粒径を有する。
[Binary metal particles]
According to the present invention, the binary metal particles made of silver and nickel supported on the catalyst carrier have an average particle size of more than 0 nm and less than 100 nm.

銀とニッケルからなる金属粒子の平均粒径が100nm又はそれよりも大きくなると、銀とニッケルがナノレベルで共存した二元金属粒子を形成できなくなり、結果として、銀によるニッケルの酸化抑制効果を十分に得ることができない場合がある。また、銀とニッケルからなる金属粒子がこのような大きな平均粒径を有する場合には、当該金属粒子の表面積が小さくなってニッケルの活性点数が少なくなり、最終的に得られる排ガス浄化用触媒について十分なNOx還元能を達成できない場合がある。したがって、本発明の排ガス浄化用触媒においては、銀とニッケルからなる二元金属粒子は、0nm超100nm未満の平均粒径を有し、好ましくは0nm超90nm以下、0nm超80nm以下、0nm超70nm以下、0nm超60nm以下、0nm超50nm以下、0nm超40nm以下、0nm超30nm以下、0nm超20nm以下、0nm超15nm以下、0nm超10nm以下、又は0nm超5nm以下の平均粒径を有する。このような平均粒径を有する銀とニッケルからなる二元金属粒子を触媒成分として使用することで、銀とニッケルをナノレベルで確実に共存させて銀によるニッケルの酸化抑制効果を十分に発揮させることができるので、その結果としてNOx還元能が顕著に改善された排ガス浄化用触媒を得ることができる。   If the average particle diameter of the metal particles made of silver and nickel is 100 nm or larger, it becomes impossible to form binary metal particles in which silver and nickel coexist at the nano level, and as a result, the effect of suppressing oxidation of nickel by silver is sufficient. You may not be able to get into. Further, when the metal particles made of silver and nickel have such a large average particle diameter, the surface area of the metal particles is reduced, the number of nickel active points is reduced, and the exhaust gas purifying catalyst finally obtained In some cases, sufficient NOx reduction ability cannot be achieved. Therefore, in the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the binary metal particles composed of silver and nickel have an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm, preferably more than 0 nm and less than 90 nm, more than 0 nm and less than 80 nm, more than 0 nm and more than 70 nm. Hereinafter, it has an average particle size of more than 0 nm to 60 nm, more than 0 nm to 50 nm, more than 0 nm to 40 nm, more than 0 nm to 30 nm, more than 0 nm to 20 nm, more than 0 nm to 15 nm, more than 0 nm to 10 nm, or more than 0 nm to 5 nm. By using binary metal particles composed of silver and nickel having such an average particle size as a catalyst component, silver and nickel can be surely coexisted at the nano level and the effect of suppressing oxidation of nickel by silver can be sufficiently exerted. As a result, it is possible to obtain an exhaust gas purifying catalyst having a significantly improved NOx reducing ability.

なお、本発明において「平均粒径」とは、特に断りのない限り、透過型電子顕微鏡(TEM)及び走査型電子顕微鏡(SEM)等の電子顕微鏡を用いて、無作為に選択した100個以上の粒子の定方向径(Feret径)を測定した場合のそれらの測定値の算術平均値を言うものである。   In the present invention, the “average particle diameter” is 100 or more randomly selected using an electron microscope such as a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM) unless otherwise specified. The arithmetic average value of the measured values when the unidirectional diameter (Feret diameter) of the particles is measured.

本発明の排ガス浄化用触媒においては、例えば、銀の代わりに、銀と同様に酸素に対する親和力が弱い金(Au)を用いてそれをニッケルと組み合わせた二元金属粒子を使用することも可能である。しかしながら、金は0価のメタル状態が安定な元素であることから、触媒担体との相互作用が小さく、それゆえ300℃又はそれを超える程度の比較的低い温度下においても当該触媒担体上で粒成長しやすいという問題がある。しかも、金は銀と比べても非常に高価な貴金属である。したがって、自動車の排ガスを浄化するための排ガス浄化用触媒における比較的高温の使用条件、例えば温度が1000℃又はそれ以上に達することもある使用条件や材料コスト等を考慮すると、金とニッケルの組み合わせよりはむしろ、本発明のように銀とニッケルを組み合わせた二元金属粒子を使用するほうが有利である。   In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, for example, instead of silver, it is also possible to use bimetallic particles in which gold (Au) having a low affinity for oxygen is combined with nickel in the same manner as silver. is there. However, since gold is an element in which the zero-valent metal state is stable, the interaction with the catalyst support is small, and therefore the particles on the catalyst support are relatively low even at a temperature as low as 300 ° C. or higher. There is a problem that it is easy to grow. Moreover, gold is a very expensive noble metal compared to silver. Therefore, in consideration of the relatively high temperature use conditions in the exhaust gas purification catalyst for purifying the exhaust gas of automobiles, for example, the use conditions where the temperature may reach 1000 ° C. or higher, the material cost, etc., the combination of gold and nickel Rather, it is more advantageous to use binary metal particles combining silver and nickel as in the present invention.

本発明によれば、銀とニッケルからなる二元金属粒子中の銀の平均含有量は、5原子%超90原子%以下であることが好ましい。   According to the present invention, the average content of silver in the binary metal particles composed of silver and nickel is preferably more than 5 atomic% and not more than 90 atomic%.

当該二元金属粒子中の銀の平均含有量が5原子%又はそれよりも低い場合には、銀によるニッケルの酸化抑制効果を十分に得ることができない場合がある。したがって、このような場合には、当然ながら排ガス浄化用触媒において十分なNOx還元能を達成することができない。一方で、二元金属粒子中の銀の平均含有量が90原子%よりも大きい場合には、二元金属粒子中のニッケルの活性点の数が少なくなる。加えて、この場合には、二元金属粒子中に比較的多い量で存在する銀によってその活性点が覆われることがあるため、最終的に得られる排ガス浄化用触媒について十分なNOx還元能を達成することができない場合がある。したがって、二元金属粒子中に含まれる銀とニッケルの割合には、銀によるニッケルの酸化抑制効果、及びニッケルの活性点数等を考慮した最適値が存在すると考えられる。   When the average content of silver in the binary metal particles is 5 atomic% or lower, it may not be possible to sufficiently obtain the oxidation inhibition effect of nickel by silver. Therefore, in such a case, as a matter of course, a sufficient NOx reduction ability cannot be achieved in the exhaust gas purification catalyst. On the other hand, when the average content of silver in the binary metal particles is larger than 90 atomic%, the number of nickel active sites in the binary metal particles is reduced. In addition, in this case, since the active sites may be covered with silver present in a relatively large amount in the binary metal particles, the exhaust gas purifying catalyst finally obtained has a sufficient NOx reduction ability. Sometimes it cannot be achieved. Therefore, it is considered that the ratio of silver and nickel contained in the binary metal particles has an optimum value in consideration of the oxidation inhibition effect of nickel by silver and the number of active points of nickel.

本発明によれば、二元金属粒子中の銀の平均含有量を、5原子%超、特には10原子%以上、20原子%以上、30原子%以上、40原子%以上、50原子%以上又は55原子%以上とし、かつ90原子%以下、特には85原子%以下、80原子%以下、75原子%以下、70原子%以下又は65原子%以下とし、例えば5原子%超90原子%以下、10原子%以上80原子%以下、10原子%以上70原子%以下、20原子%以上70原子%以下、50原子%以上70原子%以下、又は55原子%以上65原子%以下とすることで、ニッケルの活性点数を維持しつつ、銀によるニッケルの酸化抑制効果を十分に発揮させ、その結果としてNOx還元能が顕著に改善された排ガス浄化用触媒を得ることが可能である。   According to the present invention, the average content of silver in the binary metal particles is more than 5 atomic%, particularly 10 atomic% or more, 20 atomic% or more, 30 atomic% or more, 40 atomic% or more, 50 atomic% or more. Or 55 atom% or more and 90 atom% or less, particularly 85 atom% or less, 80 atom% or less, 75 atom% or less, 70 atom% or less, or 65 atom% or less, for example, more than 5 atom% and 90 atom% or less 10 atomic percent or more and 80 atomic percent or less, 10 atomic percent or more and 70 atomic percent or less, 20 atomic percent or more and 70 atomic percent or less, 50 atomic percent or more and 70 atomic percent or less, or 55 atomic percent or more and 65 atomic percent or less. Further, it is possible to obtain a catalyst for exhaust gas purification in which the effect of suppressing the oxidation of nickel by silver is sufficiently exhibited while maintaining the number of active points of nickel, and as a result, the NOx reduction ability is remarkably improved.

なお、本発明において「銀の平均含有量」とは、二元金属粒子中に含まれる銀原子とニッケル原子の合計原子数に対する銀原子数の割合を言うものである。例えば、本発明における「銀の平均含有量」は、二元金属粒子を合成する際に導入される銀前駆体及びニッケル前駆体の各量に基づいて算出することも可能であるし、あるいはまた触媒担体への担持前又はその後に二元金属粒子を光学的な方法を用いて分析することにより算出することも可能である。   In the present invention, “average silver content” refers to the ratio of the number of silver atoms to the total number of silver atoms and nickel atoms contained in the binary metal particles. For example, the “average content of silver” in the present invention can be calculated based on the amounts of silver precursor and nickel precursor introduced when synthesizing the bimetallic particles, or alternatively It is also possible to calculate by analyzing the binary metal particles using an optical method before or after loading on the catalyst carrier.

本発明の排ガス浄化用触媒では、二元金属粒子は、任意の適切な量において後で説明する触媒担体上に担持することができる。特に限定されないが、例えば、二元金属粒子は、当該二元金属粒子中に含まれる銀及び/又はニッケルの量が触媒担体に対して、一般的に、0.01wt%以上、0.1wt%以上、0.5wt%以上、1wt%以上、若しくは2wt%以上、及び/又は10wt%以下、8wt%以下、7wt%以下、若しくは5wt%以下となるような範囲において当該触媒担体上に担持することができる。   In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the binary metal particles can be supported on the catalyst carrier described later in any appropriate amount. Although not particularly limited, for example, the amount of silver and / or nickel contained in the binary metal particles is generally 0.01 wt% or more and 0.1 wt% with respect to the catalyst support. Or more, 0.5 wt% or more, 1 wt% or more, or 2 wt% or more, and / or 10 wt% or less, 8 wt% or less, 7 wt% or less, or 5 wt% or less. Can do.

[触媒担体]
本発明によれば、上記の銀とニッケルからなる二元金属粒子が担持される触媒担体としては、特に限定されないが、排ガス浄化用触媒の技術分野において一般に触媒担体として用いられる任意の金属酸化物を使用することができる。このような触媒担体としては、例えば、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、セリア(CeO2)、アルミナ(Al23)、チタニア(TiO2)又はそれらの組み合わせ等が挙げられる。なお、触媒担体としては、上記のとおりアルミナ(Al23)を使用することが可能であるものの、アルミナは触媒成分であるニッケルと反応して固溶体を形成する場合があり得る。このような場合には、最終的に得られる排ガス浄化用触媒について十分な排ガス浄化活性、特には十分なNOx還元活性を達成できない虞がある。したがって、触媒担体としては、アルミナを含まない材料を使用することがより好ましい。
[Catalyst support]
According to the present invention, the catalyst carrier on which the binary metal particles composed of silver and nickel are supported is not particularly limited, but any metal oxide generally used as a catalyst carrier in the technical field of exhaust gas purification catalysts. Can be used. Examples of such a catalyst carrier include silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria (CeO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), and combinations thereof. As the catalyst carrier, alumina (Al 2 O 3 ) can be used as described above, but alumina may react with nickel as a catalyst component to form a solid solution. In such a case, there is a possibility that sufficient exhaust gas purification activity, particularly sufficient NOx reduction activity, cannot be achieved for the exhaust gas purification catalyst finally obtained. Therefore, it is more preferable to use a material containing no alumina as the catalyst carrier.

<排ガス浄化用触媒の製造方法>
本発明では、上記の銀とニッケルからなる二元金属粒子を触媒担体に複数担持してなる排ガス浄化用触媒の製造方法がさらに提供され、当該製造方法は、銀とニッケルを含有するターゲット材料をスパッタリングすることによりイオン液体中に銀とニッケルからなる二元金属粒子を堆積させる堆積工程、及び得られた二元金属粒子を触媒担体に担持する担持工程を含むことを特徴としている。
<Method for producing exhaust gas purifying catalyst>
In the present invention, there is further provided a method for producing an exhaust gas purification catalyst comprising a plurality of binary metal particles comprising silver and nickel supported on a catalyst carrier. The production method comprises a target material containing silver and nickel. It includes a deposition step of depositing binary metal particles composed of silver and nickel in an ionic liquid by sputtering, and a supporting step of supporting the obtained binary metal particles on a catalyst carrier.

まず第一に、銀とニッケルは、より大きな体積を有するバルクの状態では固溶しない系であり、それゆえ銀とニッケルを原子レベル又はナノレベルで共存させた二元金属粒子を製造することは一般に非常に困難である。   First of all, silver and nickel are systems that do not dissolve in bulk with a larger volume, so it is not possible to produce bimetallic particles in which silver and nickel coexist at the atomic or nano level. Generally very difficult.

ここで、複数の金属元素を触媒担体に担持してなる排ガス浄化用触媒を製造する方法としては、例えば、各金属元素をそれらの塩を含む混合溶液を用いて触媒担体に単に含浸担持するいわゆる共含浸法が一般に公知である。しかしながら、このような従来の共含浸法では、銀とニッケルの特定の組み合わせにおいてそれらの金属元素をナノレベルで共存させた二元金属粒子を形成することはできない。また、このような方法によって得られた排ガス浄化用触媒では、銀とニッケルがそれぞれ銀粒子及びニッケル粒子として別々に触媒担体上に存在し、それゆえ銀によるニッケルの酸化抑制効果等を得ることもできないと考えられる。したがって、従来の共含浸法によって銀とニッケルを触媒担体に担持してなる排ガス浄化用触媒では十分なNOx還元能を達成することはできない。   Here, as a method for producing an exhaust gas purifying catalyst in which a plurality of metal elements are supported on a catalyst carrier, for example, a so-called impregnated catalyst catalyst carrier is simply impregnated and supported using a mixed solution containing their salts. Co-impregnation methods are generally known. However, in such a conventional co-impregnation method, it is not possible to form binary metal particles in which those metal elements coexist at a nano level in a specific combination of silver and nickel. Further, in the exhaust gas purifying catalyst obtained by such a method, silver and nickel are separately present on the catalyst carrier as silver particles and nickel particles, respectively, and therefore, an effect of suppressing oxidation of nickel by silver, etc. can be obtained. It is considered impossible. Therefore, an exhaust gas purifying catalyst in which silver and nickel are supported on a catalyst carrier by a conventional co-impregnation method cannot achieve a sufficient NOx reduction ability.

加えて、例えば、含浸法によって調製した銀担持触媒とニッケル担持触媒のそれぞれを粉末状態において単に混合したいわゆる物理混合触媒についても、共含浸法の場合と同様に、銀とニッケルがそれぞれ銀粒子及びニッケル粒子として別々に触媒担体上に存在するため、銀によるニッケルの酸化抑制効果等を得ることはできない。   In addition, for example, a so-called physical mixed catalyst obtained by simply mixing each of a silver-supported catalyst and a nickel-supported catalyst prepared by an impregnation method in a powder state, as in the case of the co-impregnation method, silver and nickel are respectively silver particles and Since nickel particles are separately present on the catalyst carrier, it is not possible to obtain an effect of suppressing oxidation of nickel by silver.

一方、複数の金属元素を含む金属粒子を製造する方法の1つとして、当該金属粒子を構成する各金属元素の塩を含む混合溶液にアルコール等の還元剤を添加し、必要に応じて加熱等を行いながら、混合溶液中に含まれる各金属元素のイオンを同時に還元する方法が知られている。例えば、J.Phys.Chem.1933,97,5103−5114では、アルコール還元によって金とパラジウムを含む金属粒子を製造する方法が記載されている。また、特開2012−163059号公報では、先に記載したとおり、Au塩、Fe塩、さらにはポリビニルピロリドン(PVP)等の保護剤を含有する溶液に還元剤として水素化ホウ素ナトリウムを添加して当該溶液中に含まれるAuイオンとFeイオンを還元し、そうして得られたAuとFeからなる金属粒子を触媒担体の粉末に担持する方法が記載されている。   On the other hand, as one method for producing metal particles containing a plurality of metal elements, a reducing agent such as alcohol is added to a mixed solution containing a salt of each metal element constituting the metal particles, and heating or the like is performed as necessary. There is known a method of simultaneously reducing ions of each metal element contained in a mixed solution while performing the above. For example, J. et al. Phys. Chem. 1933, 97, 5103-5114 describes a method for producing metal particles containing gold and palladium by alcohol reduction. In JP 2012-163059 A, as described above, sodium borohydride is added as a reducing agent to a solution containing a protective agent such as Au salt, Fe salt, and polyvinylpyrrolidone (PVP). A method is described in which Au ions and Fe ions contained in the solution are reduced, and metal particles composed of Au and Fe thus obtained are supported on a catalyst carrier powder.

しかしながら、上記のような還元剤を用いた金属粒子の製造方法は、溶液中に溶解している各金属元素の塩又はイオンを還元する工程を含むため、当該各金属元素の塩又はイオンの還元されやすさに差がある場合には、各金属元素がナノレベルで共存した金属粒子を形成することは非常に困難である。より具体的に説明すると、例えば、銀イオンとニッケルイオンを含有する混合溶液にアルコール等の還元剤を添加した場合には、銀イオンとニッケルイオンが当該還元剤によって同時には還元されずに、ニッケルイオンに比べて還元されやすい銀イオンが優先的に還元されて粒成長すると考えられる。その結果として、銀とニッケルがナノレベルで共存した二元金属粒子は生成されずに、銀とニッケルの相が分離して銀粒子とニッケル粒子がそれぞれ生成してしまうものと考えられる。   However, since the method for producing metal particles using the reducing agent as described above includes a step of reducing the salt or ion of each metal element dissolved in the solution, the reduction of the salt or ion of each metal element. When there is a difference in the ease with which it is performed, it is very difficult to form metal particles in which each metal element coexists at the nano level. More specifically, for example, when a reducing agent such as alcohol is added to a mixed solution containing silver ions and nickel ions, the silver ions and nickel ions are not simultaneously reduced by the reducing agent, but nickel. It is considered that silver ions that are more easily reduced than ions are preferentially reduced and grain growth occurs. As a result, it is considered that the binary metal particles in which silver and nickel coexist at the nano level are not generated, but the silver and nickel phases are separated to generate silver particles and nickel particles, respectively.

したがって、たとえこのような従来公知の方法を銀とニッケルの特定の金属元素の組み合わせに対して適用したとしても、これらの金属元素がナノレベルで共存した二元金属粒子を製造することは極めて難易度が高い。また、たとえこのような方法によって銀とニッケルを含む金属粒子を製造したとしても、これらの金属元素がナノレベルで共存していなければ、銀とニッケルを組み合わせたことによる特有の効果、すなわち銀によるニッケルの酸化抑制効果が得られる可能性も低いと考えられる。   Therefore, even if such a conventionally known method is applied to a combination of specific metal elements of silver and nickel, it is extremely difficult to produce binary metal particles in which these metal elements coexist at the nano level. High degree. Moreover, even if metal particles containing silver and nickel are produced by such a method, if these metal elements do not coexist at the nano level, a unique effect by combining silver and nickel, that is, silver It is considered that there is a low possibility that the nickel oxidation inhibiting effect is obtained.

加えて、上記の還元剤を用いた金属粒子の製造方法において、特に還元剤として水素化ホウ素ナトリウム等を使用した場合には、生成した金属粒子を含む溶液中には当然ながら還元剤としての水素化ホウ素ナトリウムが残留している。そして、この水素化ホウ素ナトリウムは当該溶液を単に乾燥等させただけでは十分に分解除去することができない。したがって、当該金属粒子を触媒担体に担持する場合には、金属粒子と水素化ホウ素ナトリウムを含む上記溶液に精製処理等を施して当該溶液から水素化ホウ素ナトリウムを取り除く必要があり、それゆえ工程が複雑である。   In addition, in the method for producing metal particles using the above reducing agent, particularly when sodium borohydride or the like is used as the reducing agent, the solution containing the generated metal particles naturally has hydrogen as the reducing agent. Sodium borohydride remains. The sodium borohydride cannot be sufficiently decomposed and removed by simply drying the solution. Therefore, when the metal particles are supported on the catalyst carrier, it is necessary to remove the sodium borohydride from the solution by subjecting the solution containing the metal particles and sodium borohydride to a purification treatment or the like. It is complicated.

本発明者らは、従来公知の共含浸法や還元剤を用いた方法とは異なり、銀とニッケルを含有するターゲット材料を使用し、それをイオン液体中にスパッタリングすることによって当該イオン液体中に銀とニッケルからなる二元金属粒子を堆積させることができることを見出した。また、本発明者らは、そうして得られた二元金属粒子を含む分散液中に触媒担体又は当該触媒担体を含む分散液を導入し、次いで適切な熱処理を施すことにより、銀とニッケルがナノレベルで共存した二元金属粒子、特には銀とニッケルからなりかつ0nm超100nm未満の平均粒径を有する二元金属粒子を触媒担体に担持してなる排ガス浄化用触媒であって、NOx還元能が顕著に改善された排ガス浄化用触媒を得ることができることをさらに見出した。   In contrast to the conventionally known co-impregnation method and the method using a reducing agent, the present inventors use a target material containing silver and nickel, and sputter it into the ionic liquid. It has been found that binary metal particles composed of silver and nickel can be deposited. In addition, the present inventors introduced a catalyst carrier or a dispersion containing the catalyst carrier into the dispersion containing the binary metal particles thus obtained, and then subjected to an appropriate heat treatment, whereby silver and nickel. Is a catalyst for exhaust gas purification, in which binary metal particles coexisting at a nano level, in particular, binary metal particles made of silver and nickel and having an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm are supported on a catalyst carrier, It has further been found that an exhaust gas purifying catalyst having a remarkably improved reducing ability can be obtained.

図1は、本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法を模式的に示した図である。図1を参照して本発明の方法を具体的に説明すると、例えば、まず、銀1とニッケル2を含有するターゲット材料3をスパッタリング装置内の陰極上に設置し、そしてイオン液体4を載せたガラス基板5等を陽極上に配置する。次いで、スパッタリング装置のチャンバー内を希ガスや窒素等の不活性ガス、特にはアルゴン(Ar)ガスを含有する減圧雰囲気にした状態で陰極に高電圧を印加する。すると、陰極と陽極の間にグロー放電が発生し、当該グロー放電によって生じたArイオン等がターゲット材料3に衝突する。この衝突によってターゲット材料3中の銀原子6やニッケル原子7がはじき飛ばされ、そしてこれらの原子が図1(a)に示すようにイオン液体4中に堆積して二元金属粒子8が形成される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a method for producing an exhaust gas purifying catalyst of the present invention. The method of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 1. For example, first, a target material 3 containing silver 1 and nickel 2 is placed on a cathode in a sputtering apparatus, and an ionic liquid 4 is placed thereon. A glass substrate 5 or the like is placed on the anode. Next, a high voltage is applied to the cathode in a state where the inside of the chamber of the sputtering apparatus is in a reduced pressure atmosphere containing an inert gas such as a rare gas or nitrogen, particularly argon (Ar) gas. Then, a glow discharge is generated between the cathode and the anode, and Ar ions or the like generated by the glow discharge collide with the target material 3. By this collision, silver atoms 6 and nickel atoms 7 in the target material 3 are repelled, and these atoms are deposited in the ionic liquid 4 as shown in FIG. .

ここで、二元金属粒子8は金属で構成されていることから、その表面はδ+の電荷を帯びている。したがって、イオン性の性質を有するイオン液体4が当該δ+の電荷を帯びた二元金属粒子8の表面に付着すると考えられ、それによってイオン液体4が二元金属粒子8に対して保護剤的に作用し、当該二元金属粒子8同士の凝集や粒成長を抑制しかつ安定化させることができると考えられる。 Here, since the binary metal particle 8 is made of metal, the surface thereof has a charge of δ + . Therefore, it is considered that the ionic liquid 4 having an ionic property adheres to the surface of the binary metal particle 8 having the δ + charge, whereby the ionic liquid 4 acts as a protective agent on the binary metal particle 8. It is considered that the agglomeration and grain growth of the binary metal particles 8 can be suppressed and stabilized.

次に、スパッタリング装置から二元金属粒子8が堆積したイオン液体4を取り出し、当該イオン液体4中に触媒担体9が単独で又は分散液の状態で導入される(図1(b))。次いで、得られた分散液を適切な温度で加熱等することにより二元金属粒子8を触媒担体9上に担持させる(図1(c))。最後に、この分散液から濾過等により粉末を分離し、次いで必要に応じて洗浄等によりイオン液体を十分除去した後、乾燥等することで、触媒担体9に二元金属粒子8を複数担持してなる排ガス浄化用触媒10を得ることができる(図1(d))。   Next, the ionic liquid 4 on which the binary metal particles 8 are deposited is taken out from the sputtering apparatus, and the catalyst carrier 9 is introduced into the ionic liquid 4 alone or in a dispersion state (FIG. 1B). Next, the resulting dispersion is heated at an appropriate temperature to carry the binary metal particles 8 on the catalyst carrier 9 (FIG. 1 (c)). Finally, the powder is separated from the dispersion by filtration or the like, and then the ionic liquid is sufficiently removed by washing or the like as necessary, followed by drying or the like, whereby a plurality of binary metal particles 8 are supported on the catalyst carrier 9. As a result, the exhaust gas-purifying catalyst 10 can be obtained (FIG. 1D).

[ターゲット材料]
本発明の方法によれば、銀とニッケルを含有するターゲット材料としては、任意の適切な材料を使用することができ、特に限定されないが、例えば、銀とニッケルを交互に配列したターゲット材料や、銀粉末とニッケル粉末を混合して成型及び焼結等したミクロ混合ターゲットなどを使用することができる。本発明の方法の1つの好ましい態様によれば、銀とニッケルを含有するターゲット材料としては、例えば、図2に示すように、銀板とニッケル板を放射状に交互に配列した円板状材料を使用することができる。このような円板状のターゲット材料によれば、銀板及びニッケル板の面積又は面積比を適切に変更することで、所望の銀又はニッケル含有量を有する二元金属粒子を比較的容易に合成することが可能である。ただし、銀とニッケルとを比較すると、一般に銀のほうがスパッタリングによってはじき飛ばされやすく、ニッケルのほうがはじき飛ばされにくい金属であるため、このような特性を考慮してターゲット材料における銀とニッケルの組成比等を決定することが好ましい。
[Target material]
According to the method of the present invention, as a target material containing silver and nickel, any suitable material can be used, and is not particularly limited. For example, a target material in which silver and nickel are alternately arranged, A micro-mixed target obtained by mixing silver powder and nickel powder and molding and sintering can be used. According to one preferred embodiment of the method of the present invention, as the target material containing silver and nickel, for example, as shown in FIG. 2, a disk-shaped material in which silver plates and nickel plates are alternately arranged radially is used. Can be used. According to such a disk-shaped target material, it is relatively easy to synthesize binary metal particles having a desired silver or nickel content by appropriately changing the area or area ratio of the silver plate and the nickel plate. Is possible. However, comparing silver and nickel, silver is generally a metal that is more easily repelled by sputtering, and nickel is a metal that is less likely to be repelled.Therefore, considering such characteristics, the composition ratio of silver and nickel in the target material, etc. It is preferable to determine.

[イオン液体]
本発明の方法によれば、二元金属粒子が堆積されるイオン液体としては、陽イオンと陰イオンのみから構成される塩であるにもかかわらず常温で液体である任意の化合物を使用することができる。
[Ionic liquid]
According to the method of the present invention, as the ionic liquid on which the binary metal particles are deposited, any compound that is liquid at room temperature despite being a salt composed only of cations and anions is used. Can do.

ここで、イオン液体は、高温安定性であり液体温度範囲が広い、蒸気圧が略ゼロ、イオン性でありながら低粘性、高い酸化・還元耐性などの特性を有しており、本発明の方法におけるような真空又は減圧下でのスパッタリング条件のもとでも蒸発することなく、安定に液体として存在することが可能である。また、イオン液体は、スパッタリングの際に高温になることがあるが、このような場合でも、その高温安定性のために分解等することなく安定に存在することが可能である。   Here, the ionic liquid is stable at high temperature, has a wide liquid temperature range, has a vapor pressure of substantially zero, has ionic properties, low viscosity, high oxidation / reduction resistance, and the like. It can exist stably as a liquid without evaporating even under sputtering conditions under vacuum or reduced pressure as in. In addition, the ionic liquid may become a high temperature during sputtering, but even in such a case, the ionic liquid can exist stably without being decomposed due to its high temperature stability.

さらに、このようなイオン液体は、イオン性を有していることから、先に述べたとおり、δ+の電荷を帯びた二元金属粒子の表面に付着して当該二元金属粒子同士の凝集や粒成長を抑制しかつ安定化させることができると考えられる。したがって、本発明の方法において使用されるイオン液体を適切に選択することで、合成される二元金属粒子の平均粒径等を所望の範囲に制御することが可能である。なお、本発明の方法において適用されるイオン液体は、親水性であってもあるいは疎水性であってもよく、またその種類は特に限定されるものではないが、例えば、脂肪族系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。 Furthermore, since such an ionic liquid has ionicity, as described above, the ionic liquid adheres to the surface of the binary metal particles having a charge of δ + and aggregates the binary metal particles. It is considered that grain growth can be suppressed and stabilized. Therefore, by appropriately selecting the ionic liquid used in the method of the present invention, it is possible to control the average particle diameter and the like of the synthesized binary metal particles within a desired range. In addition, the ionic liquid applied in the method of the present invention may be hydrophilic or hydrophobic, and the type thereof is not particularly limited. For example, an aliphatic ionic liquid, An imidazolium-based ionic liquid, a pyridinium-based ionic liquid, or a combination thereof can be given.

脂肪族系イオン液体としては、例えば、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(以下、「TMPA−TFSA」ともいう)、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができ、好ましくはTMPA−TFSA等を使用することができる。   Examples of the aliphatic ionic liquid include N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (hereinafter also referred to as “TMPA-TFSA”), N-methyl-N-propylpiperidi. Ni-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2 -Methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate or a combination thereof can be mentioned, and preferably TMPA-TFSA or the like can be used.

イミダゾリウム系イオン液体としては、例えば、1,3−ジアルキルイミダゾリウム塩、1,2,3−トリアルキルイミダゾリウム塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。そして、1,3−ジアルキルイミダゾリウム塩としては、例えば、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムクロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩(以下、「EMI−BF4」ともいう)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩(以下、「BMI−PF6」ともいう)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩(以下、「BMI−BF4」ともいう)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−デシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。また、1,2,3−トリアルキルイミダゾリウム塩としては、例えば、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。これらのうち、好ましくはEMI−BF4、BMI−PF6、BMI−BF4等を使用することができる。   Examples of imidazolium-based ionic liquids include 1,3-dialkylimidazolium salts, 1,2,3-trialkylimidazolium salts, or combinations thereof. Examples of 1,3-dialkylimidazolium salts include 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride, and 1-ethyl-3-methylimidazolium (L). -Lactate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (hereinafter also referred to as "EMI-BF4"), 1-butyl-3 -Methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (hereinafter also referred to as “BMI-PF6”), 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (hereinafter referred to as “BMI-PF6”) BMI-BF4 "), 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfo Acid salt, 1-butyl-3-methylimidazolium (L) -lactate, 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl -3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-tetradecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexadecyl-3 -Methylimidazolium chlora De, 1-octadecyl-3-methylimidazolium chloride, or a combination thereof can be mentioned. Examples of the 1,2,3-trialkylimidazolium salt include 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-butyl-2, 3-dimethylimidazolium bromide, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethane Sulfonate, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoroborate, 1-hexyl -2,3-Dimethylimidazolium trifluoromethanesulfo Salt, or a combination thereof can be mentioned. Of these, EMI-BF4, BMI-PF6, BMI-BF4 and the like can be preferably used.

ピリジニウム系イオン液体としては、例えば、エチルピリジニウム塩、ブチルピリジニウム塩、ヘキシルピリジニウム塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。そして、エチルピリジニウム塩としては、例えば、1−エチルピリジニウムブロマイド、1−エチルピリジニウムクロライド、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。また、ブチルピリジニウム塩としては、例えば、1−ブチルピリジニウムブロマイド、1−ブチルピリジニウムクロライド、1−ブチルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ブチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。一方、ヘキシルピリジニウム塩としては、例えば、1−ヘキシルピリジニウムブロマイド、1−ヘキシルピリジニウムクロライド、1−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、又はそれらの組み合わせなどを挙げることができる。   Examples of the pyridinium-based ionic liquid include an ethyl pyridinium salt, a butyl pyridinium salt, a hexyl pyridinium salt, or a combination thereof. Examples of the ethylpyridinium salt include 1-ethylpyridinium bromide, 1-ethylpyridinium chloride, or a combination thereof. Examples of the butylpyridinium salt include 1-butylpyridinium bromide, 1-butylpyridinium chloride, 1-butylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butylpyridinium tetrafluoroborate, 1-butylpyridinium trifluoromethanesulfonic acid. Examples thereof include a salt or a combination thereof. On the other hand, as hexylpyridinium salts, for example, 1-hexylpyridinium bromide, 1-hexylpyridinium chloride, 1-hexylpyridinium hexafluorophosphate, 1-hexylpyridinium tetrafluoroborate, 1-hexylpyridinium trifluoromethanesulfonic acid Examples thereof include a salt or a combination thereof.

なお、上記のイオン液体は、本発明の方法において使用する際には、乾燥前処理として、例えば、減圧下で所定の時間にわたって加熱等することにより水分を十分に除去することが好ましい。   In addition, when using said ionic liquid in the method of this invention, it is preferable to remove a water | moisture content fully, for example by heating over a predetermined time under reduced pressure as a pre-drying process.

[堆積工程]
本発明の方法によれば、堆積工程において、銀とニッケルを含有するターゲット材料をスパッタリングすることにより、上記のイオン液体中に銀とニッケルからなる二元金属粒子が堆積される。このようなスパッタリングは、任意の適切な条件下で行うことができる。特に限定されないが、例えば、使用されるガスとしては、希ガス等の不活性ガス、特にはアルゴン(Ar)ガスが好ましく、圧力は一般的には20Pa以下とすることが好ましい。また、スパッタリング電流の大きさは、ターゲット材料の組成やスパッタリング装置等に応じて適宜設定すればよい。さらに、スパッタリング時間は、二元金属粒子の所望の堆積量や、他のパラメータ等を考慮して適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、数十分から数時間あるいは数十時間の間で適切に設定することができる。なお、銀とニッケルからなる二元金属粒子の所望の堆積量を達成するために長時間のスパッタリング操作を必要とするような場合には、イオン液体の温度が過度に上昇することを防ぐために、例えば、スパッタリング操作を数時間ごとに複数回に分けて実施するようにしてもよい。
[Deposition process]
According to the method of the present invention, in the deposition step, binary metal particles made of silver and nickel are deposited in the ionic liquid by sputtering a target material containing silver and nickel. Such sputtering can be performed under any suitable conditions. Although not particularly limited, for example, the gas used is preferably an inert gas such as a rare gas, particularly argon (Ar) gas, and the pressure is preferably 20 Pa or less. Further, the magnitude of the sputtering current may be appropriately set according to the composition of the target material, the sputtering apparatus, and the like. Furthermore, the sputtering time may be appropriately set in consideration of the desired amount of binary metal particles deposited and other parameters, and is not particularly limited. For example, the sputtering time is between several tens of minutes to several tens of hours. Can be set appropriately. In addition, in order to prevent the temperature of the ionic liquid from rising excessively in a case where a long-time sputtering operation is required to achieve a desired deposition amount of binary metal particles composed of silver and nickel, For example, the sputtering operation may be performed in several times every several hours.

[担持工程]
本発明の方法によれば、上記の堆積工程において得られた二元金属粒子は、次の担持工程において触媒担体に担持される。ここで、当該担持工程において導入される触媒担体としては、特に限定されないが、排ガス浄化用触媒の技術分野において一般に触媒担体として用いられる任意の金属酸化物を使用することができる。このような触媒担体としては、先に述べたとおり、例えば、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)、セリア(CeO2)、アルミナ(Al23)、チタニア(TiO2)又はそれらの組み合わせ等が挙げられる。
[Supporting process]
According to the method of the present invention, the binary metal particles obtained in the above deposition step are supported on the catalyst carrier in the next supporting step. Here, the catalyst carrier to be introduced in the supporting step is not particularly limited, and any metal oxide generally used as a catalyst carrier in the technical field of exhaust gas purification catalyst can be used. Examples of such a catalyst carrier include silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria (CeO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), or those as described above. A combination etc. are mentioned.

なお、担持工程においては、先の堆積工程で合成した銀とニッケルからなる二元金属粒子を含む分散液を、例えば、所定量の溶剤に分散させた金属酸化物(触媒担体)の粉末に、銀及び/又はニッケルの量が当該触媒担体に対して一般的に0.01〜10wt%の範囲になるような量において添加する。次いで、この混合分散液が、二元金属粒子を触媒担体に担持するのに十分な温度及び時間において加熱され、必要に応じて攪拌等される。一般的には、上記の加熱は、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気下において約80℃〜約250℃の温度で約5分〜約5時間、好ましくは約10分〜約1時間にわたって実施することができる。   In the supporting step, a dispersion containing binary metal particles composed of silver and nickel synthesized in the previous deposition step is, for example, a metal oxide (catalyst support) powder dispersed in a predetermined amount of solvent. The amount of silver and / or nickel is generally added in an amount ranging from 0.01 to 10 wt% with respect to the catalyst support. Next, this mixed dispersion is heated at a temperature and for a time sufficient to support the binary metal particles on the catalyst carrier, and stirred as necessary. In general, the heating is performed under an inert atmosphere, such as a nitrogen atmosphere, at a temperature of about 80 ° C. to about 250 ° C. for about 5 minutes to about 5 hours, preferably about 10 minutes to about 1 hour. be able to.

次に、二元金属粒子が担持された触媒担体を含む分散液から濾過等により粉末を分離し、次いで必要に応じてアセトニトリルなどの溶剤を用いて当該粉末を洗浄することによりイオン液体を十分に除去した後、乾燥等することで、触媒担体に二元金属粒子を複数担持してなる排ガス浄化用触媒を得ることができる。一般的には、このような乾燥は、減圧下又は常圧下において約80℃〜約250℃の温度で約1時間〜約24時間にわたって実施することができる。   Next, the powder is separated from the dispersion containing the catalyst carrier on which the binary metal particles are supported by filtration or the like, and then, if necessary, the powder is washed with a solvent such as acetonitrile to sufficiently remove the ionic liquid. After removal, drying and the like can provide an exhaust gas purification catalyst in which a plurality of binary metal particles are supported on a catalyst carrier. In general, such drying can be performed at a temperature of about 80 ° C. to about 250 ° C. for about 1 hour to about 24 hours under reduced pressure or normal pressure.

なお、本発明の方法において堆積工程において使用したイオン液体は、その後の担持工程における分離操作や乾燥処理によっては十分に除去することができない場合がある。したがって、本発明の方法は、イオン液体を確実に分解しそして除去するために、上記の担持工程の後に焼成工程をさらに含むことが好ましい。具体的には、上記の担持工程において得られた排ガス浄化用触媒を、酸化性雰囲気中、例えば空気中において、比較的高い温度、特には300℃超800℃以下の温度において熱処理することが好ましい。このような熱処理により触媒上に不純物として残留する場合があるイオン液体を確実に分解除去することができるので、最終的に得られる排ガス浄化用触媒においてより高い排ガス浄化活性、特にはより高いNOx還元活性を達成することが可能である。   Note that the ionic liquid used in the deposition step in the method of the present invention may not be sufficiently removed by a separation operation or a drying process in the subsequent supporting step. Therefore, in order to reliably decompose and remove the ionic liquid, the method of the present invention preferably further includes a baking step after the above-described supporting step. Specifically, it is preferable to heat-treat the exhaust gas-purifying catalyst obtained in the above-mentioned supporting step at a relatively high temperature in an oxidizing atmosphere, for example, air, particularly at a temperature higher than 300 ° C. and not higher than 800 ° C. . Since the ionic liquid that may remain as impurities on the catalyst can be reliably decomposed and removed by such heat treatment, the exhaust gas purification catalyst finally obtained has higher exhaust gas purification activity, particularly higher NOx reduction. It is possible to achieve activity.

また、本発明の方法においては、上記担持工程又は焼成工程の後に任意選択で還元工程をさらに実施してもよい。本発明の方法によって得られた排ガス浄化用触媒を当該還元工程において還元処理することで二元金属粒子中のニッケルを活性の高いメタルの状態に確実に還元することができる。なお、このような還元処理は、当業者に公知の任意の方法によって行うことができる。例えば、本発明の方法によって得られた排ガス浄化用触媒の粉末を還元性雰囲気中、特には水素含有雰囲気中300〜800℃の温度で5分〜3時間にわたり実施することができる。あるいはまた、本発明の方法によって得られた排ガス浄化用触媒の粉末を所定のバインダ等を加えてコージェライト製ハニカム基材等の触媒基材上に塗布した後に、上記の還元処理を行うようにしてもよい。   Moreover, in the method of this invention, you may further implement a reduction process optionally after the said carrying | support process or a baking process. By reducing the exhaust gas purifying catalyst obtained by the method of the present invention in the reduction step, nickel in the binary metal particles can be reliably reduced to a highly active metal state. Such reduction treatment can be performed by any method known to those skilled in the art. For example, the exhaust gas-purifying catalyst powder obtained by the method of the present invention can be carried out in a reducing atmosphere, particularly in a hydrogen-containing atmosphere at a temperature of 300 to 800 ° C. for 5 minutes to 3 hours. Alternatively, the above reduction treatment is performed after the powder of the exhaust gas purifying catalyst obtained by the method of the present invention is applied on a catalyst substrate such as a cordierite honeycomb substrate with a predetermined binder or the like added. May be.

本発明の方法によって得られた排ガス浄化用触媒は、必要に応じて、例えば、高圧下でプレスしてペレット状に成形するか、又は所定のバインダ等を加えてスラリー化し、これをコージェライト製ハニカム基材等の触媒基材上に塗布することにより使用することができる。   The exhaust gas purifying catalyst obtained by the method of the present invention may be formed into pellets by pressing under high pressure, if necessary, or slurried by adding a predetermined binder or the like, which is made of cordierite. It can be used by coating on a catalyst substrate such as a honeycomb substrate.

なお、本明細書では、自動車の排ガスを浄化するための排ガス浄化用触媒について詳しく説明したが、本発明の排ガス浄化用触媒は、このような特定の技術分野に何ら限定されるものではなく、工場排ガスの浄化等、特にはNOxの浄化が必要とされる任意の技術分野において幅広く適用することが可能である。   In this specification, the exhaust gas purification catalyst for purifying automobile exhaust gas has been described in detail. However, the exhaust gas purification catalyst of the present invention is not limited to such a specific technical field, The present invention can be widely applied in any technical field that requires purification of factory exhaust gas, particularly NOx purification.

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples at all.

以下の実施例では、Ag−Ni二元金属粒子を触媒成分として含む排ガス浄化用触媒を調製し、その特性及びNOx浄化性能について調べた。   In the following examples, an exhaust gas purification catalyst containing Ag-Ni binary metal particles as a catalyst component was prepared, and its characteristics and NOx purification performance were examined.

[実施例1]
[Ag−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量62原子%)の合成]
まず、イオン液体として、以下の式:
で表される1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩(BMI−PF6)2.40cm3を使用し、これを乾燥前処理として120℃で3時間減圧乾燥して水分を十分に除去した。次いで、スパッタリング装置(Sanyu Electron社製SC−701HMCII4号機)内に、図2に示すようなAg板とNi板を放射状に交互に配列した円板状の交互配列ターゲット(Ag板にNi板をカーボンテープで張り付けたもの、面積比Ag:Ni=2:1)を設置した。次いで、スパッタリング装置のチャンバー内をArガスで2回置換してから圧力3.0Pa、スパッタリング電流20mAの条件下で30分間プレスパッタリングを行い、安定してスパッタリングを行うことができる状態にした。
[Example 1]
[Synthesis of Ag-Ni binary metal particles (Ag average content 62 atom%)]
First, as an ionic liquid, the following formula:
1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMI-PF6) 2.40 cm 3 represented by the above formula was used, and this was dried under reduced pressure at 120 ° C. for 3 hours as a pretreatment for drying to sufficiently remove moisture. Removed. Next, in a sputtering apparatus (SC-701HMCII No. 4 manufactured by Sanyu Electron), a disk-like alternating array target in which Ag plates and Ni plates are alternately arranged radially as shown in FIG. A tape attached, area ratio Ag: Ni = 2: 1) was installed. Next, after the inside of the chamber of the sputtering apparatus was replaced twice with Ar gas, pre-sputtering was performed for 30 minutes under conditions of a pressure of 3.0 Pa and a sputtering current of 20 mA, so that sputtering could be performed stably.

次に、乾燥前処理を施した上記のBMI−PF6をシャーレ(直径:70mm)に均一に広げ、それをスパッタリング装置内に入れた後、さらに30分間減圧乾燥した。次いで、圧力を3.0Pa、スパッタリング電流を20mA、そしてターゲット材料とイオン液体であるBMI−PF6との距離を6.7cmとして、150分間にわたりスパッタリングを行った。一度、大気開放した後、スパッタターゲットを新しいAg−Ni交互配列ターゲット(Ag:Ni比は同じ)と交換し、さらに同条件で150分間スパッタリングした。合計のスパッタ時間は300分とした。その後、シャーレ内のイオン液体を回収し、Ag−Ni二元金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg及びNiの各濃度は、Agが33.6mM、そしてNiが20.6mMであった。この分析結果から、Ag−Ni二元金属粒子中のAg平均含有量を62原子%と算出した。   Next, the above-mentioned BMI-PF6 that had been subjected to the pre-drying treatment was uniformly spread on a petri dish (diameter: 70 mm), placed in a sputtering apparatus, and then dried under reduced pressure for 30 minutes. Next, sputtering was performed for 150 minutes at a pressure of 3.0 Pa, a sputtering current of 20 mA, and a distance between the target material and the ionic liquid BMI-PF6 of 6.7 cm. Once the atmosphere was released to the atmosphere, the sputter target was replaced with a new Ag—Ni alternating target (Ag: Ni ratio was the same), and sputtering was performed for 150 minutes under the same conditions. The total sputtering time was 300 minutes. Thereafter, the ionic liquid in the petri dish was collected to obtain a dispersion containing Ag—Ni binary metal particles. As a result of the fluorescent X-ray analysis, the concentrations of Ag and Ni in the dispersion were 33.6 mM for Ag and 20.6 mM for Ni. From this analysis result, the Ag average content in the Ag—Ni binary metal particles was calculated to be 62 atomic%.

[Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量62原子%)の調製]
次に、上で得られたAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量62原子%)を含む分散液3.6mLを50mLのフラスコに入れ、次いでこれに4mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)1.3gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量62原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は1.00wt%、Ni担持量は0.33wt%であった。
[Preparation of Ag-Ni / SiO 2 (Ag average content 62 atom%)]
Next, 3.6 mL of the dispersion liquid containing Ag—Ni binary metal particles obtained above (Ag average content of 62 atom%) was placed in a 50 mL flask, and then dispersed in 4 mL of acetone. 1.3 g (spherical silica manufactured by Nanotech) was added. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Next, the obtained powder is dried in air at 110 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to purify exhaust gas composed of Ag—Ni / SiO 2 (Ag average content 62 atomic%). A catalyst was obtained. The Ag loading was 1.00 wt% and the Ni loading was 0.33 wt%.

[実施例2]
[Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量55原子%)の調製]
スパッタリングの途中で交互配列ターゲットを交換することなく連続して300分間スパッタリングしたこと以外は実施例1と同様にして、Ag−Ni二元金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg及びNiの各濃度は、Agが21.3mM、そしてNiが17.8mMであった。この分析結果から、Ag−Ni二元金属粒子中のAg平均含有量を55原子%と算出した。また、このサンプル合成操作を複数回繰り返して、以後の実験に必要な溶液量を得た。次に、得られたAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量55原子%)を含む分散液3.6mLを50mLのフラスコに入れ、次いでこれに4mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)0.9gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量55原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は0.90wt%、Ni担持量は0.39wt%であった。
[Example 2]
[Preparation of Ag-Ni / SiO 2 (Ag average content 55 atomic%)]
A dispersion containing Ag—Ni binary metal particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that sputtering was continuously performed for 300 minutes without changing the alternating target during the sputtering. As a result of the fluorescent X-ray analysis, the concentrations of Ag and Ni in the dispersion were 21.3 mM for Ag and 17.8 mM for Ni. From this analysis result, the average Ag content in the Ag—Ni binary metal particles was calculated as 55 atomic%. Further, this sample synthesis operation was repeated a plurality of times to obtain a solution amount necessary for the subsequent experiments. Next, 3.6 mL of a dispersion liquid containing the obtained Ag—Ni binary metal particles (Ag average content of 55 atomic%) was placed in a 50 mL flask, and then silica (Nanotech) dispersed in 4 mL of acetone was added thereto. 0.9 g of spherical silica produced by the company was added. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Next, the obtained powder was dried in air at 110 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, thereby purifying exhaust gas composed of Ag—Ni / SiO 2 (Ag average content 55 atomic%). A catalyst was obtained. The Ag loading was 0.90 wt%, and the Ni loading was 0.39 wt%.

[実施例3]
[Ag−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量10原子%)の合成]
面積比Ag:Ni=1:1の交互配列ターゲットを使用したこと以外は実施例2と同様にして、これをスパッタリング装置内に設置した。次いで、スパッタリング装置のチャンバー内をArガスで2回置換してから圧力3.0Pa、スパッタリング電流20mAの条件下で30分間プレスパッタリングを行った。次に、乾燥前処理を施したBMI−PF6をシャーレに均一に広げ、それをスパッタリング装置内に入れた後、さらに30分間減圧乾燥した。次いで、圧力を3.0Pa、スパッタリング電流を20mA、そしてターゲット材料とイオン液体であるBMI−PF6との距離を6.7cmとして、300分間にわたりスパッタリングを行った。このサンプル合成操作を合計で4回行った。その後、シャーレ内のイオン液体を回収し、Ag−Ni二元金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg及びNiの各濃度は、Agが11.1mM、そしてNiが105.0mMであった。この分析結果から、Ag−Ni二元金属粒子中のAg平均含有量を10原子%と算出した。
[Example 3]
[Synthesis of Ag-Ni binary metal particles (Ag average content of 10 atomic%)]
This was installed in the sputtering apparatus in the same manner as in Example 2 except that an alternately arranged target having an area ratio of Ag: Ni = 1: 1 was used. Next, the inside of the chamber of the sputtering apparatus was replaced with Ar gas twice, and then pre-sputtering was performed for 30 minutes under conditions of a pressure of 3.0 Pa and a sputtering current of 20 mA. Next, the BMI-PF6 that had been subjected to the pre-drying treatment was evenly spread on a petri dish, placed in a sputtering apparatus, and then dried under reduced pressure for 30 minutes. Next, sputtering was performed for 300 minutes at a pressure of 3.0 Pa, a sputtering current of 20 mA, and a distance between the target material and the ionic liquid BMI-PF6 of 6.7 cm. This sample synthesis operation was performed four times in total. Thereafter, the ionic liquid in the petri dish was collected to obtain a dispersion containing Ag—Ni binary metal particles. As a result of fluorescent X-ray analysis, the Ag and Ni concentrations in the dispersion were 11.1 mM for Ag and 105.0 mM for Ni. From this analysis result, the Ag average content in the Ag—Ni binary metal particles was calculated to be 10 atomic%.

[Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量10原子%)の調製]
次に、上で得られたAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量10原子%)を含む分散液6.8mLを50mLのフラスコに入れ、次いでこれに8mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)3.7gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量10原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は0.20wt%、Ni担持量は1.11wt%であった。
[Preparation of Ag-Ni / SiO 2 (Ag average content 10 atomic%)]
Next, 6.8 mL of the dispersion liquid containing Ag-Ni bimetallic particles (Ag average content of 10 atomic%) obtained above was placed in a 50 mL flask, and then dispersed in 8 mL of acetone. 3.7 g (Nanotech spherical silica) was added. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Next, the obtained powder is dried in air at 110 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, thereby purifying exhaust gas composed of Ag—Ni / SiO 2 (Ag average content 10 atomic%). A catalyst was obtained. The Ag loading was 0.20 wt% and the Ni loading was 1.11 wt%.

[実施例4]
[Ag−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量5原子%)の合成]
面積比Ag:Ni=1:2の交互配列ターゲットを使用したこと以外は実施例2と同様にして、これをスパッタリング装置内に設置した。次いで、スパッタリング装置のチャンバー内をArガスで2回置換してから圧力3.0Pa、スパッタリング電流20mAの条件下で30分間プレスパッタリングを行った。次に、乾燥前処理を施したBMI−PF6をシャーレに均一に広げ、それをスパッタリング装置内に入れた後、さらに30分間減圧乾燥した。次いで、圧力を3.0Pa、スパッタリング電流を20mA、そしてターゲット材料とイオン液体であるBMI−PF6との距離を6.7cmとして、300分間にわたりスパッタリングを行った。その後、シャーレ内のイオン液体を回収し、Ag−Ni二元金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg及びNiの各濃度は、Agが8.3mM、そしてNiが142.3mMであった。この分析結果から、Ag−Ni二元金属粒子中のAg平均含有量を5原子%と算出した。
[Example 4]
[Synthesis of Ag-Ni binary metal particles (Ag average content 5 atom%)]
This was installed in the sputtering apparatus in the same manner as in Example 2 except that an alternately arranged target having an area ratio of Ag: Ni = 1: 2 was used. Next, the inside of the chamber of the sputtering apparatus was replaced with Ar gas twice, and then pre-sputtering was performed for 30 minutes under conditions of a pressure of 3.0 Pa and a sputtering current of 20 mA. Next, the BMI-PF6 that had been subjected to the pre-drying treatment was evenly spread on a petri dish, placed in a sputtering apparatus, and then dried under reduced pressure for 30 minutes. Next, sputtering was performed for 300 minutes at a pressure of 3.0 Pa, a sputtering current of 20 mA, and a distance between the target material and the ionic liquid BMI-PF6 of 6.7 cm. Thereafter, the ionic liquid in the petri dish was collected to obtain a dispersion containing Ag—Ni binary metal particles. As a result of the fluorescent X-ray analysis, the concentration of Ag and Ni in the dispersion liquid was 8.3 mM for Ag and 142.3 mM for Ni. From this analysis result, the Ag average content in the Ag—Ni binary metal particles was calculated as 5 atomic%.

[Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量5原子%)の調製]
次に、上で得られたAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量5原子%)を含む分散液15mLを100mLのフラスコに入れ、次いでこれに10mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)10.5gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量5原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は0.11wt%、Ni担持量は1.20wt%であった。
[Preparation of Ag-Ni / SiO 2 (Ag average content 5 atom%)]
Next, 15 mL of the dispersion liquid containing Ag-Ni binary metal particles (Ag average content of 5 atom%) obtained above was placed in a 100 mL flask, and then silica (Nanotech) dispersed in 10 mL of acetone was added thereto. 10.5 g of spherical silica (made by company) was added. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Subsequently, the obtained powder is dried in air at 110 ° C. for 5 hours, and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, thereby purifying exhaust gas composed of Ag—Ni / SiO 2 (Ag average content 5 atomic%). A catalyst was obtained. The Ag loading was 0.11 wt%, and the Ni loading was 1.20 wt%.

[実施例5]
[Ag−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量68原子%)の合成]
イオン液体として、BMI−PF6の代わりに、以下の式:
で表されるN,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(TMPA−TFSA)2.40cm3を使用し、そしてターゲット材料としては銀粉末とニッケル粉末を混合して成型及び焼結したミクロ混合ターゲットを使用して、当該ミクロ混合ターゲットをスパッタリング装置内でTMPA−TFSAとの距離が30mmとなるように設置し、実施例1と同様にしてスパッタリングを行った。スパッタリングは、圧力5.0Pa、スパッタリング電流40mAの条件下で600秒間プレスパッタリングを行った後、150分間にわたり実施した。
[Example 5]
[Synthesis of Ag-Ni binary metal particles (Ag average content 68 atom%)]
As an ionic liquid, instead of BMI-PF6, the following formula:
N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (TMPA-TFSA) 2.40 cm 3 is used, and silver powder and nickel powder are mixed as a target material. Using the molded and sintered micro mixed target, the micro mixed target was placed in the sputtering apparatus so that the distance from the TMPA-TFSA was 30 mm, and sputtering was performed in the same manner as in Example 1. Sputtering was performed for 150 minutes after pre-sputtering for 600 seconds under conditions of a pressure of 5.0 Pa and a sputtering current of 40 mA.

その後、シャーレ内のイオン液体を回収し、再び別のTMPA−TFSA2.40cm3を同様の条件でスパッタリング装置内に設置し、同様に150分間スパッタリングを実施した。このようなスパッタリング操作を合計で6回行った。その後、シャーレ内のイオン液体を回収し、6回分のイオン液体を1つのサンプルとし、さらにTMPA−TFSAで1.5倍に希釈してAg−Ni二元金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg及びNiの各濃度は、Agが30.7mM、そしてNiが14.4mMであった。この分析結果から、Ag−Ni二元金属粒子中のAg平均含有量を68原子%と算出した。 Thereafter, the ionic liquid in the petri dish was recovered, another TMPA-TFSA 2.40 cm 3 was again placed in the sputtering apparatus under the same conditions, and sputtering was similarly performed for 150 minutes. Such sputtering operation was performed 6 times in total. Thereafter, the ionic liquid in the petri dish was collected, and the ionic liquid for six times was used as one sample, and further diluted 1.5 times with TMPA-TFSA to obtain a dispersion containing Ag-Ni binary metal particles. As a result of fluorescent X-ray analysis, the Ag and Ni concentrations in the dispersion were 30.7 mM for Ag and 14.4 mM for Ni. From this analysis result, the Ag average content in the Ag—Ni binary metal particles was calculated as 68 atomic%.

[Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量68原子%)の調製]
次に、上で得られたAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量68原子%)を含む分散液15mLを100mLのフラスコに入れ、次いでこれに15mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)4.6gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してTMPA−TFSAを十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag−Ni/SiO2(Ag平均含有量68原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は1.05wt%、Ni担持量は0.27wt%であった。
[Preparation of Ag-Ni / SiO 2 (Ag average content 68 atomic%)]
Next, 15 mL of the dispersion liquid containing Ag—Ni binary metal particles (Ag average content of 68 atom%) obtained above was placed in a 100 mL flask, and then silica (Nanotech) dispersed in 15 mL of acetone was added thereto. 4.6 g of spherical silica (made by company) was added. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove TMPA-TFSA. Next, the obtained powder was dried in air at 110 ° C. for 5 hours and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, thereby purifying exhaust gas composed of Ag—Ni / SiO 2 (Ag average content 68 atomic%). A catalyst was obtained. The Ag loading was 1.05 wt% and the Ni loading was 0.27 wt%.

[比較例1]
[Ag/SiO2(Ag平均含有量100原子%)の調製]
Niを含まないAgターゲットを使用したこと以外は実施例1と同様にして、Ag金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のAg濃度は55.5mMであった。次に、得られたAg金属粒子を含む分散液5.2mLを50mLのフラスコに入れ、次いでこれに5mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)2.3gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag/SiO2(Ag平均含有量100原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は1.28wt%であった。
[Comparative Example 1]
[Preparation of Ag / SiO 2 (Ag average content: 100 atomic%)]
A dispersion containing Ag metal particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that an Ag target containing no Ni was used. As a result of fluorescent X-ray analysis, the Ag concentration in the dispersion was 55.5 mM. Next, 5.2 mL of the resulting dispersion containing Ag metal particles was placed in a 50 mL flask, and then 2.3 g of silica (Nanotech spherical silica) dispersed in 5 mL of acetone was added thereto. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Next, after the obtained powder is dried in air at 110 ° C. for 5 hours and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, an exhaust gas purifying catalyst composed of Ag / SiO 2 (Ag average content of 100 atomic%) is obtained. Obtained. The amount of Ag supported was 1.28 wt%.

[比較例2]
[Ni/SiO2(Ag平均含有量0原子%)の調製]
Agを含まないNiターゲットを使用し、60分間のスパッタリング操作を合計で5回行ったものを1サンプルとし、それを5サンプル作製してそれらを最終的に混合したこと以外は実施例1と同様にして、Ni金属粒子を含む分散液を得た。なお、蛍光X線分析の結果、当該分散液中のNi濃度は46.2mMであった。次に、得られたNi金属粒子を含む分散液8.2mLを50mLのフラスコに入れ、次いでこれに8mLのアセトン中に分散させたシリカ(ナノテック社製球状シリカ)1.7gを加えた。次いで、この混合分散液を窒素気流中150℃で30分間にわたり加熱及び攪拌した。得られた分散液を冷却後、濾過によって当該分散液から粉末を分離し、それをアセトニトリルで3回洗浄してBMI−PF6を十分に除去した。次いで、得られた粉末を空気中110℃で5時間乾燥した後、空気中500℃で2時間焼成することにより、Ni/SiO2(Ag平均含有量0原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ni担持量は1.26wt%であった。
[Comparative Example 2]
[Preparation of Ni / SiO 2 (Ag average content 0 atomic%)]
Example 1 except that a Ni target containing no Ag was used and one 60-minute sputtering operation was performed a total of 5 times to make one sample and finally mixed them. Thus, a dispersion containing Ni metal particles was obtained. As a result of fluorescent X-ray analysis, the Ni concentration in the dispersion was 46.2 mM. Next, 8.2 mL of the resulting dispersion containing Ni metal particles was placed in a 50 mL flask, and then 1.7 g of silica (Nanotech spherical silica) dispersed in 8 mL of acetone was added thereto. Next, this mixed dispersion was heated and stirred at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen stream. After cooling the obtained dispersion, the powder was separated from the dispersion by filtration, and washed with acetonitrile three times to sufficiently remove BMI-PF6. Next, after the obtained powder was dried in air at 110 ° C. for 5 hours and then calcined in air at 500 ° C. for 2 hours, an exhaust gas purification catalyst composed of Ni / SiO 2 (Ag average content 0 atom%) was obtained. Obtained. Note that the Ni loading was 1.26 wt%.

[比較例3]
[含浸法によるAg/SiO2(Ag平均含有量100原子%)の調製]
本比較例では、従来の含浸法によってAgのみをシリカに担持したAg/SiO2(Ag平均含有量100原子%)を調製した。具体的には、まず、300mLのビーカーに蒸留水50mLを入れ、これに硝酸銀(I)(AgNO3)0.32gを加えて室温で攪拌した。これらを完全に溶解させた後、シリカ(ナノテック社製球状シリカ)15gを加えて加熱し分散媒を除去した。次いで、120℃で1時間乾燥した後、これを乳鉢で粉砕して均一な粉状にし、得られた粉末を空気中500℃で2時間焼成することにより、Ag/SiO2(Ag平均含有量100原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ag担持量は1.35wt%であった。
[Comparative Example 3]
[Preparation of Ag / SiO 2 (Ag average content 100 atomic%) by impregnation method]
In this comparative example, Ag / SiO 2 (Ag average content of 100 atomic%) in which only Ag was supported on silica was prepared by a conventional impregnation method. Specifically, first, 50 mL of distilled water was put in a 300 mL beaker, 0.32 g of silver nitrate (I) (AgNO 3 ) was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature. After these were completely dissolved, 15 g of silica (Nanotech spherical silica) was added and heated to remove the dispersion medium. Next, after drying at 120 ° C. for 1 hour, this was pulverized in a mortar to form a uniform powder, and the obtained powder was fired in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain Ag / SiO 2 (Ag average content). A catalyst for exhaust gas purification comprising 100 atomic%) was obtained. The amount of Ag supported was 1.35 wt%.

[比較例4]
[含浸法によるNi/SiO2(Ag平均含有量0原子%)の調製]
本比較例では、従来の含浸法によってNiのみをシリカに担持したNi/SiO2(Ag平均含有量0原子%)を調製した。具体的には、まず、300mLのビーカーに蒸留水50mLを入れ、これに硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO32・6H2O)1.00gを加えて室温で攪拌した。これらを完全に溶解させた後、シリカ(ナノテック社製球状シリカ)15gを加えて加熱し分散媒を除去した。次いで、120℃で1時間乾燥した後、これを乳鉢で粉砕して均一な粉状にし、得られた粉末を空気中500℃で2時間焼成することにより、Ni/SiO2(Ag平均含有量0原子%)からなる排ガス浄化用触媒を得た。なお、Ni担持量は1.35wt%であった。
[Comparative Example 4]
[Preparation of Ni / SiO 2 (Ag average content 0 atomic%) by impregnation method]
In this comparative example, Ni / SiO 2 (Ag average content 0 atomic%) in which only Ni was supported on silica was prepared by a conventional impregnation method. Specifically, first, 50 mL of distilled water was put into a 300 mL beaker, and 1.00 g of nickel nitrate (II) hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was added thereto and stirred at room temperature. . After these were completely dissolved, 15 g of silica (Nanotech spherical silica) was added and heated to remove the dispersion medium. Next, after drying at 120 ° C. for 1 hour, this was pulverized in a mortar to form a uniform powder, and the obtained powder was fired in air at 500 ° C. for 2 hours to obtain Ni / SiO 2 (Ag average content). A catalyst for exhaust gas purification comprising 0 atomic%) was obtained. Note that the Ni loading was 1.35 wt%.

[比較例5]
[含浸法によるAg/SiO2とNi/SiO2の物理混合触媒(Ag:Ni比(原子比)=52:48)の調製]
本比較例では、Ag/SiO2とNi/SiO2を単に物理混合することによってAg/SiO2とNi/SiO2からなる排ガス浄化用触媒を調製した。具体的には、まず、硝酸銀(I)(AgNO3)を0.27gとしたこと以外は比較例3と同様にしてAg/SiO2からなる触媒を得た。次に、硝酸ニッケル(II)六水和物(Ni(NO32・6H2O)を0.14gとしたこと以外は比較例4と同様にしてNi/SiO2からなる触媒を得た。最後に両触媒を混合し、乳鉢で粉砕してAg/SiO2とNi/SiO2からなる排ガス浄化用触媒(Ag:Ni比(原子比)=52:48)を得た。なお、Ag担持量は0.90wt%、Ni担持量は0.45wt%であった。
[Comparative Example 5]
[Preparation of physical mixed catalyst of Ag / SiO 2 and Ni / SiO 2 by the impregnation method (Ag: Ni ratio (atomic ratio) = 52: 48)]
In this comparative example, was prepared an exhaust gas purifying catalyst comprising Ag / SiO 2 and Ni / SiO 2 by simply physically mixing Ag / SiO 2 and Ni / SiO 2. Specifically, first, a catalyst made of Ag / SiO 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 3, except that silver nitrate (I) (AgNO 3 ) was changed to 0.27 g. Next, a catalyst made of Ni / SiO 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 4 except that nickel nitrate (II) hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was changed to 0.14 g. . Finally, both catalysts were mixed and pulverized in a mortar to obtain an exhaust gas purifying catalyst (Ag: Ni ratio (atomic ratio) = 52: 48) composed of Ag / SiO 2 and Ni / SiO 2 . The amount of Ag supported was 0.90 wt% and the amount of Ni supported was 0.45 wt%.

[金属粒子の分析]
実施例1〜5並びに比較例1及び2において得られた各金属粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM)(日立製H−7650)によってそれらの測定を行った。なお、測定試料としては、触媒担体に担持する前の実施例1〜5並びに比較例1及び2におけるAg−Ni二元金属粒子、Ag金属粒子又はNi金属粒子を含む各分散液を使用した。そして、多数の粒子の粒径を測定してヒストグラムを作成し、実施例1〜5並びに比較例1及び2における各金属粒子の平均粒径(dav)と標準偏差(σ)を算出した。これらの結果を図3〜9及び下表1に示す。なお、下表1には、実施例1〜5及び比較例1〜5の各排ガス浄化用触媒に関する触媒構成や各金属の担持量等についても併せて示している。
[Analysis of metal particles]
About each metal particle obtained in Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2, those measurements were performed with the transmission electron microscope (TEM) (Hitachi H-7650). In addition, as a measurement sample, each dispersion liquid containing Ag-Ni binary metal particles, Ag metal particles, or Ni metal particles in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 before being supported on the catalyst carrier was used. And the particle size of many particle | grains was measured, the histogram was created, and the average particle diameter ( dav ) and standard deviation ((sigma)) of each metal particle in Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2 were computed. These results are shown in FIGS. Table 1 below also shows the catalyst configuration and the amount of each metal supported on the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5.

図3〜9は、実施例1〜5並びに比較例1及び2における各金属粒子の透過型電子顕微鏡(TEM)による分析結果を示し、具体的には各金属粒子のTEMによる写真と、写真中の多数の金属粒子の粒径を測定して作成したヒストグラムを示している。   FIGS. 3-9 shows the analysis result by the transmission electron microscope (TEM) of each metal particle in Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 2, specifically, the photograph by TEM of each metal particle, 1 shows a histogram created by measuring the particle diameters of a number of metal particles.

まず、実施例1〜3及び5に関する図3〜5及び7のTEM写真及びヒストグラムを参照すると、一部に一次粒子の凝集が散見されるものの(例えば、図3(b)や図4(a)中の黒い大きな粒子の塊)、約3nm又はそれよりも小さい平均粒径を有する非常に微細な一次粒子が形成されていることがわかる。   First, referring to the TEM photographs and histograms of FIGS. 3 to 5 and 7 relating to Examples 1 to 3 and 5, although some of the primary particles are aggregated (for example, FIG. 3B and FIG. 4A). It can be seen that very fine primary particles having an average particle size of about 3 nm or smaller are formed.

次に、実施例4のAg−Ni二元金属粒子(Ag平均含有量5原子%)に関する図6のTEM写真を参照すると、必ずしも粒子の形態を示していないアモルファスのニッケル酸化物と推測されるものが観察され、平均粒径も他の実施例のものと比較してわずかに高い傾向を示した。この結果は、実施例4のAg−Ni二元金属粒子では、Agの平均含有量が比較的低いために、AgによるNiの酸化抑制効果が他の実施例のものと比較して小さいことを示唆していると考えられる。   Next, referring to the TEM photograph of FIG. 6 relating to the Ag—Ni binary metal particles of Example 4 (Ag average content 5 atom%), it is assumed that the particles are amorphous nickel oxides that do not necessarily show the form of the particles. The average particle size tended to be slightly higher than those of other examples. This result shows that, in the Ag—Ni binary metal particles of Example 4, the average content of Ag is relatively low, so that the effect of suppressing Ni oxidation by Ag is smaller than that of the other examples. It seems to suggest.

一方で、比較例1のNiを含まないAgのみからなる金属粒子は、平均粒径が6.6nmと他のものと比較して大きく(図8)、また、比較例2のAgを含まないNiのみからなる金属粒子については、アモルファスのニッケル酸化物と推測される像が観察された(図9(a))。   On the other hand, the metal particle which consists only of Ag which does not contain Ni of the comparative example 1 has a large average particle diameter of 6.6 nm compared with other things (FIG. 8), and does not contain Ag of the comparative example 2. About the metal particle which consists only of Ni, the image estimated to be an amorphous nickel oxide was observed (FIG. 9 (a)).

[触媒の分析]
実施例2、3及び5並びに比較例1及び2において得られた各排ガス浄化用触媒について、エネルギー分散型X線分析装置付走査透過型電子顕微鏡(STEM−EDX)(JEOL製JEM1000)によってそれらの測定を行った。これらの結果を図10〜12に示す。
[Analysis of catalyst]
About each exhaust gas purifying catalyst obtained in Examples 2, 3 and 5 and Comparative Examples 1 and 2, they were measured by a scanning transmission electron microscope with an energy dispersive X-ray analyzer (STEM-EDX) (JEM1000 manufactured by JEOL). Measurements were made. These results are shown in FIGS.

図10〜12は、実施例2、3及び5の各排ガス浄化用触媒のSTEM−EDXによる分析結果を示している。具体的には、図10〜12は、(a)が実施例2、3及び5の各排ガス浄化用触媒のSTEM−EDXによる写真を示し、(b)が(a)中の金属粒子に関する各測定点におけるAgとNiの組成比(原子%)を示している。   FIGS. 10-12 has shown the analysis result by STEM-EDX of each exhaust-gas purification catalyst of Example 2, 3 and 5. FIG. 10-12, (a) shows the photograph by STEM-EDX of each exhaust gas purification catalyst of Example 2, 3 and 5, (b) is each about the metal particle in (a). The composition ratio (atomic%) of Ag and Ni at the measurement point is shown.

図10(a)及び11(a)を参照すると、イオン液体としてBMI−PF6を使用してAg−Ni二元金属粒子を合成した実施例2及び3の各排ガス浄化用触媒では、平均粒径が明らかに10nm以下の非常に微細な金属粒子がシリカ担体上に存在していることを確認することができる。なお、図中の金属粒子以外の大きな白い像はシリカである。また、図中の多くの金属粒子においてその粒径が5nm以下であった。   Referring to FIGS. 10 (a) and 11 (a), in each of the exhaust gas purifying catalysts of Examples 2 and 3 in which Ag-Ni binary metal particles were synthesized using BMI-PF6 as the ionic liquid, the average particle diameter However, it can be confirmed that very fine metal particles of 10 nm or less are present on the silica support. In addition, the big white image other than the metal particle in a figure is a silica. Moreover, the particle size of many metal particles in the figure was 5 nm or less.

これに対し、図12(a)を参照すると、イオン液体としてTMPA−TFSAを使用してAg−Ni二元金属粒子を合成した実施例5の排ガス浄化用触媒では、実施例2及び3の排ガス浄化用触媒(図10(a)及び11(a))と比較して、金属粒子の粒径が幾分大きくなる傾向が観察された。一方で、イオン液体中に二元金属粒子を堆積させた直後のTEM写真(図4、5及び7)では、実施例2、3及び5のAg−Ni二元金属粒子の粒径に大きな差異は観察されなかった。   On the other hand, referring to FIG. 12 (a), in the exhaust gas purifying catalyst of Example 5 in which Ag-Ni binary metal particles were synthesized using TMPA-TFSA as the ionic liquid, the exhaust gas of Examples 2 and 3 was used. Compared to the purification catalyst (FIGS. 10 (a) and 11 (a)), a tendency for the particle size of the metal particles to be somewhat larger was observed. On the other hand, in the TEM photograph (FIGS. 4, 5 and 7) immediately after the binary metal particles are deposited in the ionic liquid, there is a large difference in the particle diameters of the Ag—Ni binary metal particles of Examples 2, 3 and 5. Was not observed.

したがって、イオン液体については、BMI−PF6のほうがTMPA−TFSAよりもAg−Ni二元金属粒子に対する保護力、すなわちAg−Ni二元金属粒子同士の凝集や粒成長を抑制する能力が高いと考えられる。逆に言えば、イオン液体としてTMPA−TFSAを使用した実施例5の排ガス浄化用触媒では、Ag−Ni二元金属粒子の堆積工程から担持工程までの間に当該Ag−Ni二元金属の一部が凝集してしまったものと考えられる。しかしながら、いずれにしても、実施例2、3及び5の各排ガス浄化用触媒において、触媒担体への担持操作、さらには空気中500℃の焼成処理後においても、Ag−Ni二元金属粒子が非常に微細な粒子サイズに維持されることを確認した。   Therefore, for ionic liquids, BMI-PF6 is considered to have a higher protective power against Ag-Ni binary metal particles than TMPA-TFSA, that is, an ability to suppress aggregation and grain growth of Ag-Ni binary metal particles. It is done. In other words, in the exhaust gas purifying catalyst of Example 5 using TMPA-TFSA as the ionic liquid, one Ag-Ni binary metal is deposited between the Ag-Ni binary metal particle deposition process and the supporting process. It is thought that the part has aggregated. However, in any case, in each of the exhaust gas purifying catalysts of Examples 2, 3 and 5, the Ag—Ni bimetallic particles were not supported even after the supporting operation on the catalyst carrier and further after the firing treatment at 500 ° C. in the air. It was confirmed that a very fine particle size was maintained.

次に、図10(b)を参照すると、実施例2の排ガス浄化用触媒では、金属粒子に関する測定点1〜6のうち全ての測定点においてAgとNiの両方の元素が検出されていることがわかる。また、図11(b)においても、金属粒子に関する測定点1〜10のうち測定点4を除く9個の測定点においてAgとNiの両方の元素が検出され、同様に、図12(b)でも、測定点10を除く全ての測定点においてAgとNiの両方の元素が検出された。これらの結果は、実施例2、3及び5の各排ガス浄化用触媒において同一の金属粒子内にAgとNiがナノレベルで共存していることを示唆するものである。   Next, referring to FIG. 10 (b), in the exhaust gas purifying catalyst of Example 2, both Ag and Ni elements are detected at all measurement points among the measurement points 1 to 6 regarding the metal particles. I understand. Also in FIG. 11 (b), both Ag and Ni elements are detected at nine measurement points excluding the measurement point 4 out of the measurement points 1 to 10 relating to the metal particles. Similarly, FIG. 12 (b) However, both Ag and Ni elements were detected at all measurement points except measurement point 10. These results suggest that Ag and Ni coexist at the nano level in the same metal particles in the exhaust gas purifying catalysts of Examples 2, 3 and 5.

次に、比較例1の排ガス浄化用触媒(Ag/SiO2)に関する図13のSTEM写真を参照すると、触媒担体であるシリカ上に微細なAg金属粒子が観察され、担持後においても担持前と同様の粒径が維持されていることを確認した。一方で、比較例2の排ガス浄化用触媒(Ni/SiO2)に関する図14のSTEM写真を参照すると、金属粒子の存在を明確には確認できなかったが、EDXによる分析からNiが存在することを確認した。 Next, referring to the STEM photograph of FIG. 13 relating to the exhaust gas purifying catalyst (Ag / SiO 2 ) of Comparative Example 1, fine Ag metal particles are observed on the silica which is the catalyst carrier, and even after loading, before loading. It was confirmed that the same particle size was maintained. On the other hand, referring to the STEM photograph of FIG. 14 regarding the exhaust gas purifying catalyst (Ni / SiO 2 ) of Comparative Example 2, the presence of metal particles could not be confirmed clearly, but the presence of Ni from the analysis by EDX. It was confirmed.

[触媒の活性評価]
次に、実施例1〜5及び比較例1〜5の各排ガス浄化用触媒に関し、下記式(1)のNO−CO反応:
NO + CO → 1/2N2 + CO2 (1)
においてそれらのNOx還元能を評価した。具体的には、上で調製した各排ガス浄化用触媒の粉末を196MPaの圧力で圧粉成型した後、ふるいにかけて1.0〜1.7mmのペレット触媒を得た。次いで、このペレット触媒0.2gを流通型反応炉に入れ、1vol%H2/N2バランスからなる還元性ガスの流通下において600℃で30分間にわたり還元処理した。その後、同じ雰囲気の下で100℃以下まで冷却した。次に、評価用モデルガス(NO:3000ppm、CO:3000ppm、N2バランス)を1L/分の流量で触媒床に流しながら、当該触媒床の温度を100℃から20℃/分の速度で昇温し、600℃までのNO転化率をFT−IR分析計を用いて測定した。その結果を図15に示す。
[Evaluation of catalyst activity]
Next, regarding the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, the NO—CO reaction of the following formula (1):
NO + CO → 1 / 2N 2 + CO 2 (1)
Were evaluated for their NOx reducing ability. Specifically, each exhaust gas-purifying catalyst powder prepared above was compacted at a pressure of 196 MPa and then sieved to obtain a 1.0 to 1.7 mm pellet catalyst. Next, 0.2 g of this pellet catalyst was placed in a flow reactor and subjected to reduction treatment at 600 ° C. for 30 minutes under the flow of reducing gas consisting of 1 vol% H 2 / N 2 balance. Then, it cooled to 100 degrees C or less under the same atmosphere. Next, the model gas for evaluation (NO: 3000 ppm, CO: 3000 ppm, N 2 balance) is flowed through the catalyst bed at a flow rate of 1 L / min, and the temperature of the catalyst bed is increased from 100 ° C. at a rate of 20 ° C./min. Warm and NO conversion up to 600 ° C. was measured using FT-IR analyzer. The result is shown in FIG.

図15(a)は、実施例1〜4並びに比較例1及び2の各排ガス浄化用触媒に関するNO転化率(%)を示すグラフであり、図15(b)は、実施例5及び比較例3〜5の各排ガス浄化用触媒に関するNO転化率(%)を示すグラフである。図15(a)及び(b)は、横軸に触媒床の温度(℃)を示し、縦軸にNO転化率(%)を示している。   FIG. 15A is a graph showing the NO conversion rate (%) for the exhaust gas purifying catalysts of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 15B is the graph of Example 5 and Comparative Example. It is a graph which shows NO conversion rate (%) regarding each 3-5 exhaust gas purification catalyst. In FIGS. 15A and 15B, the horizontal axis indicates the temperature (° C.) of the catalyst bed, and the vertical axis indicates the NO conversion rate (%).

なお、図15(a)中の約220℃付近のピークは、FT−IR分析計の結果から主として一酸化二窒素(N2O)の生成に関するものであることを確認した。すなわち、この部分では、上記式(1)の反応よりはむしろ、下記式(2):
2NO + CO → N2O + CO2 (2)
の反応が進行しており、それよりも高い温度、特には300℃よりも高い温度において上記式(1)の反応が主として進行し、NOがN2に還元浄化されている。
The peak in the vicinity of about 220 ° C. in FIG. 15 (a), it was confirmed that relate generated primarily nitrous oxide from the results of FT-IR spectrometer (N 2 O). That is, in this part, rather than the reaction of the above formula (1), the following formula (2):
2NO + CO → N 2 O + CO 2 (2)
The reaction of the above formula (1) mainly proceeds at a temperature higher than that, particularly at a temperature higher than 300 ° C., and NO is reduced and purified to N 2 .

ここで、図15(a)及び(b)の特に300℃を超える温度領域における結果から明らかなように、Agのみを担持した比較例1及び3の排ガス浄化用触媒はすべての触媒の中で最も低いNOx転化率、特にはNOx還元能を示した。このことから、AgはNOxの還元に対してほとんど活性を示さないことがわかる。一方で、Niのみを担持した比較例2及び4の排ガス浄化用触媒、さらにはAg担持触媒とNi担持触媒を物理混合した比較例5の排ガス浄化用触媒では、上記比較例1及び3の排ガス浄化用触媒よりは高いNOx転化率を示したものの、十分な触媒活性を達成することはできなかった。   Here, as is clear from the results in FIGS. 15 (a) and 15 (b), particularly in the temperature range exceeding 300 ° C., the exhaust gas purifying catalysts of Comparative Examples 1 and 3 supporting only Ag are among all the catalysts. The lowest NOx conversion rate, particularly NOx reduction ability was exhibited. From this, it can be seen that Ag shows almost no activity for the reduction of NOx. On the other hand, in the exhaust gas purifying catalysts of Comparative Examples 2 and 4 in which only Ni is supported, and further in the exhaust gas purifying catalyst of Comparative Example 5 in which an Ag supported catalyst and a Ni supported catalyst are physically mixed, the exhaust gases of Comparative Examples 1 and 3 above are used. Although the NOx conversion rate was higher than that of the purification catalyst, sufficient catalytic activity could not be achieved.

これに対し、本発明によれば、Agの平均含有量が比較的低い実施例4の排ガス浄化用触媒(Ag平均含有量5原子%)については、Niのみを担持した比較例2の排ガス浄化用触媒とほぼ同等のNOx転化率であったが、他の実施例1〜3及び5の排ガス浄化用触媒では、比較例2の排ガス浄化用触媒と比較して、すべての温度において非常に高いNOx転化率を達成することができた。これは、図10〜12等において示したように、AgとNiを同一の金属粒子内にナノレベルで共存させることで、図9(a)のTEM写真において比較例2の金属粒子に関して観察されたようなNiの酸化が抑制されたことに起因するものであると考えられる。   On the other hand, according to the present invention, the exhaust gas purification catalyst of Example 4 (Ag average content of 5 atom%) of Example 4 having a relatively low average Ag content was subjected to exhaust gas purification of Comparative Example 2 in which only Ni was supported. The NOx conversion rate was almost the same as that of the exhaust gas catalyst, but the exhaust gas purification catalysts of the other Examples 1 to 3 and 5 were very high at all temperatures compared to the exhaust gas purification catalyst of Comparative Example 2. A NOx conversion could be achieved. This is observed with respect to the metal particles of Comparative Example 2 in the TEM photograph of FIG. 9A by making Ag and Ni coexist in the same metal particles at the nano level as shown in FIGS. This is thought to be due to the fact that the oxidation of Ni was suppressed.

同様に、実施例1〜3及び5の排ガス浄化用触媒では、Agのみを担持した比較例1の排ガス浄化用触媒、Agを含浸担持した比較例3の排ガス浄化用触媒、Niを含浸担持した比較例4の排ガス浄化用触媒、及びAg担持触媒とNi担持触媒を物理混合した比較例5の排ガス浄化用触媒と比較しても、すべての温度において非常に高いNOx転化率を達成することができた。なお、イオン液体としてTMPA−TFSAを使用した実施例5の排ガス浄化用触媒では、イオン液体としてBMI−PF6を使用しかつ比較的近いAg平均含有量を有する実施例1の排ガス浄化用触媒と比較してわずかに低いNOx転化率を示した。これは、図12等に関連して説明したように、BMI−PF6と比較してAg−Ni二元金属粒子に対するTMPA−TFSAの保護力が低く、それゆえ実施例5の排ガス浄化用触媒ではAg−Ni二元金属粒子の一部が凝集してしまったことに起因するものと考えられる。   Similarly, in the exhaust gas purification catalysts of Examples 1 to 3 and 5, the exhaust gas purification catalyst of Comparative Example 1 in which only Ag was supported, the exhaust gas purification catalyst of Comparative Example 3 in which Ag was impregnated and supported, and Ni were impregnated and supported. Compared with the exhaust gas purification catalyst of Comparative Example 4 and the exhaust gas purification catalyst of Comparative Example 5 in which Ag-supported catalyst and Ni-supported catalyst are physically mixed, a very high NOx conversion can be achieved at all temperatures. did it. The exhaust gas purifying catalyst of Example 5 using TMPA-TFSA as the ionic liquid is compared with the exhaust gas purifying catalyst of Example 1 that uses BMI-PF6 as the ionic liquid and has a relatively close Ag average content. Slightly lower NOx conversion. As described with reference to FIG. 12 and the like, this is because the protective power of TMPA-TFSA against Ag-Ni bimetallic particles is lower than that of BMI-PF6. This is considered to be due to the fact that some of the Ag-Ni binary metal particles have aggregated.

1 銀
2 ニッケル
3 ターゲット材料
4 イオン液体
5 ガラス基板
6 銀原子
7 ニッケル原子
8 二元金属粒子
9 触媒担体
10 排ガス浄化用触媒
1 Silver 2 Nickel 3 Target material 4 Ionic liquid 5 Glass substrate 6 Silver atom 7 Nickel atom 8 Binary metal particle 9 Catalyst carrier 10 Exhaust gas purification catalyst

Claims (15)

触媒担体に銀とニッケルからなりかつ0nm超100nm未満の平均粒径を有する二元金属粒子を複数担持してなることを特徴とする、排ガス浄化用触媒。   An exhaust gas purifying catalyst, comprising a catalyst carrier comprising a plurality of binary metal particles made of silver and nickel and having an average particle diameter of more than 0 nm and less than 100 nm. 前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が5原子%超90原子%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。   2. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1, wherein an average content of silver in the binary metal particles is more than 5 atomic% and not more than 90 atomic%. 前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が10原子%以上70原子%以下であることを特徴とする、請求項2に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to claim 2, wherein an average content of silver in the binary metal particles is 10 atomic% or more and 70 atomic% or less. 前記二元金属粒子中の銀の平均含有量が50原子%以上70原子%以下であることを特徴とする、請求項3に記載の排ガス浄化用触媒。   4. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 3, wherein an average content of silver in the binary metal particles is 50 atomic% or more and 70 atomic% or less. 前記二元金属粒子の平均粒径が0nm超20nm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter of the binary metal particles is more than 0 nm and not more than 20 nm. 前記二元金属粒子の平均粒径が0nm超10nm以下であることを特徴とする、請求項5に記載の排ガス浄化用触媒。   6. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 5, wherein the average particle size of the binary metal particles is more than 0 nm and not more than 10 nm. NOxを浄化するための触媒であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust gas-purifying catalyst is a catalyst for purifying NOx. 銀とニッケルを含有するターゲット材料をスパッタリングすることによりイオン液体中に銀とニッケルからなる二元金属粒子を堆積させる堆積工程、及び
得られた二元金属粒子を触媒担体に担持する担持工程
を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒を製造する方法。
Including a deposition step of depositing binary metal particles composed of silver and nickel in an ionic liquid by sputtering a target material containing silver and nickel, and a supporting step of supporting the obtained binary metal particles on a catalyst carrier The method for producing an exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 1 to 7, wherein
前記担持工程の後に前記排ガス浄化用触媒を酸化性雰囲気中300℃超800℃以下の温度において熱処理する焼成工程をさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, further comprising a calcination step of heat-treating the exhaust gas-purifying catalyst in an oxidizing atmosphere at a temperature of more than 300 ° C and not more than 800 ° C after the supporting step. 前記担持工程又は前記焼成工程の後に還元工程をさらに含むことを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法。   The method according to claim 8 or 9, further comprising a reduction step after the supporting step or the baking step. 前記ターゲット材料が、銀板とニッケル板を放射状に交互に配列した円板状材料であることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the target material is a disk-shaped material in which silver plates and nickel plates are alternately arranged in a radial pattern. 前記イオン液体が、脂肪族系イオン液体、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。   The ionic liquid according to any one of claims 8 to 11, wherein the ionic liquid is selected from the group consisting of an aliphatic ionic liquid, an imidazolium ionic liquid, a pyridinium ionic liquid, and a combination thereof. The method described. 前記脂肪族系イオン液体が、N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。   The aliphatic ionic liquid is N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide, N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N, N- Diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate, and them The method according to claim 12, wherein the method is selected from the group consisting of: 前記イミダゾリウム系イオン液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−メチル−イミダゾリウムクロライド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸塩、1−デシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。   The imidazolium-based ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium (L) -lactate, 1-ethyl. -3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoroline 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-butyl-3-methylimidazolium (L) -lactate, 1 -Hexyl-3-methylimidazolium bromide, 1-hexyl-3-methyl Imidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride, 1- Tetradecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-ethyl-2, 3- Methyl imidazolium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride Butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium bromide, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, 1-hexyl-2,3-dimethyl 13. The method of claim 12, wherein the method is selected from the group consisting of imidazolium trifluoroborate, 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate, and combinations thereof. 前記ピリジニウム系イオン液体が、1−エチルピリジニウムブロマイド、1−エチルピリジニウムクロライド、1−ブチルピリジニウムブロマイド、1−ブチルピリジニウムクロライド、1−ブチルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ブチルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、1−ヘキシルピリジニウムブロマイド、1−ヘキシルピリジニウムクロライド、1−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、1−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロホウ酸塩、1−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。   The pyridinium-based ionic liquid is 1-ethylpyridinium bromide, 1-ethylpyridinium chloride, 1-butylpyridinium bromide, 1-butylpyridinium chloride, 1-butylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butylpyridinium tetrafluoroborate 1-butylpyridinium trifluoromethanesulfonate, 1-hexylpyridinium bromide, 1-hexylpyridinium chloride, 1-hexylpyridinium hexafluorophosphate, 1-hexylpyridinium tetrafluoroborate, 1-hexylpyridinium trifluoromethanesulfone 13. The method of claim 12, wherein the method is selected from the group consisting of acid salts and combinations thereof.
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