JP2020168588A - Method for manufacturing carried bimetal alloy - Google Patents

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茂生 大山
Shigeo Oyama
茂生 大山
靖和 小林
Yasukazu Kobayashi
靖和 小林
敦 高垣
Atsushi Takagaki
敦 高垣
光男 尹
Gwang-nam YUN
光男 尹
ギャンプソン,アイザック・タイローン
Tyrone Ghampson Isaac
ヴァルギース,ヴィビン
Vargheese Vibin
正章 與座
Masaaki YOZA
正章 與座
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Abstract

To provide a simpler new synthesis method for manufacturing bimetal alloy carried on a carrier having a high surface area.SOLUTION: A method for manufacturing bimetal alloy carried on a carrier and represented by the formula of [MA]x[MB]1-x constituted of at least one kind of base metal (MA) and at least one kind of noble metal (MB) comprises the steps of: a) adding the base metal to a solution having carriers dispersed in a solvent; b) adding a reducer to reduce the base metal; and c) adding the noble metal to the solution to form bimetal alloy on the carrier.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、高表面積の担体上に担持されたバイメタル合金の製造方法に関する。当該バイメタル合金は、不均一反応における触媒や燃料電池における電極等の種々の用途に適用でき、特に、メタンの低温燃焼における触媒として有用である。 The present invention relates to a method for producing a bimetal alloy supported on a carrier having a high surface area. The bimetal alloy can be applied to various applications such as a catalyst in a heterogeneous reaction and an electrode in a fuel cell, and is particularly useful as a catalyst in low-temperature combustion of methane.

バイメタル合金は、2種(或いは、場合により2種以上)の異なる金属より形成される合金であり、それぞれの金属成分単独の特性とは異なる特性を示すことが知られている。特に、バイメタル合金は独特な触媒特性を有しており、かかる触媒特性は、近接した2つの異なる金属原子の存在によってもたらされる電子的および幾何学的構造の変化に関連していると考えられている。 Bimetal alloys are alloys formed from two (or, in some cases, two or more) different metals, and are known to exhibit properties different from the properties of each metal component alone. In particular, bimetal alloys have unique catalytic properties, which are believed to be related to changes in electronic and geometrical structures caused by the presence of two different metal atoms in close proximity. There is.

これまで、バイメタル合金の合成については、含浸法、析出沈殿法、コロイド析出法、イオン交換法、無電解析出法、ガルバニック置換還元法など、金属間の密接な相互作用を成し得るための種々の方法が研究されてきた(例えば、非特許文献1及び2)。しかしながら、以下に述べるように、これらの従来法には種々の欠点があった。 So far, regarding the synthesis of bimetal alloys, various methods such as impregnation method, precipitation precipitation method, colloidal precipitation method, ion exchange method, electroless precipitation method, galvanic substitution reduction method, etc. can be formed to form a close interaction between metals. Methods have been studied (eg, Non-Patent Documents 1 and 2). However, as described below, these conventional methods have various drawbacks.

含浸法は、溶解した金属前駆体を含有する溶液と担体とを接触させ、続いて蒸発によって溶媒を除去する手法である。この方法では、金属を同時または逐次的に添加するという比較的単純な工程であるため、担持型バイメタル合金の調製において最も一般的に用いられている方法である。また、含浸法は、金属同士を十分に混合した後に金属を還元するための水素中で熱処理を行うことを含む。しかしながら、組成の均一性や2つの金属間の相互作用を制御することができないため、単一相の合金を得ることが難しい。 The impregnation method is a method in which a solution containing a dissolved metal precursor is brought into contact with a carrier, and then the solvent is removed by evaporation. This method is the most commonly used method in the preparation of supported bimetal alloys because it is a relatively simple step of adding metals simultaneously or sequentially. The impregnation method also includes performing heat treatment in hydrogen to reduce the metals after the metals are sufficiently mixed. However, it is difficult to obtain a single-phase alloy because the compositional uniformity and the interaction between the two metals cannot be controlled.

一方、析出沈殿法は、可溶性金属前駆体を不溶性形態に変換するために沈殿剤を使用することによって担体上に金属化合物を担持させるという手法である。しかしながら、この方法では、(溶液中ではなく)担体上に2つの異なる金属種を確実に同時沈殿させるためには、溶液のpHや前駆体の濃度を厳密に制御する必要がある。さらに、沈殿剤を除去するために追加の工程も必要となる。 On the other hand, the precipitation-precipitation method is a method of supporting a metal compound on a carrier by using a precipitation agent in order to convert a soluble metal precursor into an insoluble form. However, this method requires strict control of the pH of the solution and the concentration of precursors to ensure co-precipitation of two different metal species on the carrier (not in solution). In addition, additional steps are required to remove the precipitant.

コロイド析出法は、癒着を防止するための保護ポリマーの存在下で、可溶性金属前駆体を逐次的または同時に還元することで、水系又は有機溶媒中に均一な組成及びサイズのバイメタル粒子を含むコロイドを形成させる工程を含む。その後、コロイドを担体上に沈殿させることにより、担持触媒を得る手法である。しかしながら、コロイド析出法の1つの欠点は、用いられる保護ポリマーを分解するためにO及び/又はH中で高温処理する必要があり、これにより焼結を招く可能性があることである。 The colloidal precipitation method produces colloids containing bimetal particles of uniform composition and size in an aqueous or organic solvent by reducing the soluble metal precursor sequentially or simultaneously in the presence of a protective polymer to prevent adhesion. Including the step of forming. Then, the colloid is precipitated on the carrier to obtain a supported catalyst. However, one drawback of the colloidal precipitation method is that it requires high temperature treatment in O 2 and / or H 2 to decompose the protective polymer used, which can lead to sintering.

イオン交換法は、担体と強く相互作用する金属前駆体を用いる必要があり、そのため、担体上の官能基(数および特性)や含浸溶液の特性(pH、濃度および金属化合物の種類)が制限される。近年、広い組成範囲において高度に分散され、十分に合金化されたシリカ担持バイメタルナノ粒子の合成方法が報告されている(非特許文献3)。この方法は、静電相互作用を増強するために、シリカのゼロ電荷点(PZC)に対して金属アミン錯体前駆体溶液のpHを調整することを特徴とする。しかしながら、この方法は、広範囲のpH領域において溶液中で加水分解及び沈殿しない錯体を用いる場合に限定されるうえ、一回の合成サイクルに適用できる全金属担持量が数重量%に制限されるという欠点がある。特に、この金属担持量は、含浸法や析出沈殿法の場合より低い値である。 The ion exchange method requires the use of metal precursors that interact strongly with the carrier, which limits the functional groups (number and properties) on the carrier and the properties of the impregnated solution (pH, concentration and type of metal compound). To. In recent years, a method for synthesizing highly dispersed and fully alloyed silica-supported bimetal nanoparticles over a wide composition range has been reported (Non-Patent Document 3). The method is characterized in that the pH of the metal amine complex precursor solution is adjusted relative to the zero charge point (PZC) of silica to enhance electrostatic interaction. However, this method is limited to the use of complexes that do not hydrolyze and precipitate in solution over a wide range of pH ranges, and the total metal support that can be applied to a single synthesis cycle is limited to a few percent by weight. There are drawbacks. In particular, the amount of metal supported is lower than that of the impregnation method and the precipitation-precipitation method.

無電解析出(ED:electroless deposition)法は、活性化された担持第1金属の表面上に、電気化学的還元によって第2金属塩を選択的に析出させる手法である。かかる手法については、無電解浴を用いて、還元剤の使用と浴温およびpHを制御することで、バイメタル表面を持つ触媒を合成でき、2つの金属間に強い表面相互作用を持つバイメタルのコア-シェル構造が形成されることが報告されている(非特許文献4等)。しかしながら、ED法では、無電解浴中で安定した前駆体錯体が使用されない限り、金属析出の際に、望ましくない単金属粒子の核形成も同時に起こり得る。 The electroless deposition (ED) method is a method for selectively precipitating a second metal salt on the surface of an activated supporting first metal by electrochemical reduction. For this technique, an electroless bath can be used to synthesize a catalyst with a bimetal surface by using a reducing agent and controlling the bath temperature and pH, and a bimetal core with a strong surface interaction between the two metals. -It has been reported that a shell structure is formed (Non-Patent Document 4 etc.). However, in the ED method, undesired nucleation of monometal particles can occur at the same time as metal precipitation unless a stable precursor complex is used in an electroless bath.

ガルバニック置換還元(GDR:galvanic displacement−reduction)法は、コロイド法と電気化学的原理に基づく方法であり、上記ED法における固有の問題を克服する手法である。2種類の金属成分の標準還元電位の差を利用してバイメタル混合を達成することにより、PdAu等のバイメタル化合物を合成できることが報告されている(非特許文献5等)。GDR法では、適切な液相還元剤及び保護ポリマーの存在下において、2種類の金属のうち、より貴金属な金属が還元される。しかしながら、GDR法では、保護ポリマーを用いることが必須であり、また、反応終了後に保護ポリマーを分解するための処理を行う必要がある。また、用いることができる還元剤が、エタノール又はエチレングリコールに限定される。 The galvanic displacement-reduction (GDR) method is a method based on a colloidal method and an electrochemical principle, and is a method for overcoming the problems inherent in the ED method. It has been reported that a bimetal compound such as PdAu can be synthesized by achieving a bimetal mixture by utilizing the difference in standard reduction potentials of two types of metal components (Non-Patent Document 5 and the like). In the GDR method, the more noble metal of the two metals is reduced in the presence of a suitable liquid phase reducing agent and protective polymer. However, in the GDR method, it is essential to use a protective polymer, and it is necessary to carry out a treatment for decomposing the protective polymer after the reaction is completed. Further, the reducing agent that can be used is limited to ethanol or ethylene glycol.

M.B. Gawandeら, Chem. Rev. 116 (2016) 3722-3811M.B. Gawande et al., Chem. Rev. 116 (2016) 3722-3811 J.A. Schwarzら, Chem. Rev. 95 (1995) 477-510J.A. Schwarz et al., Chem. Rev. 95 (1995) 477-510 A. Wongら, Science 358 (2017) 1427-1430.A. Wong et al., Science 358 (2017) 1427-1430. W. Diaoら, ACS Catal. 5 (2015) 5123-5134W. Diao et al., ACS Catal. 5 (2015) 5123-5134 S. Kunzら, J. Phys. Chem. C 118 (2014) 7468-7479S. Kunz et al., J. Phys. Chem. C 118 (2014) 7468-7479

卑金属と貴金属により形成されるバイメタル合金は、不均一触媒および電極触媒等の用途等に好適であるが、かかる金属の組み合わせによりバイメタル合金は、金属の一部が結合していない純粋な金属粒子を形成するため、上述したような従来の手法では合成が困難であった。そこで、本発明は、炭化水素の酸化反応等における触媒として好適なバイメタル合金、特に、高表面積の支持体上に担持されたバイメタル合金を製造するための、より簡便な新規合成方法を提供することを課題とするものである。 A bimetal alloy formed of a base metal and a noble metal is suitable for applications such as non-uniform catalysts and electrode catalysts, but due to the combination of such metals, the bimetal alloy can produce pure metal particles in which a part of the metal is not bonded. Since it is formed, it is difficult to synthesize it by the conventional method as described above. Therefore, the present invention provides a simpler novel synthesis method for producing a bimetal alloy suitable as a catalyst in an oxidation reaction of hydrocarbons or the like, particularly a bimetal alloy supported on a support having a high surface area. Is the subject.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、合金を構成する金属間の電気化学ポテンシャル間の差に着目し、電気化学的相互作用を用いることで、相純粋(phase−pure)なバイメタル合金を簡便かつ効率的に合成可能な新規手法としてレドックス堆積合成法(RD法:redox deposition method)を見出し、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明は、まず担体上で卑金属を還元し、次いで、貴金属を還元された卑金属に添加することによって電気化学的相互作用が生じ、それによって卑金属が電気化学ポテンシャルの差に起因して貴金属を還元することによってバイメタル合金を得ることを特徴とする。また、当該製造方法によって得られるバイメタル合金が、炭化水素の酸化反応(低温燃焼)における触媒として有用であることも見出した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have focused on the difference between the electrochemical potentials of the metals constituting the alloy, and by using the electrochemical interaction, phase purity (phase). A redox deposition synthesis method (RD method: redox peptide method) has been found as a novel method capable of synthesizing a −pur) bimetal alloy easily and efficiently, and the present invention has been completed. That is, in the present invention, the base metal is first reduced on the carrier, and then the noble metal is added to the reduced base metal to cause an electrochemical interaction, whereby the base metal is caused by the difference in electrochemical potential. It is characterized in that a bimetal alloy is obtained by reducing. It was also found that the bimetal alloy obtained by the production method is useful as a catalyst in the oxidation reaction (low temperature combustion) of hydrocarbons.

本発明は、一態様において、
<1>担体上に担持されたバイメタル合金の製造方法であって、
前記バイメタル合金は、少なくとも1種の卑金属(M)及び少なくとも1種の貴金属(M)より構成される[M[M1-xの式で表される合金であり、以下の工程:a)担体を溶媒中に分散させた溶液に、卑金属を添加する工程;b)還元剤を添加し前記卑金属を還元する工程;及びc)貴金属を溶液に添加し、担体上にバイメタル合金を形成させる工程を含む、製造方法
を提供するものである。
The present invention, in one aspect,
<1> A method for producing a bimetal alloy supported on a carrier.
The bimetallic alloy is at least one base metal (M A) and at least one noble metal (M B) from the configured [M A] x [M B ] alloy represented by the formula 1-x, The following steps: a) adding a base metal to a solution in which the carrier is dispersed in a solvent; b) adding a reducing agent to reduce the base metal; and c) adding a noble metal to the solution and placing it on the carrier. It provides a manufacturing method including a step of forming a bimetal alloy.

好ましい態様において、本発明は、
<2>以下の工程d):d)前記工程c)で得られた担持バイメタル合金を溶液から分離する工程をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
<3>前記工程c)において、さらに還元剤を添加することを含む、上記<1>又は<2>に記載の製造方法;
<4>前記工程a)〜c)が単一のポット、コンテナ、容器又は反応器中で行われる、上記<1>〜<3>のいずれか1に記載の製造方法;
<5>前記卑金属(M)が、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、上記<1>〜<4>のいずれか1に記載の製造方法;
<6>前記貴金属(M)が、Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、上記<1>〜<5>のいずれか1に記載の製造方法;
<7>前記卑金属(M)がNi又はCuであり、前記貴金属(M)がPtである、上記<1>〜<6>のいずれか1に記載の製造方法;
<8>前記[M[M1 - xにおいて、xが0.01〜0.99の範囲である、上記<1>〜<7>のいずれか1に記載の製造方法;
<9>前記[M[M1 - xにおいて、xが0.10〜0.90の範囲である、上記<8>に記載の製造方法;
<10>前記卑金属(M)と前記貴金属(M)の総還元電位(ΔE Total)が0Vより大きい、上記<1>〜<9>のいずれか1に記載の製造方法;
<11>前記担体上のバイメタル合金の担持量が、0.1〜80重量%である、上記<1>〜<10>のいずれか1に記載の製造方法;
<12>前記担体上のバイメタル合金の担持量が、1〜20重量%である、上記<11>に記載の製造方法;
<13>前記担体が、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、トリア、イットリア、セリア、ジルコニア、カーボン、カーボンナノチューブ、マグネシア、カオリン、ベントナイト、珪藻土、シリカライト、ゼオライト、それらの任意の組み合わせよりなる群から選択される材料である、上記<1>〜<12>のいずれか1に記載の製造方法;
<14>前記担体が、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、シリカ−マグネシア、及びシリカ−ジルコニアよりなる群から選択されるシリカ含有材料である、上記<1>〜<13>のいずれか1に記載の製造方法;
<15>前記シリカ又はシリカ含有材料が、火炎加水分解、ゾル−ゲル法、沈殿、又は縮合によって調製される、上記<13>又は<14>に記載の製造方法;
<16>前記溶媒が、水、アルコール、エーテル、エステル、フラン、ラクトン、アミド、トルエン、キシレン、スルホラン、オキサラン、N、N‐ジメチルホルムアミド、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、上記<1>〜<15>のいずれか1に記載の製造方法;
<17>前記還元剤が、水素、一酸化炭素、ヒドラジン、水素化アルミニウムリチウム、又は水素化ホウ素ナトリウムである、上記<1>〜<16>のいずれか1に記載の製造方法;
<18>前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウムである、上記<17>に記載の製造方法;及び
<19>前記工程d)における分離が、ろ過又は遠心分離を用いて行われる、上記<1>〜<18>のいずれか1に記載の製造方法
を提供するものである。
In a preferred embodiment, the present invention
<2> The production method according to claim 1, further comprising the following steps d): d) the step of separating the supported bimetal alloy obtained in the step c) from the solution.
<3> The production method according to <1> or <2> above, which comprises adding a reducing agent in the step c).
<4> The production method according to any one of <1> to <3>, wherein the steps a) to c) are performed in a single pot, container, container or reactor;
<5> the base metal (M A) is, Sc, Ti, V, Cr , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, and The production method according to any one of <1> to <4>, which is selected from the group consisting of any combination thereof;
<6> The noble metal (M B) is, Tc, Ru, Rh, Pd , Ag, Os, Ir, Pt, are selected from Au and the group consisting of any combination thereof, the <1> to <5> The manufacturing method according to any one of
<7> is the base metal (M A) is Ni or Cu, the precious metal (M B) is Pt, the production method according to any one of the above <1> to <6>;
<8> The [M A] x [M B ] 1 - In x, x is in the range of 0.01 to 0.99, The method according to any one of the above <1> to <7>;
<9> The [M A] x [M B ] 1 - In x, x is in the range of 0.10 to 0.90, The method according to the <8>;
<10> The method according to any one of the base metal total reduction potential (ΔE o Total) is greater than 0V of (M A) and the noble metal (M B), the <1> to <9>;
<11> The production method according to any one of <1> to <10> above, wherein the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 0.1 to 80% by weight;
<12> The production method according to <11> above, wherein the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 1 to 20% by weight;
<13> A group in which the carrier consists of silica, alumina, titania, zinc oxide, tria, itria, ceria, zirconia, carbon, carbon nanotubes, magnesia, kaolin, bentonite, diatomaceous earth, silicalite, zeolite, and any combination thereof. The production method according to any one of <1> to <12> above, which is a material selected from the above;
<14> The above-mentioned <1> to <13>, wherein the carrier is a silica-containing material selected from the group consisting of silica-alumina, silica-titania, silica-magnesia, and silica-zirconia. Manufacturing method;
<15> The production method according to <13> or <14> above, wherein the silica or silica-containing material is prepared by flame hydrolysis, sol-gel method, precipitation, or condensation;
<16> The solvent is selected from the group consisting of water, alcohol, ether, ester, furano, lactone, amide, toluene, xylene, sulfolane, oxalan, N, N-dimethylformamide, and any combination thereof. The production method according to any one of <1> to <15>above;
<17> The production method according to any one of <1> to <16> above, wherein the reducing agent is hydrogen, carbon monoxide, hydrazine, lithium aluminum hydride, or sodium borohydride;
<18> The production method according to <17> above, wherein the reducing agent is sodium borohydride; and <19> Separation in step d) is performed using filtration or centrifugation. > To <18> according to any one of the above.

また、別の態様において、本発明は、
<20>炭化水素を酸化する方法であって、酸素を含む雰囲気下で、前記炭化水素を担体上に担持されたバイメタル合金触媒に接触させる工程を含み;前記バイメタル合金が、少なくとも1種の卑金属(M)及び少なくとも1種の貴金属(M)より構成される[M[M1 - xの式で表される合金であり;前記卑金属(M)が、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択され;前記貴金属(M)が、Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択され;及び前記担体が、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、トリア、イットリア、セリア、ジルコニア、カーボン、カーボンナノチューブ、マグネシア、カオリン、ベントナイト、珪藻土、シリカライト、ゼオライト、それらの任意の組み合わせよりなる群から選択される材料である、ことを特徴とする、方法;及び
<21>前記炭化水素が、メタンである、上記<20>に記載の方法
にも関する。
Moreover, in another aspect, the present invention
<20> A method of oxidizing a hydrocarbon, which comprises contacting the hydrocarbon with a bimetal alloy catalyst supported on a carrier in an oxygen-containing atmosphere; the bimetal alloy comprises at least one base metal. (M a) and composed of at least one noble metal (M B) [M a] x [M B] 1 - Yes an alloy represented by the formula of x; the base metal (M a) is, Sc, Selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, and any combination thereof; noble metal (M B) is, Tc, Ru, Rh, Pd , Ag, Os, Ir, Pt, selected from Au and the group consisting of any combination thereof; and wherein said carrier, silica, alumina, titania, zinc oxide , Tria, Itria, Celia, Zirconia, Carbon, Carbon Nanotubes, Magnesia, Kaolin, Bentnite, Silica Soil, Silicalite, Zeolite, Materials selected from the group consisting of any combination thereof. And <21> also according to the method according to <20> above, wherein the hydrocarbon is methane.

本発明の製造方法によれば、卑金属と貴金属とからなる相純粋(phase−pure)なバイメタル合金を、ワンポット合成により簡便かつ効率的に合成することができる。また、当該方法により得られるバイメタル合金は、不均一触媒および電極触媒等の用途において用いることができ、特に、メタン等の炭化水素の酸化反応(低温燃焼)における触媒として好適に用いることができる。 According to the production method of the present invention, a phase-pure bimetal alloy composed of a base metal and a noble metal can be easily and efficiently synthesized by one-pot synthesis. In addition, the bimetal alloy obtained by this method can be used in applications such as heterogeneous catalysts and electrode catalysts, and can be particularly preferably used as a catalyst in the oxidation reaction (low temperature combustion) of hydrocarbons such as methane.

図1は、本発明の製造方法の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of the manufacturing method of the present invention. 図2は、本発明の製造方法のおけるワンポット合成の手順を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a procedure for one-pot synthesis in the production method of the present invention. 図3は、本発明の製造方法によって合成されたシリカ担持バイメタル触媒(実施例1−1及び実施例1−2)の粉末XRDパターンを示すグラフである。(a)調製時及び(c)還元時のNi含有資料;(b)調製時及び(d)還元時のCu含有試料である (2θ:37.5〜50°、ステップサイズ:0.02、走査速度:0.1ステップ/秒)。FIG. 3 is a graph showing powder XRD patterns of silica-supported bimetal catalysts (Examples 1-1 and 1-2) synthesized by the production method of the present invention. Ni-containing material at the time of (a) preparation and (c) reduction; (b) Cu-containing sample at the time of preparation and (d) reduction (2θ: 37.5-50 °, step size: 0.02, Scanning speed: 0.1 step / sec). 図4は、本発明の製造方法によって合成されたシリカ担持バイメタル触媒(実施例1−3及び実施例1−4)の粉末XRDパターンを示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a powder XRD pattern of silica-supported bimetal catalysts (Examples 1-3 and 1-4) synthesized by the production method of the present invention. 図5は、本発明の製造方法によって合成されたシリカ担持バイメタル触媒(実施例1−5及び実施例1−6)の粉末XRDパターンを示すグラフである(2θ:37.5−50°、ステップサイズ:0.02、走査速度:0.1ステップ/秒))。FIG. 5 is a graph showing a powder XRD pattern of silica-supported bimetal catalysts (Examples 1-5 and 1-6) synthesized by the production method of the present invention (2θ: 37.5-50 °, step. Size: 0.02, scanning speed: 0.1 steps / sec)). 図6は、本発明の製造方法によって合成されたシリカ担持バイメタル触媒(実施例1−7及び実施例1−8)の粉末XRDパターンを示すグラフである(2θ:10−80°、ステップサイズ:0.05、走査速度:2.0ステップ/秒)。FIG. 6 is a graph showing a powder XRD pattern of silica-supported bimetal catalysts (Examples 1-7 and 1-8) synthesized by the production method of the present invention (2θ: 10-80 °, step size: 0.05, scanning speed: 2.0 steps / sec). 図7は、本発明の製造方法によって合成されたシリカ担持NiPt試料(実施例4)についての(a)調製時及び(b)還元時における粉末XRDパターンを示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a powder XRD pattern at the time of (a) preparation and (b) reduction of a silica-supported NiPt sample (Example 4) synthesized by the production method of the present invention. 図8は、本発明の製造方法及び初期湿潤(IW)含浸法(比較例7)によって合成したバイメタル合金についての粉末XRDパターンの比較を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a comparison of powder XRD patterns for bimetal alloys synthesized by the production method of the present invention and the initial wet (IW) impregnation method (Comparative Example 7).

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The scope of the present invention is not limited to these explanations, and other than the following examples, the scope of the present invention can be appropriately modified and implemented without impairing the gist of the present invention.

1.バイメタル合金の製造方法
本発明の製造方法は、合金を構成する金属間の電気化学ポテンシャル間の差に着目し、電気化学的相互作用を用いることで、担体上に担持された、卑金属と貴金属とからなるバイメタル合金を簡便かつ効率的に合成する新規な手法である(本件明細書中では、これをレドックス堆積合成法(RD法:redox deposition method)と呼ぶ場合がある。)。
1. 1. Method for producing bimetal alloy The production method of the present invention focuses on the difference between the electrochemical potentials of the metals constituting the alloy, and uses an electrochemical interaction to obtain a base metal and a noble metal supported on the carrier. This is a novel method for synthesizing a bimetal alloy composed of a simple and efficient method (in the present specification, this may be referred to as a redox deposition synthesis method (RD method: redox peptide method)).

本発明の製造方法は、以下の工程a)〜c)を含むことを特徴とする。
a)担体を溶媒中に分散させた溶液に、卑金属を添加する工程;
b)還元剤を添加し前記卑金属を還元する工程;
c)貴金属を溶液に添加し、担体上にバイメタル合金を形成させる工程
The production method of the present invention is characterized by including the following steps a) to c).
a) A step of adding a base metal to a solution in which a carrier is dispersed in a solvent;
b) A step of adding a reducing agent to reduce the base metal;
c) Step of adding noble metal to solution to form bimetal alloy on carrier

ここで、工程c)の後に、当該工程c)で得られた担持バイメタル合金を分離・回収して用いる場合には、担持バイメタル合金を反応溶液から分離する工程をさらに行ってもよい。すなわち、本発明の好ましい態様は、以下の工程d):
d)前記工程c)で得られた担持バイメタル合金を溶液から分離する工程
をさらに含むことができる。ただし、工程c)で担持バイメタル合金を形成させた後、そのまま特定の反応における触媒として用いる場合には、工程d)を行うことは必須ではない。
Here, when the supported bimetal alloy obtained in the step c) is separated and recovered and used after the step c), a step of separating the supported bimetal alloy from the reaction solution may be further performed. That is, a preferred embodiment of the present invention is the following step d) :.
d) The step of separating the supported bimetal alloy obtained in the step c) from the solution can be further included. However, when the supported bimetal alloy is formed in step c) and then used as it is as a catalyst in a specific reaction, it is not essential to carry out step d).

図1は、本発明の製造方法の概略図である。図1に示すように、まず担体上で卑金属を還元し(図1(a))、次いで、還元された卑金属に貴金属を添加することによって電気化学的相互作用が生じ(図1(b))、それによって電気化学ポテンシャルの差に起因して卑金属が貴金属を還元すること(言い換えれば、卑金属が酸化されて金属イオンとなること)によってバイメタル合金が得られる(図1(c))。そして、得られたバイメタル合金を担持した担体を溶液から分離して回収することで、担持バイメタル合金を得ることができる。 FIG. 1 is a schematic view of the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 1, the base metal is first reduced on the carrier (FIG. 1 (a)), and then the noble metal is added to the reduced base metal to cause an electrochemical interaction (FIG. 1 (b)). A bimetal alloy is obtained by reducing the noble metal by the base metal due to the difference in electrochemical potential (in other words, the base metal is oxidized to a metal ion) (FIG. 1 (c)). Then, the supported bimetal alloy can be obtained by separating the carrier supporting the obtained bimetal alloy from the solution and recovering it.

本発明で得られるバイメタル合金は、少なくとも1種の卑金属(M)及び少なくとも1種の貴金属(M)より構成される[M[M1 - xの式で表される。 Bimetallic alloy obtained in the present invention, at least one base metal (M A) and composed of at least one noble metal (M B) [M A] x [M B] 1 - Formula of x ..

ここで、本明細書中において、卑金属(M)は、貴金属(M)よりも低い標準還元電位(E )を有する。卑金属(M)は、典型的には、+0.4V未満、好ましくは負の標準還元電位を有し、貴金属(M)は、典型的には、正の標準還元電位、好ましくは+0.4v以上の標準還元電位を有する。別の観点から、卑金属(M)と前記貴金属(M)の総還元電位(ΔE Total)が0Vより大きいことが好ましい。 Here, in this specification, base metal (M A) has a noble metal (M B) lower standard reduction potential than (E o M). Base metal (M A) is typically less than + 0.4V, preferably having a negative standard reduction potential, the noble metal (M B) is typically positive standard reduction potentials, preferably +0. It has a standard reduction potential of 4v or higher. From another perspective, a base metal (M A) and the total reduction potential of the noble metal (M B) (ΔE o Total ) is preferably larger than 0V.

表1に、遷移金属の電気化学的性質を標準還元電位(E )として示している。表中の標準還元電位は、標準水素電極に対する値である。還元電位がマイナスになればなるほど、強い還元力を有することを意味している。例えば、E が−2.37Vであるイットリウム(Y)は、他の元素を還元できることが分かる。網掛けで示している貴金属(Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au)は、いずれも正の還元電位を有しており、卑金属元素により還元され得ることを示している。
Table 1 shows the electrochemical properties of transition metals as standard reduction potentials (E o M ). The standard reduction potential in the table is a value with respect to the standard hydrogen electrode. The more negative the reduction potential is, the stronger the reducing power is. For example, it can be seen that yttrium (Y), which has an E o M of -2.37 V, can reduce other elements. It is shown that the noble metals (Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au) shown in shading all have a positive reduction potential and can be reduced by base metal elements. There is.

本発明において、卑金属(M)は、好ましくは、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される遷移金属である。より好ましくは、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される。さらに好ましくは、Fe、Co、Ni、Cu、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される。最も好ましくは、Ni、Cu、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される。 In the present invention, a base metal (M A) is preferably, Sc, Ti, V, Cr , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, A transition metal selected from the group consisting of Re and any combination thereof. More preferably, it is selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and any combination thereof. More preferably, it is selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, and any combination thereof. Most preferably, it is selected from the group consisting of Ni, Cu, and any combination thereof.

本発明において、貴金属(M)は、好ましくは、Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される遷移金属である。より好ましくは、Rh、Pd、Ir、 Pt、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される。さらに好ましくは、Pd、Pt、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される。最も好ましくは、貴金属(M)は、Ptである。 In the present invention, the noble metal (M B) is preferably a transition metal selected Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au, and the group consisting of any combination thereof. More preferably, it is selected from the group consisting of Rh, Pd, Ir, Pt, and any combination thereof. More preferably, it is selected from the group consisting of Pd, Pt, and any combination thereof. Most preferably, the noble metal (M B) is Pt.

上述のように、本発明で得られるバイメタル合金は、[M[M1 - xの式で表されるが、好ましくは、当該式においてxが0.01〜0.99の範囲である。より好ましくは、xが0.05〜0.95の範囲である。さらに好ましくは、xが0.10〜0.90の範囲である。かかる範囲内とすることでバイメタル合金の触媒活性を制御することができる。 As described above, the bimetal alloy obtained by the present invention, [M A] x [M B] 1 - is represented by the formula x, preferably, in the formula x is 0.01 to 0.99 The range. More preferably, x is in the range of 0.05 to 0.95. More preferably, x is in the range of 0.10 to 0.90. Within such a range, the catalytic activity of the bimetal alloy can be controlled.

また、本発明で得られる担持バイメタル合金は、好ましくは、担体上のバイメタル合金の担持量が0.1〜80重量%である。より好ましくは、担体上のバイメタル合金の担持量が、0.5〜40重量%である。さらに好ましくは、担体上のバイメタル合金の担持量が、1〜20重量%である。かかる範囲内とすることで触媒活性と溶液中での分散性のバランスを調整することができる。 The supported bimetal alloy obtained in the present invention preferably has a supported amount of the bimetal alloy on the carrier of 0.1 to 80% by weight. More preferably, the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 0.5 to 40% by weight. More preferably, the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 1 to 20% by weight. Within this range, the balance between catalytic activity and dispersibility in the solution can be adjusted.

担体上に担持されるバイメタル合金は、粒子又は表面相の形態であることができる。例えば、バイメタル合金が粒子である場合、0.5nm〜5μmの粒子サイズを有することができる。このように担体上に担持することにより、担体表面上に合金が効率的に分散され、バルク形態の合金と比較して表面性を増加させることができ、より優れた触媒性能を提供することが可能となる。 The bimetal alloy supported on the carrier can be in the form of particles or surface phases. For example, when the bimetal alloy is a particle, it can have a particle size of 0.5 nm to 5 μm. By supporting the alloy on the carrier in this way, the alloy can be efficiently dispersed on the surface of the carrier, the surface property can be increased as compared with the alloy in bulk form, and better catalytic performance can be provided. It will be possible.

本発明の工程a)は、担体を含む溶液中に卑金属を添加して、担体上に卑金属を堆積させるものである。用いられる担体は、好ましくは、高表面積を有する材料であり、ここで「高表面積」とは、典型的には、10m/g、好ましくは20m/g以上の表面積を意味する。かかる担体の具体例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、トリア、イットリア、セリア、ジルコニア、カーボン、カーボンナノチューブ、マグネシア、カオリン、ベントナイト、珪藻土、シリカライト、ゼオライト、それらの任意の組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 In step a) of the present invention, a base metal is added to a solution containing a carrier to deposit the base metal on the carrier. The carrier used is preferably a material having a high surface area, where "high surface area" typically means a surface area of 10 m 2 / g, preferably 20 m 2 / g or more. Specific examples of such carriers include silica, alumina, titania, zinc oxide, tria, itria, ceria, zirconia, carbon, carbon nanotubes, magnesia, kaolin, bentonite, diatomaceous earth, silicalite, zeolite, and any combination thereof. It can, but is not limited to these.

好ましくは、担体は、シリカ含有材料であることができ、かかるシリカ含有材料の例としては、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、シリカ−マグネシア、又はシリカ−ジルコニアを挙げることができる。また、シリカ又はシリカ含有材料は、火炎加水分解、ゾル−ゲル法、沈殿、又は縮合によって調製された材料であることができる。 Preferably, the carrier can be a silica-containing material, and examples of such silica-containing materials include silica-alumina, silica-titania, silica-magnesia, or silica-zirconia. Further, the silica or silica-containing material can be a material prepared by flame hydrolysis, sol-gel method, precipitation, or condensation.

工程a)で用いられる溶媒は、水、アルコール、エーテル、エステル、フラン、ラクトン、アミド、トルエン、キシレン、スルホラン、オキサラン、N、N-ジメチルホルムアミド、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される溶媒であることができるが、これらに限定されるものではない。 The solvent used in step a) is selected from the group consisting of water, alcohol, ether, ester, furano, lactone, amide, toluene, xylene, sulfolane, oxalan, N, N-dimethylformamide, and any combination thereof. The solvent can be, but is not limited to.

本発明の工程b)は、工程a)で担体に担持された卑金属を含む溶液に還元剤を添加し、卑金属を還元する工程である。工程b)で用いられる還元剤は、水素、一酸化炭素又はそれらの任意の組み合わせなどの気相還元剤:或いは、ヒドラジン、水素化アルミニウムリチウム、又は水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)などの液相還元剤を用いることができるが、その他当該技術分野で公知の還元剤を用いることもできる。還元剤は、好ましくは、ヒドラジン、水素化アルミニウムリチウム、又は水素化ホウ素ナトリウムであり、より好ましくは、水素化ホウ素ナトリウムである。 The step b) of the present invention is a step of adding a reducing agent to the solution containing the base metal supported on the carrier in the step a) to reduce the base metal. The reducing agent used in step b) is a vapor phase reducing agent such as hydrogen, carbon monoxide or any combination thereof: or a liquid phase such as hydrazine, lithium aluminum hydride, or sodium borohydride (NaBH 4 ). A reducing agent can be used, but other reducing agents known in the art can also be used. The reducing agent is preferably hydrazine, lithium aluminum hydride, or sodium borohydride, and more preferably sodium borohydride.

本発明の工程c)は、工程b)で還元された担持卑金属を含む溶液に、貴金属を添加する工程である。上述のように、電気化学ポテンシャルの差に起因して、卑金属が貴金属を還元する反応が生じ、バイメタル合金が形成される。一態様において、工程c)において、さらに還元剤を添加してもよい。当該還元剤は、上記工程b)で挙げてものと同様である。 Step c) of the present invention is a step of adding a noble metal to the solution containing the supported base metal reduced in step b). As described above, due to the difference in electrochemical potential, a reaction in which a base metal reduces a noble metal occurs, and a bimetal alloy is formed. In one aspect, a reducing agent may be further added in step c). The reducing agent is the same as that mentioned in step b) above.

本発明の工程d)は、得られた担持バイメタル合金を分離・回収する工程であり、上述のように所望の場合に行い得る任意の工程である。当該分離操作は、ろ過又は遠心分離を用いて行うことができる。残存した溶媒を除去するため、回収された担持バイメタル合金を乾燥させる処理を行ってもよい。 The step d) of the present invention is a step of separating and recovering the obtained supported bimetal alloy, and is an arbitrary step that can be performed when desired as described above. The separation operation can be performed using filtration or centrifugation. In order to remove the residual solvent, the recovered supported bimetal alloy may be dried.

工程a)及びc)で添加される金属は、アンモニウム塩、塩化物、硝酸塩、水酸化物、カルボニル、アセチルアセトネート、ヘテロポリ化合物などの形態であることができる。これらの金属塩を溶解させた溶液の形態で金属を添加することができ、その際の濃度は、特に限定はされず適宜選択することができる。 The metal added in steps a) and c) can be in the form of ammonium salts, chlorides, nitrates, hydroxides, carbonyls, acetylacetonates, heteropoly compounds and the like. The metal can be added in the form of a solution in which these metal salts are dissolved, and the concentration at that time is not particularly limited and can be appropriately selected.

この方法には多数の変形例があることは当業者には明らかであろう。複数の含浸工程を行うことが可能であり、その場合、1種以上の成分前駆体を含有する溶液を含浸することができる。また、溶液中に支持体を浸漬する代わりに、含浸、浸漬、または噴霧方法を使用することも可能である。同様に、触媒を分離し、乾燥し、及び再還元する手法についても、種々の変形例があり得る。 It will be apparent to those skilled in the art that there are numerous variations of this method. A plurality of impregnation steps can be performed, in which case a solution containing one or more component precursors can be impregnated. It is also possible to use impregnation, dipping, or spraying methods instead of immersing the support in the solution. Similarly, there may be various variations on the method of separating, drying and redistributing the catalyst.

また、当業者には明らかなように、本発明の方法により得られるバイメタル合金は、3つ以上の金属成分よりなる合金とすることもできるし、或いは、1つ以上の添加剤を含有するものとすることもできる。例えば、触媒の活性や選択性、安定性等を向上されるための促進剤が当該技術分野において公知であり、かかる促進剤を添加することもできる。例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物、ならびにホウ素、炭素、窒素、アルミニウム、硫黄、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、スズ、アンチモン、ビスマス、セレン、そしてテルルなどの元素を含む化合物を挙げることができる。 Further, as will be apparent to those skilled in the art, the bimetal alloy obtained by the method of the present invention may be an alloy composed of three or more metal components, or may contain one or more additives. It can also be. For example, an accelerator for improving the activity, selectivity, stability, etc. of the catalyst is known in the art, and such an accelerator can be added. Examples include alkali metals, alkaline earth metals, halides, and compounds containing elements such as boron, carbon, nitrogen, aluminum, sulfur, gallium, germanium, arsenic, tin, antimony, bismuth, selenium, and tellurium. it can.

2.本発明の製造方法の反応機構及び具体的手順例
本発明の製造方法は、また、単一の容器中で、いわゆるワンポットで合成できるという利点も有する。
2. Reaction mechanism and specific procedure example of the production method of the present invention The production method of the present invention also has an advantage that it can be synthesized in a so-called one-pot in a single container.

本発明の製造方法によるワンポット合成における非限定的な手順例を図2に示す。まず、蒸留水や脱イオン水を含む反応容器中に、担体としてシリカ(SiO)を懸濁させる(図2(1))。続いて、卑金属の前駆体(例えば、NiCl・6HOやCuCl・2HO)の水溶液を添加し、解離した卑金属イオン(Ni2+またはCu2+)の供給源を提供する(図2(2))。次いで、化学量論量の還元剤(例えば、NaBH)をAr雰囲気下で溶液中に添加する。これにより、その一部がシリカに付着した卑金属粒子(NiまたはCu粒子)のクラスターが形成される(図2(3))。 FIG. 2 shows an example of a non-limiting procedure in one-pot synthesis by the production method of the present invention. First, silica (SiO 2 ) is suspended as a carrier in a reaction vessel containing distilled water or deionized water (FIG. 2 (1)). Subsequently, the precursor of the base metal (e.g., NiCl 2 · 6H 2 O and CuCl 2 · 2H 2 O) was added an aqueous solution of, providing a source of dissociated base metal ion (Ni 2+ or Cu 2+) (FIG. 2 (2)). A stoichiometric reducing agent (eg, NaBH 4 ) is then added into the solution under an Ar atmosphere. As a result, clusters of base metal particles (Ni or Cu particles), some of which are adhered to silica, are formed (FIG. 2 (3)).

次の工程は、卑金属金属クラスターを含有する溶液への貴金属前駆体(例えば、HPtCl・6HO)を添加する(図2(4))。貴金属前駆体は貴金属イオン(白金塩化物イオン:[PtCl2-)に解離し、その後、卑金属金属によって還元される。 The next step, the noble metal precursor to the solution containing the base metals metal clusters (e.g., H 2 PtCl 6 · 6H 2 O) is added to (FIG. 2 (4)). The noble metal precursor dissociates into noble metal ions (platinum chloride ion: [PtCl 6 ] 2- ) and is then reduced by the base metal.

これら一連の工程における、酸化還元反応の機構をNi(卑金属)とPt(貴金属)を例にして、以下に示す。以下の式は、金属Niによる[PtCl2-イオンから金属Ptへの還元を表すものであり、かっこ内に、標準水素電極(SHE)に対する標準電極電位それぞれを示している。
The mechanism of the redox reaction in these series of steps is shown below by taking Ni (base metal) and Pt (precious metal) as examples. The following formula represents the reduction of [PtCl 6 ] 2- ion to metal Pt by metal Ni, and the standard electrode potential with respect to the standard hydrogen electrode (SHE) is shown in parentheses.

当該反応における、NiPt系の総還元電位(ΔE Total)はゼロより大きく(ΔE Total= + 1.68V)、かかる反応が進行するのに好ましい。したがって、上述のように、卑金属(M)と前記貴金属(M)の総還元電位(ΔE Total)が0Vより大きいことが好ましい。 The total reduction potential (ΔE o Total ) of the NiPt system in the reaction is larger than zero (ΔE o Total = +1.68V), which is preferable for the reaction to proceed. Therefore, as described above, a base metal (M A) and the total reduction potential of the noble metal (M B) (ΔE o Total ) is preferably larger than 0V.

上述のように、卑金属と貴金属との組み合わせによりバイメタル合金は、金属の一部が結合していない純粋な金属粒子を形成するため、従来の手法では合成が困難であった。本発明の手法により、かかる卑金属−貴金属のバイメタル合金を担体上に担持された態様で簡便かつ効率的に合成することができる。従来のGDR法も卑金属成分を用いることができるが、保護ポリマーの使用が必須であるのに対し、本発明の方法ではそのような保護ポリマーを用いる必要がなく、反応後にポリマーを分解する処理等は不要である。また、GDR法では、還元剤としてエタノールやエチレングリコールの使用が必須であったが、本発明ではそのような制限はない。 As described above, the combination of the base metal and the noble metal causes the bimetal alloy to form pure metal particles in which a part of the metal is not bonded, so that it is difficult to synthesize by the conventional method. According to the method of the present invention, such a base metal-noble metal bimetal alloy can be easily and efficiently synthesized in a mode of being supported on a carrier. Although a base metal component can be used in the conventional GDR method, the use of a protective polymer is indispensable, whereas in the method of the present invention, it is not necessary to use such a protective polymer, and a treatment for decomposing the polymer after the reaction, etc. Is unnecessary. Further, in the GDR method, the use of ethanol or ethylene glycol as a reducing agent was indispensable, but there is no such limitation in the present invention.

3.炭化水素酸化反応への応用
上述のように、本発明の製造方法で得られる担持バイメタル合金は、不均一触媒および電極触媒等の用途において用いることができるが、特に、メタン等の炭化水素の酸化反応(低温燃焼)における触媒として好適であることを見出した。
3. 3. Application to Hydrocarbon Oxidation Reaction As described above, the supported bimetal alloy obtained by the production method of the present invention can be used in applications such as heterogeneous catalysts and electrode catalysts, and in particular, oxidation of hydrocarbons such as methane. It has been found that it is suitable as a catalyst in the reaction (low temperature combustion).

したがって、別の態様において、本発明は、炭化水素を酸化する方法であって、酸素を含む雰囲気下で、前記炭化水素を担体上に担持されたバイメタル合金触媒に接触させる工程を含む、方法にも関する。ここで、用いるバイメタル合金触媒は、高表面積の担体上に担持された卑金属−貴金属のバイメタル合金であり、詳細は既に述べたとおりである。 Therefore, in another embodiment, the present invention comprises a method of oxidizing a hydrocarbon, which comprises contacting the hydrocarbon with a bimetal alloy catalyst supported on a carrier in an oxygen-containing atmosphere. Also related. Here, the bimetal alloy catalyst used is a base metal-noble metal bimetal alloy supported on a carrier having a high surface area, and the details are as described above.

酸化処理される炭化水素としては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ブチレン、シクロヘキサン、又はベンゼンなどの化合物を挙げることができ、好ましくは、メタンである。 Examples of the hydrocarbon to be oxidized include compounds such as methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, butane, cyclohexane, and benzene, and methane is preferable.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1.各種バイメタル合金の合成
[実施例1−1]バイメタル合金(NiPt/SiO )の合成
異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Ni、M=Pt)バイメタル合金触媒を、Ptの担持量を2重量%(0.10mmol/g担体)で一定に維持しながらNiの量を変えることによって調製した。試料は、NiPt(4:1)、NiPt(2:1)、及びNiPt(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。触媒は、図2に示したワンポット合成(レドックス堆積法)を用いて調製した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表2に示したNiPtの所定のモル比に基づいて、適量のNiCl・6HO(0.25〜1.0mmol)を15mLの脱イオン水に溶解し、連続的に攪拌しながらシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。15mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(0.51〜2.0mmol)を添加して、Ni前駆体を還元した。溶液をAr下で混合物に滴下したところ、緑色から黒色に色が変化した。1.5時間撹拌した後、HPtCl・6HO水溶液(0.25mmol)を懸濁液にゆっくり加え、Ar雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。 最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。なお、表中のIWは、初期湿潤含浸法を用いた比較例である。
Example 1. Synthesis of various bimetal alloys
[Example 1-1] Synthesis of bimetal alloy (NiPt / SiO 2 )
Ni while maintaining silica supported M A M B (M A = Ni, M B = Pt) with different molar ratios bimetallic alloy catalyst and a constant amount of supported Pt 2 wt% (0.10 mmol / g carrier) Prepared by varying the amount of. The samples are NiPt (4: 1), NiPt (2: 1), and NiPt (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The catalyst was prepared using the one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of NiPt shown in Table 2, was dissolved suitable amount of NiCl 2 · 6H 2 O and (0.25~1.0mmol) of deionized water 15 mL, stirred continuously While added to the silica / water mixture. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. A stoichiometric amount of NaBH 4 (0.51 to 2.0 mmol) dissolved in 15 mL of deionized water was added to reduce the Ni precursor. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from green to black. After stirring for 1.5 hours, added slowly H 2 PtCl 6 · 6H 2 O aqueous solution (0.25 mmol) to the suspension and stirred for 1.5 hours under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ). In addition, IW in the table is a comparative example using the initial wet impregnation method.

[実施例1−2]バイメタル合金(CuPt/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Ptの担持量を2重量%(0.10mmol / g担体)で一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Cu、M=Pt)バイメタル触媒を調製した。試料は、CuPt(4:1)、CuPt(2:1)、およびCuPt(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水中に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表3に示したCuPtの所定のモル比に基づいて、適量のCuCl・2HO(0.25〜1.0mmol)を15mLの脱イオン水に溶解し、連続撹拌下でシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。Cu前駆体を還元するために、15mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(0.51〜2.0mmol)を用いた。溶液をAr下で混合物に滴加したところ、淡青色からワインレッドへ色が変化した。1.5時間撹拌した後、HPtCl・6HO水溶液(0.25mmol)を懸濁液にゆっくり加え、そしてAr雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-2] Synthesis of bimetal alloy (CuPt / SiO 2 )
Using the same method as in Example 1-1, while maintaining the amount of supported Pt constant at 2 wt% (0.10 mmol / g carrier), silica supported with different molar ratios M A M B (M A = Cu, was prepared M B = Pt) bimetallic catalyst. The samples are CuPt (4: 1), CuPt (2: 1), and CuPt (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of CuPt shown in Table 3, was dissolved an appropriate amount of CuCl 2 · 2H 2 O (0.25~1.0mmol ) of deionized water 15 mL, silica under continuous agitation / Added to water mixture. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. To reduce the Cu precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (0.51 to 2.0 mmol) dissolved in 15 mL of deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from pale blue to wine red. After stirring for 1.5 hours, added slowly H 2 PtCl 6 · 6H 2 O aqueous solution (0.25 mmol) to the suspension and stirred 1.5 h under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

[実施例1−3]バイメタル合金(NiIr/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Irの担持量を2重量%(0.10mmol / g担体)で一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Ni、M=Ir)バイメタル触媒を調製した。試料は、NiIr(8:1), NiIr(6:1), NiIr(4:1)、NiIr(2:1)、およびNiIr(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水中に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表4に示したNiIrの所定のモル比に基づいて、適量のNiCl・6HO(0.26〜2.1mmol)を脱イオン水に溶解し、連続撹拌下でシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。Ni前駆体を還元するために、脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(0.52〜4.2mmol)を用いた。溶液をAr下で混合物に滴加したところ、淡青色からワインレッドへ色が変化した。1.5時間撹拌した後、HIrCl水溶液(0.26 mmol)を懸濁液にゆっくり加え、そしてAr雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-3] Synthesis of bimetal alloy (NiIr / SiO 2 ) Using the same method as in Example 1-1, the amount of Ir carried was kept constant at 2% by weight (0.10 mmol / g carrier). while, silica-supported M a M B (M a = Ni, M B = Ir) with different molar ratios were prepared bimetallic catalyst. The samples are NiIr (8: 1), NiIr (6: 1), NiIr (4: 1), NiIr (2: 1), and NiIr (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. .. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of NiIr shown in Table 4, it was dissolved an appropriate amount of NiCl 2 · 6H 2 O (0.26~2.1mmol ) in deionized water, the silica / water under continuous stirring Added to the mixture. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. To reduce the Ni precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (0.52-4.2 mmol) dissolved in deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from pale blue to wine red. After stirring for 1.5 hours, added slowly H 2 IrCl 6 solution of (0.26 mmol) to the suspension and stirred 1.5 h under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

[実施例1−4]バイメタル合金(NiRh/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Rhの担持量を一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Ni、M=Rh)バイメタル触媒を調製した。試料は、NiRh(8:1), NiRh (6:1), NiRh(4:1)、NiRh(2:1)、およびNiRh(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。
Using the same procedure as Synthesis Example 1-1 Example 1-4] bimetallic alloy (NiRh / SiO 2), while maintaining the loading amount of Rh constant, silica-supported with different molar ratios M A M B (M a = Ni, M B = Rh) was prepared bimetallic catalyst. The samples are NiRh (8: 1), NiRh (6: 1), NiRh (4: 1), NiRh (2: 1), and NiRh (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. .. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1.

[実施例1−5]バイメタル合金(CoPt/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を使用して、Ptの担持量を2wt% (0.10 mmol/g担体)で一定に維持しながら、モル比が異なるシリカ担持M(M=Co、M=Pt)バイメタル触媒を調製した。 試料は、CoPt (4:1)、CoPt (2:1) 、及びCoPt (1:1)として示され、括弧内の数字はモル比である。調製は、図2に示したワンポットレドックス堆積法と同じ順序を用いて調製した。最初に、2.5 gのシリカ (41.6 mmol)を100 mLの脱イオン水に分散させ、400 rpmで10分間撹拌した。 次いで、表6に示したCoPtの所望のモル比に基づいて、適量のCoCl・6HO (0.25−1.0 mmol)を15 mLの脱イオン水に溶解し、そして連続的に攪拌しながらシリカ/水混合物に添加した。系をアルゴンで連続的にパージした。Co前駆体を還元するために、15mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH (0.51〜2.0 mmol)を用いた。その溶液をAr下で混合物に滴下したところ、明褐色から黒色に色が変化した。1.5 時間撹拌した後、HPtCl・6HO (0.25mmol)の水溶液をその懸濁液にゆっくり添加し、Ar雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、およびホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。 次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、そして650-1180 μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-5] Synthesis of bimetal alloy (CoPt / SiO 2 ) Using the same method as in Example 1-1, the amount of Pt supported is kept constant at 2 wt% (0.10 mmol / g carrier). while, silica supported M a M B (M a = Co, M B = Pt) molar ratios are different bimetallic catalyst was prepared. Samples are shown as CoPt (4: 1), CoPt (2: 1), and CoPt (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The preparation was prepared using the same order as the one-pot redox deposition method shown in FIG. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on the desired molar ratio of CoPt shown in Table 6, it was dissolved an appropriate amount of CoCl 2 · 6H 2 O and (0.25-1.0 mmol) of deionized water 15 mL, and continuously It was added to the silica / water mixture with stirring. The system was continuously purged with argon. To reduce the Co precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (0.51 to 2.0 mmol) dissolved in 15 mL of deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from light brown to black. After stirring for 1.5 hours, slowly adding an aqueous solution of H 2 PtCl 6 · 6H 2 O (0.25mmol) to the suspension and stirred for 1.5 hours under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

[実施例1−6]バイメタル合金(FePt/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Ptの担持量を2重量%(0.10mmol / g担体)で一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Fe、M=Pt)バイメタル触媒を調製した。試料は、FePt(4:1)、FePt(2:1)、およびFePt(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水中に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表7に示したFePtの所定のモル比に基づいて、適量のFeCl・4HO(0.25〜1.0mmol)を15mLの脱イオン水に溶解し、連続撹拌下でシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。Fe前駆体を還元するために、15mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(0.51〜2.0mmol)を用いた。溶液をAr下で混合物に滴加したところ、明褐色から黒色へ色が変化した。1.5時間撹拌した後、HPtCl・6HO水溶液(0.25mmol)を懸濁液にゆっくり加え、そしてAr雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-6] Synthesis of bimetal alloy (FePt / SiO 2 ) Using the same method as in Example 1-1, the amount of Pt supported was kept constant at 2% by weight (0.10 mmol / g carrier). while, silica-supported M a M B (M a = Fe, M B = Pt) with different molar ratios were prepared bimetallic catalyst. The samples are FePt (4: 1), FePt (2: 1), and FePt (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of FePt shown in Table 7, was dissolved an appropriate amount of FeCl 2 · 4H 2 O (0.25~1.0mmol ) of deionized water 15 mL, silica under continuous agitation / Added to water mixture. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. To reduce the Fe precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (0.51 to 2.0 mmol) dissolved in 15 mL of deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from light brown to black. After stirring for 1.5 hours, added slowly H 2 PtCl 6 · 6H 2 O aqueous solution (0.25 mmol) to the suspension and stirred 1.5 h under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

[実施例1−7]バイメタル合金(NiPd/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Pdの担持量を2重量%(0.10mmol / g担体)で一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Ni、M=Pd)バイメタル触媒を調製した。試料は、NiPd(4:1)、NiPd(2:1)、およびNiPd(1:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水中に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表8に示したNiPdの所定のモル比に基づいて、適量のNiCl・6HO(0.47〜1.88mmol)を20mLの脱イオン水に溶解し、連続撹拌下でシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。Ni前駆体を還元するために、20mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(0.94〜3.76mmol)を用いた。溶液をAr下で混合物に滴加したところ、緑色から黒色へ色が変化した。1.5時間撹拌した後、Pd(NHClO水溶液(0.47mmol)を懸濁液にゆっくり加え、そしてAr雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-7] Synthesis of bimetal alloy (NiPd / SiO 2 ) Using the same method as in Example 1-1, the amount of Pd supported was kept constant at 2% by weight (0.10 mmol / g carrier). while, silica-supported M a M B (M a = Ni, M B = Pd) with different molar ratios were prepared bimetallic catalyst. The samples are NiPd (4: 1), NiPd (2: 1), and NiPd (1: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of NiPd shown in Table 8, was dissolved an appropriate amount of NiCl 2 · 6H 2 O (0.47~1.88mmol ) of deionized water 20 mL, silica under continuous agitation / Added to water mixture. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. To reduce the Ni precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (0.94 to 3.76 mmol) dissolved in 20 mL of deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from green to black. After stirring for 1.5 hours, added slowly Pd a (NH 3) 2 Cl 2 H 2 O solution (0.47 mmol) to the suspension and stirred 1.5 h under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

[実施例1−8]バイメタル合金(CuPd/SiO )の合成
実施例1−1と同じ方法を用いて、Pdの担持量を2重量%(0.10mmol / g担体)で一定に維持しながら、異なるモル比を有するシリカ担持M(M=Cu、M=Pd)バイメタル触媒を調製した。試料は、CuPd(4:1)であり、括弧内の数字はモル比である。実施例1−1と同様に、図2に示すワンポット合成(レドックス堆積法)を使用した。最初に、2.5gのシリカ(41.6mmol)を100mLの脱イオン水中に分散させ、400rpmで10分間撹拌した。次に、表9に示したCuPdの所定のモル比に基づいて、適量のCuCl・2HO(1.88mmol)を20mLの脱イオン水に溶解し、連続撹拌下でシリカ/水混合物に添加した。反応容器内をアルゴンで連続的にパージした。Cu前駆体を還元するために、20mLの脱イオン水に溶解した化学量論量のNaBH(3.76mmol)を用いた。溶液をAr下で混合物に滴加したところ、淡青色からワインレッドへ色が変化した。1.5時間撹拌した後、Pd(NHClO水溶液(0.47mmol)を懸濁液にゆっくり加え、そしてAr雰囲気下で1.5時間撹拌した。固体試料を濾過により回収し、ナトリウム、塩素、及びホウ素イオンを除去するために数回洗浄した。次いで、固体試料を110℃で一晩乾燥し、次いでペレット化し、650〜1180μmの大きさにふるいにかけた。最後に、触媒を水素下400℃で2時間還元し(1000cm・ min-1・g-1 触媒)、次いで0.2%O/He流下で3時間不動態化した(100cm・ min-1・g-1 触媒)。
[Example 1-8] Synthesis of bimetal alloy (CuPd / SiO 2 ) Using the same method as in Example 1-1, the amount of Pd supported was kept constant at 2% by weight (0.10 mmol / g carrier). while, silica-supported M a M B (M a = Cu, M B = Pd) with different molar ratios were prepared bimetallic catalyst. The sample is CuPd (4: 1), and the numbers in parentheses are molar ratios. The one-pot synthesis (redox deposition method) shown in FIG. 2 was used in the same manner as in Example 1-1. First, 2.5 g of silica (41.6 mmol) was dispersed in 100 mL of deionized water and stirred at 400 rpm for 10 minutes. Then, based on a predetermined molar ratio of CuPd shown in Table 9, was dissolved an appropriate amount of CuCl 2 · 2H 2 O (1.88mmol ) in deionized water 20 mL, silica / water mixture under continuous stirring Was added. The inside of the reaction vessel was continuously purged with argon. To reduce the Cu precursor, stoichiometric amounts of NaBH 4 (3.76 mmol) dissolved in 20 mL of deionized water were used. When the solution was added dropwise to the mixture under Ar, the color changed from pale blue to wine red. After stirring for 1.5 hours, added slowly Pd a (NH 3) 2 Cl 2 H 2 O solution (0.47 mmol) to the suspension and stirred 1.5 h under Ar atmosphere. Solid samples were collected by filtration and washed several times to remove sodium, chlorine, and boron ions. The solid sample was then dried at 110 ° C. overnight, then pelletized and sieved to a size of 650-1180 μm. Finally, the catalyst was reduced under hydrogen at 400 ° C. for 2 hours (1000 cm 3 min- 1 g- 1 catalyst ) and then passivated under 0.2% O 2 / He flow for 3 hours (100 cm 3 min). -1 · g -1 catalyst ).

実施例2.X線解析によるバイメタル合金の評価 Example 2. Evaluation of bimetal alloys by X-ray analysis

[実施例2−1](NiPt/SiO )及び(CuPt/SiO )バイメタル合金の評価
実施例1−1および1−2で合成したバイメタル合金(NiPt/SiO及びCuPt/SiO)の相純度をX線回折分析により確認した。測定は、CuKα単色X線源を使用して、40kVおよび100mAで動作する回折計(Rigaku RINT 2400)を用いて実施した。還元触媒の結晶子サイズ(D)は、シェラー(Scherrer)の式:
=Kλ/βcos(θ)
を用いて、2θ =9.9〜41.8°(111)で最も強いピークの線幅から計算した。ここで、Kは0.9の定数、λはX線放射の波長(0.1541nm)、βは機器の広がり(0.1°)に対して補正された半値最大における(111)ピークの幅(半値幅)、そしてθは(111)ピークのブラッグ角である。
[Example 2-1] Evaluation of (NiPt / SiO 2 ) and (CuPt / SiO 2 ) Bimetal Alloys Bimetal alloys (NiPt / SiO 2 and CuPt / SiO 2 ) synthesized in Examples 1-1 and 1-2. The phase purity was confirmed by X-ray diffraction analysis. The measurements were carried out using a CuKα monochromatic X-ray source and a diffractometer (Rigaku RINT 2400) operating at 40 kV and 100 mA. The crystallite size (D c ) of the reduction catalyst is the Scherrer equation:
D c = Kλ / βcos (θ)
Was calculated from the line width of the strongest peak at 2θ = 9.9 to 41.8 ° (111). Here, K is a constant of 0.9, λ is the wavelength of X-ray radiation (0.1541 nm), and β is the width of the (111) peak at the full width at half maximum corrected for the spread of the device (0.1 °). (Full width at half maximum), and θ is the Bragg angle of the (111) peak.

図3は、それぞれ実施例1及び2で合成したバイメタル合金(NiPt/SiO及びCuPt/SiO)についてのXRDパターンを示す。H還元前の単金属Niの回折パターンはいかなるピークも示さず、XRDによって検出されない小さな微結晶または非晶質粒子の形成を示唆していた(図3(a))。対照的に、還元前の単金属Cuのパターン(図3(b))は、Cuの面心立方(fcc)における(111)面反射(PDF#04-0836)及びCu2Oの(200)面(PDF#78-2076)に対応する2θ = 43.3°及び42.3°にピークを示した。金属Cuおよび部分的に還元されたCuOの存在は、CuがNiよりも容易に還元されたことを示す。還元前の単金属Ptの回折パターン(図3(a)、(b))は、fcc Ptの(111)と(200)面(PDF#04-0802)に対応する2θ= 39.7°と46.2°にピークを示した。還元前のNiPtおよびCuPt触媒についての回折パターン(図3(a)および3(b))は、単金属Ptのものと比較して、より高い2θ値への明らかなシフトを示した。より高い角度へのシフトは、還元処理の前でも合金の形成の証拠を与える。より高い角度へのシフトは、金属Pt(139μm)と比較してNi(125μm)又はCu(128μm)のより小さな金属半径と一致し、Pt格子構造の収縮を引き起こし、それゆえ回折角の増大を引き起こす。室温でのNiPtおよびCuPt合金の形成は、NiおよびCuによるPtの選択的酸化還元に起因する還元によるものである。 図3(a)および図3(b)から、Pt格子定数の減少に伴い、NiまたはCuの含有量が増加するにつれてシフトが大きくなることがわかる(表4)。 FIG. 3 shows an XRD pattern for the bimetal alloys (NiPt / SiO 2 and CuPt / SiO 2 ) synthesized in Examples 1 and 2, respectively. H 2 diffraction pattern of a single metal Ni before reduction did not show any peak, suggesting the formation of small crystallites or amorphous particles are not detected by XRD (Figure 3 (a)). In contrast, the pattern of single metal Cu before reduction (FIG. 3 (b)) shows the (111) plane reflection (PDF # 04-0836) in the face-centered cubic (fcc) of Cu and the (200) plane of Cu2O (200). Peaks were shown at 2θ = 43.3 ° and 42.3 ° corresponding to PDF # 78-2076). The presence of metallic Cu and partially reduced Cu 2 O indicates that Cu was reduced more easily than Ni. The diffraction patterns of the single metal Pt before reduction (FIGS. 3 (a) and 3 (b)) correspond to the (111) and (200) planes (PDF # 04-0802) of fcc Pt at 2θ = 39.7 ° and 46.2 °. Showed a peak in. Diffraction patterns for NiPt and CuPt catalysts before reduction (FIGS. 3 (a) and 3 (b)) showed a clear shift to higher 2θ values compared to those for monometal Pt. The shift to higher angles provides evidence of alloy formation even before the reduction process. The shift to a higher angle coincides with the smaller metal radius of Ni (125 μm) or Cu (128 μm) compared to the metal Pt (139 μm), causing contraction of the Pt lattice structure and thus an increase in diffraction angle. cause. The formation of NiPt and CuPt alloys at room temperature is due to reduction due to the selective redox of Pt by Ni and Cu. From FIGS. 3 (a) and 3 (b), it can be seen that as the Pt lattice constant decreases, the shift increases as the Ni or Cu content increases (Table 4).

図3(c)および(d)は、400℃で水素還元した後の試料の回折パターンを示す。 単金属Niのパターン(図3(c))は、fcc Ni金属の(111)面反射に対応する2θ= 45.5℃にピークを示し、400℃でのH還元後の単金属Cuのパターン(図3(d))は、fcc Cu金属における(200)面反射に対応する2θ = 43.3°にピークを示した。同様に、400℃でのH還元後の単金属Ptの回折パターン(図3(c)、(d))は、fccにおける(111)および(200)面に対応する2θ = 39.7°および46.2°にピークを示した。NiPtサンプルについては、回折ピークはより鋭くなりそしてより高い回折角に向かってシフトした。回折ピークの尖鋭化は、熱処理による金属粒子の成長を示し、これもまた合金形成に有利に働く。この挙動はCuPt系についても観察された(図3(d))。試料の熱処理は、混合のエントロピーへの寄与を増大させ、合金形成に有利に働く。 3 (c) and 3 (d) show the diffraction pattern of the sample after hydrogen reduction at 400 ° C. The single metal Ni pattern (FIG. 3 (c)) shows a peak at 2θ = 45.5 ° C. corresponding to the (111) plane reflection of the fcc Ni metal, and the single metal Cu after H 2 reduction at 400 ° C. The pattern (FIG. 3 (d)) showed a peak at 2θ = 43.3 °, which corresponds to the (200) plane reflection in the fcc Cu metal. Similarly, the diffraction pattern of a single metal Pt after H 2 reduction at 400 ° C. (FIG. 3 (c), (d)) is, 2 [Theta] = 39.7 ° corresponding to (111) and (200) plane in the fcc And peaked at 46.2 °. For NiPt samples, the diffraction peaks became sharper and shifted towards higher diffraction angles. The sharpening of the diffraction peak indicates the growth of metal particles by heat treatment, which also favors alloy formation. This behavior was also observed for the Cupt system (Fig. 3 (d)). The heat treatment of the sample increases the contribution of the mixture to the entropy and favors alloy formation.

表10は、本発明の方法(RD法)及びIW法(初期湿潤含浸法)により合成した触媒の(111)面および(200)面のXRDピーク位置を用いて還元後の触媒の格子定数を示したものである。格子定数を用いて、バイメタル合金中の格子収縮を単金属Ptと比較して計算した。
Table 10 shows the lattice constants of the catalyst after reduction using the XRD peak positions of the (111) plane and the (200) plane of the catalyst synthesized by the method (RD method) and the IW method (initial wet impregnation method) of the present invention. It is shown. Using the lattice constant, the lattice shrinkage in the bimetal alloy was calculated in comparison with the single metal Pt.

NiPtサンプルの格子収縮は、NiPt(4:1)>NiPt(2:1)>NiPt(1:1)の順に小さくなった。NiPt(4:1)とNiPt(IW)の格子収縮は同程度だが、これらの収縮値はNiPt(2:1)とNiPt(1:1)よりも大きかった。CuPt触媒の格子収縮は、NiPtと同じ傾向となった:CuPt(4:1)>CuPt(2:1)>CuPt(1:1)。NiPtサンプルとCuPtサンプルとの間の格子収縮には大きな違いがある。これは、Niの半径(125μm)がCu(128μm)よりもPt(139μm)から離れており、これにより、Pt中の拡散によるNi原子の移動が制限されたためと考えられる。
The lattice shrinkage of the NiPt sample decreased in the order of NiPt (4: 1)> NiPt (2: 1)> NiPt (1: 1). The lattice shrinkage of NiPt (4: 1) and NiPt (IW) was similar, but their shrinkage values were higher than those of NiPt (2: 1) and NiPt (1: 1). The lattice shrinkage of the CuPt catalyst tended to be the same as that of NiPt: CuPt (4: 1)> CuPt (2: 1)> CuPt (1: 1). There is a large difference in lattice shrinkage between NiPt and CuPt samples. It is considered that this is because the radius of Ni (125 μm) is farther from Pt (139 μm) than Cu (128 μm), which limits the movement of Ni atoms due to diffusion in Pt.

[実施例2−2](NiIr/SiO )及び(NiRh/SiO )バイメタル合金の評価
実施例2−1と同じ方法を用いて、実施例1−3および1−4で合成したバイメタル合金(NiIr/SiO及びNiRh/SiO)の相純度をX線回折分析により確認した。合成した合金触媒は400℃で2時間還元した後、不動態化処理を施した。そしてX線回折装置(Rigaku RINT 2400)を用いてX線回折(XRD)パターンを測定した。
[Example 2-2] Evaluation of (NiIr / SiO 2 ) and (NiRh / SiO 2 ) Bimetal Alloys Bimetal alloys synthesized in Examples 1-3 and 1-4 using the same method as in Example 2-1. The phase purity of (NiIr / SiO 2 and NiRh / SiO 2 ) was confirmed by X-ray diffraction analysis. The synthesized alloy catalyst was reduced at 400 ° C. for 2 hours and then subjected to passivation treatment. Then, the X-ray diffraction (XRD) pattern was measured using an X-ray diffractometer (Rigaku RINT 2400).

図4(a)及び(b)に、それぞれ(NiIr/SiO)及び(NiRh/SiO)についてのXRDパターンを示す。 4 (a) and 4 (b) show XRD patterns for (NiIr / SiO 2 ) and (NiRh / SiO 2 ), respectively.

NiIr/SiO試料のX線回折パターンを示した図4(a)は、Irの面心立方格子にインデックス付けされる。XRDプロファイルにおいて、Niの含有量が増加するにつれてIr(1 1 1)ピークは右側にシフトした。 これは、単位格子サイズが減少していることを示し、Ir(127 pm)およびNi(115 pm)の金属半径と一致する。ピークシフトは合金形成と一致している。 FIG. 4A showing the X-ray diffraction pattern of the NiIr / SiO 2 sample is indexed into the face-centered cubic lattice of Ir. In the XRD profile, the Ir (1 11) peak shifted to the right as the Ni content increased. This indicates that the unit cell size is reduced and is consistent with the metal radii of Ir (127 pm) and Ni (115 pm). The peak shift is consistent with alloy formation.

同様に、NiRh/SiO試料のX線回折パターンを示した図4(b)は、Rhの面心立方格子にインデックス付けされる。XRDプロファイルにおいて、Niの含有量が増加するにつれて、Rh(1 1 1)ピークは右側にシフトした。これは、単位格子サイズが減少していることを示しており、Rh(183 pm)およびNi(115 pm)の金属半径と一致している。 シフト距離は、NiIr/SiOと比較してわずかであった。 これは、Ni−Rh合金の形成の証拠である。 Similarly, FIG. 4B showing the X-ray diffraction pattern of the NiRh / SiO 2 sample is indexed into the face-centered cubic lattice of Rh. In the XRD profile, the Rh (1 11) peak shifted to the right as the Ni content increased. This indicates that the unit cell size has decreased, which is consistent with the metal radii of Rh (183 pm) and Ni (115 pm). The shift distance was small as compared with NiIr / SiO 2 . This is evidence of the formation of the Ni—Rh alloy.

シェラーの式を用いて、NiIr/SiO及びNiRh/SiOの結晶子サイズ(nm)を算出した。各試料の結晶子サイズを表11に示す。ニッケル量が増加すると結晶子サイズが減少するという大まかな傾向がみられた。
The crystallite size (nm) of NiIr / SiO 2 and NiRh / SiO 2 was calculated using Scheller's formula. The crystallite size of each sample is shown in Table 11. There was a general tendency for the crystallite size to decrease as the amount of nickel increased.

[実施例2−3](CoPt/SiO )及び(FePt/SiO )バイメタル合金の評価
実施例2−1と同じ方法を用いて、実施例1−5および1−6で合成したバイメタル合金(CoPt/SiO及びFePt/SiO)の相純度をX線回折分析により確認した。図5(a)〜(d)に、それぞれ(CoPt/SiO)及び(FePt/SiO)についてのXRDパターンを示す。
[Example 2-3] Evaluation of (CoPt / SiO 2 ) and (FePt / SiO 2 ) Bimetal Alloys Bimetal alloys synthesized in Examples 1-5 and 1-6 using the same method as in Example 2-1. The phase purity of (CoPt / SiO 2 and FePt / SiO 2 ) was confirmed by X-ray diffraction analysis. 5 (a) to 5 (d) show XRD patterns for (CoPt / SiO 2 ) and (FePt / SiO 2 ), respectively.

還元前の単金属Ptの回折パターン(図5(a)及び(b))は、面心立方格子構造Ptの(111)および(200)面に対応する2θ= 39.7°および46.2°にピークを示した(PDF#04-0802)。還元前のCoPtおよびFePt触媒についての回折パターン(図5(a)及び(b))は、単金属Ptのものと比較して、より高い2θ値への明らかなシフトを示した。高い角度へのシフトは、還元処理の前でも合金形成の証拠を与える。高い角度へのシフトは、金属Pt (139 pm)と比較してCo (125 pm)またはFe (126 pm)のより小さな金属半径と一致しており、Pt格子構造の収縮を引き起こし、したがって回折角の増大を引き起こすことが分かった。室温でのCoPtおよびFePt合金の形成は、CoおよびFeによる選択的レドックス駆動によるPtの還元によるものである。図5(a)及び(b)のいずれにおいても、CoまたはFe含有量が増加するにつれてシフトが大きくなることを示している。 The diffraction patterns of the single metal Pt before reduction (FIGS. 5A and 5B) correspond to the (111) and (200) planes of the face-centered cubic lattice structure Pt at 2θ = 39.7 ° and 46.2. It showed a peak at ° (PDF # 04-0802). Diffraction patterns for CoPt and FePt catalysts before reduction (FIGS. 5 (a) and 5 (b)) showed a clear shift to higher 2θ values compared to those for single metal Pt. The shift to higher angles provides evidence of alloy formation even before the reduction process. The shift to a higher angle coincides with the smaller metal radius of Co (125 pm) or Fe (126 pm) compared to the metal Pt (139 pm), causing contraction of the Pt lattice structure and thus the diffraction angle. Was found to cause an increase in. The formation of CoPt and FePt alloys at room temperature is due to the reduction of Pt by selective redox driving with Co and Fe. In both FIGS. 5A and 5B, it is shown that the shift increases as the Co or Fe content increases.

一方、図5(c)及び(d)は、400℃で水素還元した後の試料の回折パターンを示す。400℃でのH還元後の単金属Ptの回折パターン(図5(c)及び(d))は、面心立方格子構造Ptの(111)および(200)面に対応する2θ= 39.7°および46.2°にピークを示した。CoPtおよびFePt試料については、回折ピークはより鋭くなりそしてより高い回折角に向かってシフトした。回折ピークの尖鋭化は、熱処理による金属粒子の成長を示し、これもまた合金形成に有利に働く。この挙動はNiPtおよびCuPtでも観察される(図3(c)及び(d))。試料の熱処理は、混合のエントロピーへの寄与を増大させ、合金形成に有利に働くと考えられる。 On the other hand, FIGS. 5 (c) and 5 (d) show the diffraction pattern of the sample after hydrogen reduction at 400 ° C. 400 ° C. in the H 2 diffraction pattern of a single metal Pt after reduction (FIG. 5 (c) and (d)) is a face-centered cubic lattice structure Pt (111) and (200) corresponding to the surface 2 [Theta] = 39. It peaked at 7 ° and 46.2 °. For CoPt and FePt samples, the diffraction peaks became sharper and shifted towards higher diffraction angles. The sharpening of the diffraction peak indicates the growth of metal particles by heat treatment, which also favors alloy formation. This behavior is also observed with NiPt and CuPt (FIGS. 3 (c) and 3 (d)). The heat treatment of the sample is believed to increase the contribution of the mixture to entropy and favor alloy formation.

[実施例2−4](NiPd/SiO )及び(CuPd/SiO )バイメタル合金の評価
さらに、実施例1−7および1−8で合成したバイメタル合金(NiPd/SiO及びCuPd/SiO)についても、実施例2−1と同じ方法を用いて、それらの相純度をX線回折分析により確認した。図6(a)及び(b)に、それぞれ(NiPd/SiO)及び(CuPd/SiO)についてのXRDパターンを示す。
[Example 2-4] Evaluation of (NiPd / SiO 2 ) and (CuPd / SiO 2 ) Bimetal Alloys Further, the bimetal alloys (NiPd / SiO 2 and CuPd / SiO 2 ) synthesized in Examples 1-7 and 1-8 ), The phase purity thereof was confirmed by X-ray diffraction analysis using the same method as in Example 2-1. 6 (a) and 6 (b) show XRD patterns for (NiPd / SiO 2 ) and (CuPd / SiO 2 ), respectively.

図6(a)及び(b)によれば、単金属Pdの回折パターンは、面心立方格子構造Pdにおける(111)、(200)および(220)面に対応する2θ = 40.1°, 46.7°および 68.1°にピークを示した(PDF#05-0681)。NiPdおよびCuPdの回折パターンは、単金属Pdのものと比較して、より高い2θ値への明らかなシフトを示した。高い角度へのシフトは合金の形成の証拠を与える。高い角度へのシフトは、金属Pd(137pm)と比較してNi(125pm)またはCu(128pm)のより小さな金属半径と一致し、Pd格子構造の収縮を引き起こし、それ故回折角の増大を引き起こすことが分かった。 According to FIGS. 6 (a) and 6 (b), the diffraction pattern of the single metal Pd corresponds to the (111), (200) and (220) planes in the face-centered cubic lattice structure Pd at 2θ = 40.1 °, It peaked at 46.7 ° and 68.1 ° (PDF # 05-0681). The diffraction patterns of NiPd and CuPd showed a clear shift to higher 2θ values compared to those of single metal Pd. The shift to higher angles provides evidence of alloy formation. The shift to a higher angle coincides with the smaller metal radius of Ni (125 pm) or Cu (128 pm) compared to the metal Pd (137 pm), causing contraction of the Pd lattice structure and thus an increase in diffraction angle. It turned out.

実施例3.X線蛍光によりバイメタル合金の評価
調製したNiPt/SiOおよびCuPt/SiO触媒の金属含有量を、Shimadzu Rayny EDX - 800HSを使用して蛍光X線(XRF)分光法によって決定した。結果を表12に示す。担持量の理論値(nominal)と比較して、Ni、Cu、およびPtの含有量は予想よりわずかに少ないことが分かる(ここで、理論担持量は、触媒金属のモル量から計算した担持量である)。この結果は、ほぼ全ての単独金属が担体に担持されたことを示している。NiPt(IW)及びCuPt(IW)と表示されたサンプルは、実施例7に記載される初期湿潤(IW)含浸法によって調製された比較例サンプルである。
Example 3. Evaluation of bimetal alloys by X-ray fluorescence
The metal content of the prepared NiPt / SiO 2 and CuPt / SiO 2 catalysts was determined by X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy using Shimadzu Rayny EDX-800HS. The results are shown in Table 12. It can be seen that the contents of Ni, Cu, and Pt are slightly lower than expected compared to the theoretical value of the supported amount (nominal) (here, the theoretical supported amount is the supported amount calculated from the molar amount of the catalyst metal). Is). This result indicates that almost all single metals were supported on the carrier. The samples labeled NiPt (IW) and CuPt (IW) are comparative example samples prepared by the initial wet (IW) impregnation method described in Example 7.

実施例4.追加還元剤(NaBH )を用いたNiPt /SiO の合成
酸化還元析出の工程において追加のNaBHを添加した点以外は実施例1−1と同じ方法を使用して、シリカ担持NiPtバイメタル合金を調製した。当該工程は、溶液中に溶解している全てのNiおよびPtイオンを還元するために行われた。これらのサンプルは、NiPt(4:1)、NiPt(2:1)、およびNiPt(1:1)と表示する。例えば、NiPt(4:1)を調製するために、NiPt(4:1)の合成後、溶液中の全ての溶解Ni金属イオンを還元するのに十分なNaBH(1.0mmol)を触媒溶液に添加した(表6)。NiPt(4:1)の合成は、0.25mmolのPtイオンを還元するために1.0mmolのNiで開始したので、その過程で、0.50mmolのNi金属がNi 2+イオンに酸化され、0.25mmolのPt4+イオンが還元された(1モルのPtイオンを還元するための2モルのNi)。これらの0.50ミリモルのNi2+イオンを還元するために、1.0ミリモルの量のNaBH 4を触媒溶液に添加した(Ni2+ + 2BH4 - + 6H2O

Ni + 2H3BO3 + 7H2)。 同様に、NiPt(2:1)およびNiPt(1:1)試料を調製した(表13)。
Example 4. Silica-supported NiPt bimetal using the same method as in Example 1-1 except that additional NaBH 4 was added in the step of synthetic redox precipitation of NiPt * / SiO 2 using an additional reducing agent (NaBH 4 ). An alloy was prepared. The step was performed to reduce all Ni and Pt ions dissolved in the solution. These samples are labeled NiPt (4: 1) * , NiPt (2: 1) * , and NiPt (1: 1) * . For example, to prepare NiPt (4: 1) * , catalyst NaBH 4 (1.0 mmol) sufficient to reduce all dissolved Ni metal ions in solution after synthesis of NiPt (4: 1). It was added to the solution (Table 6). The synthesis of NiPt (4: 1) was started with 1.0 mmol Ni to reduce 0.25 mmol Pt ions, so in the process 0.50 mmol Ni metal was oxidized to Ni 2+ ions and 0. .25 mmol of Pt 4+ ions were reduced (2 mol of Ni to reduce 1 mol of Pt ions). To reduce the Ni 2+ ions of these 0.50 mmol, 1.0 mmol amount of NaBH 4 was added to the catalyst solution (Ni 2+ + 2BH 4 - + 6H 2 O

Ni + 2H 3 BO 3 + 7H 2 ). Similarly, NiPt (2: 1) * and NiPt (1: 1) * samples were prepared (Table 13).

実施例5.X線解析によるNiPt /SiO の評価
実施例4で得られたNiPt/SiOバイメタル合金について、実施例3と同様の評価を行った。図7は、実施例4で得られたNiPt/SiOバイメタル合金のXRDパターンと、実施例1−1のNiPtバイメタル合金との比較を示すものである。調製されたままの状態および還元されたNiPt試料についてのPt金属の位置からより高い角度へのシフトは、NiPtの場合よりも大きくなった。合金形成の推進力は原子混合によるエントロピーの増加であるため、より高い角度へのシフトの増大は、NiPt合金の形成における再吸着Niのためと考えられる。
Example 5. Evaluation of NiPt * / SiO 2 by X-ray Analysis The NiPt * / SiO 2 bimetal alloy obtained in Example 4 was evaluated in the same manner as in Example 3. FIG. 7 shows a comparison between the XRD pattern of the NiPt * / SiO 2 bimetal alloy obtained in Example 4 and the NiPt bimetal alloy of Example 1-1. The shift from the position of the Pt metal to higher angles on the as-prepared and reduced NiPt * samples was greater than with NiPt. Since the driving force for alloy formation is the increase in entropy due to atomic mixing, the increase in the shift to higher angles is thought to be due to the readsorbed Ni in the formation of the NiPt * alloy.

実施例6.XRF測定によるNiPt /SiO の評価
実施例4で得られたNiPt/SiOバイメタル合金について、実施例3と同様の評価を行った。理論担持量と比較して、NiおよびPtの含有量は、過剰のNaBHなしで調製された実施例1−1のNiPtサンプルの含有量よりも高く、予想される理論値に近いことが分かった(表14)。
Example 6. Evaluation of NiPt * / SiO 2 by XRF Measurement The NiPt * / SiO 2 bimetal alloy obtained in Example 4 was evaluated in the same manner as in Example 3. It was found that the Ni and Pt contents were higher than the content of the NiPt sample of Example 1-1 prepared without excess NaBH 4 and close to the expected theoretical values, compared to the theoretical loading. (Table 14).

比較例7.初期湿潤含浸法による比較例の調製と評価
含浸法は、支持体が溶液によってちょうど十分に濡れることを確実にするために必要な溶液量の事前の慎重な測定と混合しながら前駆体の溶液を固体支持体にゆっくりと添加する方法である。そのため、初期湿潤(IW)含浸法とも呼ばれる。シリカ担持バイメタルNiPt(IW)およびCuPt(IW)で表される比較例試料を、初期湿潤(IW)法を用いた従来の共含浸によって調製した。金属装填量は、本発明の方法によって合成されたNiPt(4:1)およびCuPt(4:1)触媒についてのXRF測定と一致するように選択した(表5)。
Comparative example 7. Preparation and evaluation of comparative examples by the initial wet impregnation method The impregnation method mixes the precursor solution while mixing with a prior careful measurement of the amount of solution required to ensure that the support is just sufficiently wetted by the solution. It is a method of slowly adding to a solid support. Therefore, it is also called an initial wet (IW) impregnation method. Comparative example samples represented by silica-supported bimetal NiPt (IW) and CuPt (IW) were prepared by conventional co-impregnation using the initial wetting (IW) method. The metal loading was selected to be consistent with the XRF measurements for the NiPt (4: 1) and CuPt (4: 1) catalysts synthesized by the methods of the invention (Table 5).

IW法では、2.5gのシリカ(41.6mmol)、0.080gのNi(NO・6HO(0.28mmol)及び0.13gのHPtCl・6HO(0.098mmol)の水溶液、又は0.11gのCu(NO・3HO(0.45mmol)及び0.13gのHPtCl・6HO(0.097mmol)の水溶液を使用した。続いて、110℃で一晩乾燥し、400℃で4時間焼成した。NiPt(IW)とCuPt(IW)の測定された含有量は、理論担持量と一致していた。 次いで試料をペレット化し、650〜1180μmの大きさに篩分けした。最後に、レドックス堆積法によって調製したサンプルに使用したのと同じ条件下でサンプルを還元し、不動態化した。 The IW method, 2.5 g of silica (41.6mmol), Ni (NO 3 ) of 0.080g 2 · 6H 2 O (0.28mmol ) and 0.13g of H 2 PtCl 6 · 6H 2 O (0. aqueous solution of 098mmol), or using an aqueous solution of 0.11g of Cu (NO 3) 3 · 3H 2 O (0.45mmol) and 0.13g of H 2 PtCl 6 · 6H 2 O (0.097mmol). Subsequently, it was dried at 110 ° C. overnight and calcined at 400 ° C. for 4 hours. The measured contents of NiPt (IW) and CuPt (IW) were in agreement with the theoretically supported amounts. The samples were then pelleted and sieved to a size of 650 to 1180 μm. Finally, the samples were reduced and passivated under the same conditions used for the samples prepared by the redox deposition method.

図8は、NiPtおよびCuPtサンプルと比較した、還元サンプルの回折パターンを示す。含浸法によって調製された試料のピークは、本発明の方法によって調製されたバイメタル合金よりも広くかつ強度が低く、粒子がより小さくそして結晶化されていないことを示している。NiPt(IW)サンプルはまた、金属Niの(111)反射に対応するピークを示し、これはNiPt合金に加えて個々のNiクラスターの形成を示している。CuPt(IW)触媒では、非対称回折ピーが、CuPtに対応する2θ = 41.3°、及びCu 3 Ptに対応する2θ = 42.1°で2つにデコンボリューションされた(図8)。シェラーの式から計算された結晶子サイズは、5nm(CuPt)及び11nm(Cu 3 Pt)であった。 CuPt(4:1)の回折ピークは単一のCuPt相の存在を示した。したがって、本発明の方法によれば、従来の含浸法と比較して、相純粋なバイメタル合金の形成が得られることが分かった。 FIG. 8 shows the diffraction pattern of the reduced sample compared with the NiPt and CuPt samples. The peaks of the sample prepared by the impregnation method are wider and weaker than the bimetal alloys prepared by the method of the present invention, indicating that the particles are smaller and less crystallized. The NiPt (IW) sample also showed a peak corresponding to the (111) reflection of metallic Ni, indicating the formation of individual Ni clusters in addition to the NiPt alloy. In the CuPt (IW) catalyst, the asymmetric diffraction pea was deconvolved in two at 2θ = 41.3 ° corresponding to CuPt and 2θ = 42.1 ° corresponding to Cu 3 Pt (FIG. 8). The crystallite sizes calculated from Scheller's equation were 5 nm (CuPt) and 11 nm (Cu 3 Pt). The diffraction peak of CuPt (4: 1) indicated the presence of a single CuPt phase. Therefore, it was found that according to the method of the present invention, a phase-pure bimetal alloy can be formed as compared with the conventional impregnation method.

実施例8.メタン燃焼への適用
[実施例8−1]Pt系バイメタル合金の評価
実施例1−1および1−2で合成したバイメタル合金(NiPt/SiO及びCuPt/SiO)を触媒として用いてメタン燃焼試験を行った。メタン燃焼試験は、内径1.0cm /内径0.75cm、長さ27.5cmの石英製管状固定床反応器中で、300〜400℃の温度範囲で大気圧下で行った。0.3gの量の触媒を反応器の中央の2cm部分に装填した。 反応前に、触媒を400℃で2時間水素中で前処理した。100cm(NTP)min-1の総流量における反応ガスは、20モル%のメタン、3モル%の酸素、11.6モル%のヘリウム(内部標準)およびアルゴン(平衡ガス)からなっていた。反応温度は以下の順序で変えた:400、350、300、325および375℃。この順序に従って滑らかな変換曲線が得られることは、触媒の安定性および失活がないことの証拠である。触媒を最初に反応物流下で4時間400℃および大気圧で安定化させた。生成物を2つのガスクロマトグラフを用いてオンライン分析した:バリア放電イオン化検出器(BID)とRestekキャピラリーカラム(30m×0.32mm内径×10μmフィルム直径)を備えたShimadzu GC - 2010;及び熱伝導率検出器(TCD)とモレキュラーシーブ5A(内径3m×3mm)カラムを備えたShimadzu GC - 8Aを用いた。メタン転化率は、観察された全ての生成物の炭素のモル数を最初のメタンのモル数で割って計算した。酸素収支は100±5%に近かった。
Example 8. Application to methane combustion
[Example 8-1] Evaluation of Pt-based bimetal alloy A methane combustion test was conducted using the bimetal alloys (NiPt / SiO 2 and CuPt / SiO 2 ) synthesized in Examples 1-1 and 1-2 as catalysts. The methane combustion test was carried out in a quartz tubular fixed bed reactor having an inner diameter of 1.0 cm / an inner diameter of 0.75 cm and a length of 27.5 cm under atmospheric pressure in a temperature range of 300 to 400 ° C. A 0.3 g amount of catalyst was loaded into the central 2 cm portion of the reactor. Prior to the reaction, the catalyst was pretreated in hydrogen at 400 ° C. for 2 hours. The reaction gas at a total flow rate of 100 cm 3 (NTP) min- 1 consisted of 20 mol% methane, 3 mol% oxygen, 11.6 mol% helium (internal standard) and argon (equilibrium gas). The reaction temperature was changed in the following order: 400, 350, 300, 325 and 375 ° C. The smooth conversion curve obtained according to this order is evidence of catalyst stability and lack of deactivation. The catalyst was first stabilized at 400 ° C. and atmospheric pressure for 4 hours under reaction distribution. The products were analyzed online using two gas chromatographs: Shimadzu GC-2010 with a barrier discharge ionization detector (BID) and a Restek capillary column (30 m x 0.32 mm inner diameter x 10 μm film diameter) and thermal conductivity detection. A Shimadzu GC-8A equipped with a vessel (TCD) and a molecular sieve 5A (inner diameter 3m x 3mm) column was used. Methane conversion was calculated by dividing the number of moles of carbon in all observed products by the number of moles of initial methane. The oxygen balance was close to 100 ± 5%.

表15は、種々の触媒についてのCO吸収量に基づくターンオーバー頻度(TOF)を示す。動力学的様式にあるために、全ての場合において転化率は10%未満であった。ターンオーバー周波数は、触媒の固有活性の尺度であり、次の式で得られる。
Table 15 shows the turnover frequency (TOF) based on CO absorption for various catalysts. Due to the kinetic mode, the conversion rate was less than 10% in all cases. The turnover frequency is a measure of the intrinsic activity of the catalyst and is obtained by the following equation.

式中、FCH4(μmols−1)はメタンの入口モル流量、Xはメタンの分数変換、W(g)は触媒の重量、S(μmolg−1)はCOの吸収量である。1種の金属のみを使用したことを除いてバイメタル触媒と同じ方法で調製した標準的な単一金属触媒であるPt/SiO、Ni/SiO、及びCu/SiOと比較した。結果を表15に示す。
In the formula, F CH 4 (μmols -1 ) is the inlet molar flow rate of methane, X is the fractional conversion of methane, W (g) is the weight of the catalyst, and S (μmol g -1 ) is the amount of CO absorbed. Comparisons were made with standard single metal catalysts Pt / SiO 2 , Ni / SiO 2 and Cu / SiO 2 prepared in the same manner as bimetal catalysts, except that only one metal was used. The results are shown in Table 15.

活性はNiPt(4:1)〜NiPt(IW)> Ni> Ptの順であったが、差は大きくはなかった。バイメタルNiPt触媒はいずれも400℃の最高温度で別々の純金属触媒よりも高いTOF値を示した。Ea値は、Ni含有サンプルについて同様であり、Pt触媒のものよりも高かった。Ea値はすべてのニッケル系触媒についてほぼ同じであったので、活性種はメタン燃焼のためのニッケル金属であり得ると考えられる。 The activity was in the order of NiPt (4: 1) to NiPt (IW)> Ni> Pt, but the difference was not large. All bimetal NiPt catalysts showed higher TOF values than separate pure metal catalysts at a maximum temperature of 400 ° C. The Ea value was similar for the Ni-containing sample and was higher than that of the Pt catalyst. Since the Ea value was about the same for all nickel-based catalysts, it is considered that the active species could be a nickel metal for methane combustion.

Cu - Pt系についての結果も表15に示す。活性はCuPt(4:1)> Cu> CuPt(IW)> Ptの順であった。本発明の方法によって調製したバイメタルCuPt(4:1)触媒は、純粋なCu触媒よりも高いTOFを示したが、CuPtとCuPtの混合相からなるCuPt(IW)触媒はより低く、PtのTOFに近かった(図8)。これらの結果は、CuPt相がメタン燃焼に対してCuPt相よりもより活性であることを示唆した。Ea値については、順序はCuPt(4:1)> CuPt(IW)> Cu> Ptとして与えられた。 二金属NiPt触媒とは別に、Ea値は銅系触媒間で互いに異なり、配位子効果の可能性を示唆している。 The results for the Cu-Pt system are also shown in Table 15. The activity was in the order of CuPt (4: 1)>Cu> CuPt (IW)> Pt. The bimetal CuPt (4: 1) catalyst prepared by the method of the present invention showed a higher TOF than the pure Cu catalyst, but the CuPt (IW) catalyst consisting of a mixed phase of CuPt and Cu 3 Pt was lower and Pt. It was close to the TOF of (Fig. 8). These results suggested that CuPt phase is more active than the Cu 3 Pt-phase with respect to the methane combustion. For Ea values, the order was given as CuPt (4: 1)> CuPt (IW)>Cu> Pt. Apart from the two-metal NiPt catalyst, the Ea values differ from each other among the copper-based catalysts, suggesting the possibility of a ligand effect.

[実施例8−2]Pd系バイメタル合金の評価
実施例1−7および1−8で合成したバイメタル合金(NiPd/SiO及びCuPd/SiO)を触媒として用いてメタン燃焼試験を行った。
[Example 8-2] Evaluation of Pd-based bimetal alloy A methane combustion test was conducted using the bimetal alloys (NiPd / SiO 2 and CuPd / SiO 2 ) synthesized in Examples 1-7 and 1-8 as catalysts.

NiPd(4:1)/SiOおよびCuPd(4:1)/SiOの触媒試験は、10モル%メタン、10モル%酸素、11.6モル%ヘリウム(内部標準)およびアルゴン(バランスガス)からなる反応ガスを除いて、実施例8−1と同様の方法を用いた。表16は、NiPd(4:1)/SiO、CuPd(4:1)/SiOおよびPd/SiO触媒についてのターンオーバー頻度(TOF)を示す。 ターンオーバー頻度は、粒径と添加量からの分散から算出した。バイメタル触媒と同じ方法で調製した標準的な単一金属触媒Pd/SiOと比較した活性試験の結果を表16に併せて示す。NiPd(4:1)/SiOおよびCuPd(4:1)/SiO触媒は、純粋なPd金属触媒よりも高いTOF値を示した。
Catalytic tests of NiPd (4: 1) / SiO 2 and CuPd (4: 1) / SiO 2 were performed with 10 mol% methane, 10 mol% oxygen, 11.6 mol% helium (internal standard) and argon (balanced gas). The same method as in Example 8-1 was used except for the reaction gas composed of. Table 16 shows the turnover frequency (TOF) for NiPd (4: 1) / SiO 2 , CuPd (4: 1) / SiO 2 and Pd / SiO 2 catalysts. The turnover frequency was calculated from the dispersion from the particle size and the amount added. Table 16 also shows the results of the activity test in comparison with the standard single metal catalyst Pd / SiO 2 prepared by the same method as the bimetal catalyst. The NiPd (4: 1) / SiO 2 and CuPd (4: 1) / SiO 2 catalysts showed higher TOF values than pure Pd metal catalysts.

Claims (21)

担体上に担持されたバイメタル合金の製造方法であって、
前記バイメタル合金は、少なくとも1種の卑金属(M)及び少なくとも1種の貴金属(M)より構成される[M[M1 - xの式で表される合金であり、
以下の工程a)〜c):
a)担体を溶媒中に分散させた溶液に、卑金属を添加する工程;
b)還元剤を添加し前記卑金属を還元する工程;及び
c)貴金属を溶液に添加し、担体上にバイメタル合金を形成させる工程;
を含む、製造方法。
A method for producing a bimetal alloy supported on a carrier.
The bimetallic alloy, at least one base metal (M A) and at least one noble metal (M B) from the configured [M A] x [M B ] 1 - an alloy of the formula of x,
The following steps a) to c):
a) A step of adding a base metal to a solution in which a carrier is dispersed in a solvent;
b) A step of adding a reducing agent to reduce the base metal; and c) A step of adding a noble metal to the solution to form a bimetal alloy on the carrier;
Manufacturing method, including.
以下の工程d):
d)前記工程c)で得られた担持バイメタル合金を溶液から分離する工程
をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
The following steps d):
d) The production method according to claim 1, further comprising a step of separating the supported bimetal alloy obtained in the step c) from the solution.
前記工程c)において、さらに還元剤を添加することを含む、請求項1又は2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, which comprises adding a reducing agent in the step c). 前記工程a)〜c)が単一のポット、コンテナ、容器又は反応器中で行われる、請求項1〜3のいずれか1に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the steps a) to c) are carried out in a single pot, container, container or reactor. 前記卑金属(M)が、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか1に記載の製造方法。 It said base metal (M A) is, Sc, Ti, V, Cr , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, and combinations of any The production method according to any one of claims 1 to 4, which is selected from the group consisting of a combination of. 前記貴金属(M)が、Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、請求項1〜5のいずれか1に記載の製造方法。 Said noble metal (M B) is, Tc, Ru, Rh, Pd , Ag, Os, Ir, Pt, are selected from Au and the group consisting of any combination thereof, according to any one of claims 1 to 5 Manufacturing method. 前記卑金属(M)がNi又はCuであり、前記貴金属(M)がPtである、請求項1〜6のいずれか1に記載の製造方法。 It said base metal (M A) is Ni or Cu, the precious metal (M B) is Pt, the production method according to any one of claims 1 to 6. 前記式[M[M1 - xにおいて、xが0.01〜0.99の範囲である、請求項1〜7のいずれか1に記載の製造方法。 The formula [M A] x [M B ] 1 - In x, x is in the range of 0.01 to 0.99, The method according to any one of claims 1 to 7. 前記式[M[M1 - xにおいて、xが0.10〜0.90の範囲である、請求項8に記載の製造方法。 The formula [M A] x [M B ] 1 - In x, the range of x is from 0.10 to 0.90, The method according to claim 8. 前記卑金属(M)と前記貴金属(M)の総還元電位(ΔE Total)が0Vより大きい、請求項1〜9のいずれか1に記載の製造方法。 Total reduction potential (ΔE o Total) is greater than 0V, the manufacturing method according to any one of claims 1 to 9 wherein the base metal (M A) and the noble metal (M B). 前記担体上のバイメタル合金の担持量が、0.1〜80重量%である、請求項1〜10のいずれか1に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 10, wherein the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 0.1 to 80% by weight. 前記担体上のバイメタル合金の担持量が、1〜20重量%である、請求項11に記載の製造方法。 The production method according to claim 11, wherein the amount of the bimetal alloy supported on the carrier is 1 to 20% by weight. 前記担体が、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、トリア、イットリア、セリア、ジルコニア、カーボン、カーボンナノチューブ、マグネシア、カオリン、ベントナイト、珪藻土、シリカライト、ゼオライト、それらの任意の組み合わせよりなる群から選択される材料である、請求項1〜12のいずれか1に記載の製造方法。 The carrier is selected from the group consisting of silica, alumina, titania, zinc oxide, tria, ittoria, ceria, zirconia, carbon, carbon nanotubes, magnesia, kaolin, bentonite, diatomaceous earth, silicalite, zeolite, and any combination thereof. The production method according to any one of claims 1 to 12, which is a material for use. 前記担体が、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、シリカ−マグネシア、及びシリカ−ジルコニアよりなる群から選択されるシリカ含有材料である、請求項1〜13のいずれか1に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 13, wherein the carrier is a silica-containing material selected from the group consisting of silica-alumina, silica-titania, silica-magnesia, and silica-zirconia. 前記シリカ又はシリカ含有材料が、火炎加水分解、ゾル−ゲル法、沈殿、又は縮合によって調製される、請求項13又は14に記載の製造方法。 The production method according to claim 13 or 14, wherein the silica or silica-containing material is prepared by flame hydrolysis, sol-gel method, precipitation, or condensation. 前記溶媒が、水、アルコール、エーテル、エステル、フラン、ラクトン、アミド、トルエン、キシレン、スルホラン、オキサラン、N、N-ジメチルホルムアミド、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される、請求項1〜15のいずれか1に記載の製造方法。 1. The solvent is selected from the group consisting of water, alcohols, ethers, esters, furanolactones, amides, toluenes, xylenes, sulfolanes, oxalanes, N, N-dimethylformamides, and any combination thereof. The production method according to any one of ~ 15. 前記還元剤が、水素、一酸化炭素、ヒドラジン、水素化アルミニウムリチウム、又は水素化ホウ素ナトリウムである、請求項1〜16のいずれか1に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 16, wherein the reducing agent is hydrogen, carbon monoxide, hydrazine, lithium aluminum hydride, or sodium borohydride. 前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウムである、請求項17に記載の製造方法。 The production method according to claim 17, wherein the reducing agent is sodium borohydride. 前記工程d)における分離が、ろ過又は遠心分離を用いて行われる、請求項1〜18のいずれか1に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 18, wherein the separation in the step d) is performed using filtration or centrifugation. 炭化水素を酸化する方法であって、
酸素を含む雰囲気下で、前記炭化水素を担体上に担持されたバイメタル合金触媒に接触させる工程を含み;
前記バイメタル合金が、少なくとも1種の卑金属(M)及び少なくとも1種の貴金属(M)より構成される[M[M1 - xの式で表される合金であり;
前記卑金属(M)が、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re、及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択され;
前記貴金属(M)が、Tc、Ru、 Rh、Pd、Ag、Os、 Ir、 Pt、 Au及びそれらの任意の組み合わせよりなる群から選択され;及び
前記担体が、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、トリア、イットリア、セリア、ジルコニア、カーボン、カーボンナノチューブ、マグネシア、カオリン、ベントナイト、珪藻土、シリカライト、ゼオライト、それらの任意の組み合わせよりなる群から選択される材料である、
ことを特徴とする、方法。
A method of oxidizing hydrocarbons
Including a step of bringing the hydrocarbon into contact with a bimetal alloy catalyst supported on a carrier in an oxygenated atmosphere;
Said bimetallic alloy, at least one base metal (M A) and composed of at least one noble metal (M B) [M A] x [M B] 1 - Yes an alloy represented by the formula x;
It said base metal (M A) is, Sc, Ti, V, Cr , Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re, and combinations of any Selected from the group consisting of combinations of;
Said noble metal (M B) is, Tc, Ru, Rh, Pd , Ag, Os, Ir, Pt, selected from Au and the group consisting of any combination thereof; and wherein said carrier, silica, alumina, titania oxide A material selected from the group consisting of zinc, tria, ittoria, ceria, zirconia, carbon, carbon nanotubes, magnesia, kaolin, bentonite, diatomaceous earth, silicalite, zeolites, and any combination thereof.
A method characterized by that.
前記炭化水素が、メタンである、請求項20に記載の方法。 The method of claim 20, wherein the hydrocarbon is methane.
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