JP2020525394A - アンモニアの製造方法およびアンモニア製造のための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年7月3日に出願された欧州特許出願第17179326.8号の優先権を主張し、そのすべての内容を参照によって本明細書に組み入れる。
− チャンバーに少なくとも1つの希土類窒化物材料または層を用意する工程;
− チャンバーに真空を作り出す工程;または代わりに、チャンバーに不活性雰囲気を作り出す工程;および
− 水素H2を供給して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層の外部表面で放出される窒素Nまたは単原子窒素原子Nと反応させ、アンモニアを製造する工程
を含む。
− 外部表面を含む少なくとも1つの希土類材料もしくは層、または原子的に清浄な希土類外部表面を含む少なくとも1つの希土類材料もしくは層、または希土類原子のみからなる少なくとも1つの領域、もしくは希土類原子のみからなる複数の領域を含む外部表面を含む、少なくとも1つの希土類材料もしくは層を用意する工程であって、前記少なくとも1つの領域もしくは前記複数の領域の各々は、外部表面によって画定された表面のサブ領域である工程;および
− 外部表面または原子的に清浄な希土類の外部表面を分子窒素N2に曝露して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層を製造する工程
をさらに含む。
− 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層の製造に続いて、分子窒素N2への曝露を解消または低減する工程
をさらに含む。
− 基材を用意する工程;および
− 少なくとも1つの希土類元素を基材上に堆積させて、少なくとも1つの希土類材料または層を製造する工程、をさらに含む。
− 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層からキャッピング材料または層を除去して、希土類窒化物外部表面または原子的に清浄な希土類窒化物外部表面を曝露する工程
をさらに含む。
− 希土類材料または層の例えば基材上での堆積
− 希土類材料または層の(例えば、低圧および室温での)分子窒素N2への曝露:純粋なRE+N2→REN材料または層
− 好ましくは真空または不活性雰囲気下で、REN材料または層が窒素Nを放出し、H2と反応してNH3を製造するように、成長チャンバーでのN2の停止。場合により、REN材料または層をH2の存在下で加熱することができる。
Claims (30)
- アンモニアの製造方法であって:
− チャンバー(4)に少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)を用意する工程;
− チャンバー(4)に真空を作り出す、またはチャンバー(4)に不活性雰囲気を作り出す工程;および
− 水素(H2)を供給して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)の外部表面(3)で放出される窒素(N)と反応させ、アンモニア(NH3)を製造する工程
を含む、前記アンモニアの製造方法。 - 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)は、希土類窒化物原子のみからなる外部表面(3);または希土類窒化物原子のみからなる少なくとも1つの領域、もしくは希土類窒化物原子のみからなる複数の領域を含む外部表面(3)を含み、前記少なくとも1つの領域または前記複数の領域の各々は、外部表面(3)によって画定された表面のサブ領域である、請求項1に記載の方法。
- 外部表面(3)は原子的に清浄な希土類窒化物外部表面(3)である、請求項1または2に記載の方法。
- − 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)にエネルギーを加えて、窒素(N)を放出させる工程
をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 少なくとも1つの希土類窒化物材料(2)は、摩砕されたかもしくは粉砕された形態で、または粉末として用意される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- − 外部表面(7)を含む少なくとも1つの希土類材料もしくは層(6)、または原子的に清浄な希土類外部表面(7)を含む少なくとも1つの希土類材料もしくは層(6)、または希土類原子のみからなる少なくとも1つの領域;もしくは希土類原子のみからなる複数の領域を含む外部表面(7)を含む少なくとも1つの希土類材料もしくは層(6)、を用意する工程であって、前記少なくとも1つの領域または前記複数の領域の各々は、外部表面(7)によって画定された表面のサブ領域である工程;および
− 外部表面(7)または原子的に清浄な希土類外部表面(7)を分子窒素(N2)に曝露して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)を製造する工程
をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 少なくとも1つの希土類材料(6)は、摩砕されたかもしくは粉砕された形態で、または粉末として用意される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- − 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)の製造に続いて、分子窒素(N2)への曝露を解消または低減する工程
をさらに含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 - 分子窒素(N2)への曝露を解消または低減した後、水素(H2)を供給し、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)の外部表面(3)で放出された窒素(N)と反応させ、アンモニア(NH3)を製造する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 外部表面(3)は、分子窒素(N2)と水素(H2)ガスの混合物に同時に曝露される、請求項5〜9のいずれか1項に記載の方法。
- − 基材(10)を用意する工程;および
− 少なくとも1つの希土類元素を基材(10)上に堆積させて、少なくとも1つの希土類材料または層(6)を製造する工程
をさらに含む、請求項5〜10のいずれか1項に記載の方法。 - − キャッピング材料または層(14)を少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)から除去して、希土類窒化物外部表面(3)または原子的に清浄な希土類窒化物外部表面(3)を曝露する工程
をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 - アンモニアの製造に続いて、分子窒素への曝露を実行して、消耗した希土類窒化物材料または層(2)を補充する工程をさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの希土類材料または層(6)を用意して、少なくとも1つの希土類材料または層(6)を分子窒素(N2)に曝露する工程は、チャンバー(4)で、または第2のチャンバーで、またはチャンバー(4)に相互連結した第2のチャンバーで実行される、請求項2〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類材料または層(6)は、ランタン(La)、またはセリウム(Ce)、またはプラセオジム(Pr)、またはネオジム(Nd)、またはサマリウム(Sm)、またはユウロピウム(Eu)、またはガドリニウム(Gd)、またはテルビウム(Tb)、またはジスプロシウム(Dy)、またはホルミウム(Ho)、またはエルビウム(Er)、またはツリウム(Tm)、またはイッテルビウム(Yb)、またはルテチウム(Lu)を含む、請求項2〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類材料または層(6)は、ランタン(La)、またはセリウム(Ce)、またはプラセオジム(Pr)、またはネオジム(Nd)、またはサマリウム(Sm)、またはユウロピウム(Eu)、またはガドリニウム(Gd)、またはテルビウム(Tb)、またはジスプロシウム(Dy)、またはホルミウム(Ho)、またはエルビウム(Er)、またはツリウム(Tm)、またはイッテルビウム(Yb)、またはルテチウム(Lu)のみからなる、請求項2〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類窒化物材料または層(2)は、窒化ランタン(LaN)、または窒化セリウム(CeN)、または窒化プラセオジム(PrN)、または窒化ネオジム(NdN)、または窒化サマリウム(SmN)、または窒化ユウロピウム(EuN)、または窒化ガドリニウム(GdN)、または窒化テルビウム(TbN)、または窒化ジスプロシウム(DyN)、または窒化ホルミウム(HoN)、または窒化エルビウム(ErN)、または窒化ツリウム(TmN)、または窒化イッテルビウム(YbN)、または窒化ルテチウム(LuN)を含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類窒化物材料または層(2)は、窒化ランタン(LaN)、または窒化セリウム(CeN)、または窒化プラセオジム(PrN)、または窒化ネオジム(NdN)、または窒化サマリウム(SmN)、または窒化ユウロピウム(EuN)、または窒化ガドリニウム(GdN)、または窒化テルビウム(TbN)、または窒化ジスプロシウム(DyN)、または窒化ホルミウム(HoN)、または窒化エルビウム(ErN)、または窒化ツリウム(TmN)、または窒化イッテルビウム(YbN)、または窒化ルテチウム(LuN)のみからなる、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類窒化物材料または層(2)は、以下の群:窒化ランタン(LaN)、窒化セリウム(CeN)、窒化プラセオジム(PrN)、窒化ネオジム(NdN)、窒化サマリウム(SmN)、窒化ユウロピウム(EuN)、窒化ガドリニウム(GdN)、窒化テルビウム(TbN)、窒化ジスプロシウム(DyN)、窒化ホルミウム(HoN)、窒化エルビウム(ErN)、窒化ツリウム(TmN)、窒化イッテルビウム(YbN)、窒化ルテチウム(LuN)から選択される希土類窒化物の任意の2つまたはそれ以上の、少なくとも1つの希土類窒化物合金を含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 希土類窒化物材料または層(2)は、以下の群:窒化ランタン(LaN)、窒化セリウム(CeN)、窒化プラセオジム(PrN)、窒化ネオジム(NdN)、窒化サマリウム(SmN)、窒化ユウロピウム(EuN)、窒化ガドリニウム(GdN)、窒化テルビウム(TbN)、窒化ジスプロシウム(DyN)、窒化ホルミウム(HoN)、窒化エルビウム(ErN)、窒化ツリウム(TmN)、窒化イッテルビウム(YbN)、窒化ルテチウム(LuN)から選択される希土類窒化物の任意の2つまたはそれ以上の、少なくとも1つの希土類窒化物合金のみからなる、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)は、1〜2000nmの間の厚さを有する、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの希土類窒化物材料もしくは層(2)は、エピタキシャル、多結晶もしくは非晶質であり;および/または少なくとも1つの希土類材料もしくは層(6)は、エピタキシャル、多結晶もしくは非晶質である、請求項1〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの希土類窒化物材料もしくは層(2)は酸化されておらず、および/または少なくとも1つの希土類材料もしくは層(6)は酸化されていない、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)をチャンバー(4)に用意する工程は、少なくとも1つの希土類窒化物のみからなるまたは少なくとも1つの希土類窒化物合金のみからなる、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)を用意することを含む、請求項1〜23のいずれか1項に記載の方法。
- 水素(H2)を供給して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)の外部表面(3)で放出された窒素(N)と反応させ、アンモニア(NH3)を製造する工程は、室温で実行される、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。
- チャンバー(4)は、酸素フリーのチャンバーおよび/または水フリーもしくは水蒸気フリーのチャンバーである、請求項1〜25のいずれか1項に記載の方法。
- 水素(H2)を分子水素(H2)ガス流として供給して、少なくとも1つの希土類窒化物材料または層(2)の外部表面(3)で放出された窒素(N)と反応させて、アンモニア(NH3)を製造する、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
- 不活性雰囲気は、アルゴンおよび/またはヘリウム雰囲気を含む、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜28のいずれか1項に記載の方法を実行するように構成された、装置。
- 請求項1〜28のいずれか1項に記載の方法を使用して製造された、アンモニア。
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