JP2023539556A - パルス／連続ＣＶＤ又は分子層蒸着による触媒Ｐｔナノドットの形成 - Google Patents
パルス／連続ＣＶＤ又は分子層蒸着による触媒Ｐｔナノドットの形成 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023539556A JP2023539556A JP2023508018A JP2023508018A JP2023539556A JP 2023539556 A JP2023539556 A JP 2023539556A JP 2023508018 A JP2023508018 A JP 2023508018A JP 2023508018 A JP2023508018 A JP 2023508018A JP 2023539556 A JP2023539556 A JP 2023539556A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- support structure
- catalyst support
- nanodots
- reactant
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title description 33
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title description 5
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 title description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 78
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 71
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 26
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 20
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 16
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 7
- -1 C 60 and C 72 Chemical compound 0.000 claims description 6
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000002116 nanohorn Substances 0.000 claims description 4
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims description 2
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 144
- 201000011452 Adrenoleukodystrophy Diseases 0.000 description 14
- 208000010796 X-linked adrenoleukodystrophy Diseases 0.000 description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- WKFBZNUBXWCCHG-UHFFFAOYSA-N phosphorus trifluoride Chemical compound FP(F)F WKFBZNUBXWCCHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710158075 Bucky ball Proteins 0.000 description 1
- DODHYCGLWKOXCD-UHFFFAOYSA-N C[Pt](C1(C=CC=C1)C)(C)C Chemical compound C[Pt](C1(C=CC=C1)C)(C)C DODHYCGLWKOXCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007264 Si2H6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005096 Si3H8 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003828 SiH3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000004455 differential thermal analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007416 differential thermogravimetric analysis Methods 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N monomethylhydrazine Chemical compound CNN HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- OLRJXMHANKMLTD-UHFFFAOYSA-N silyl Chemical compound [SiH3] OLRJXMHANKMLTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4417—Methods specially adapted for coating powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
- C23C16/14—Deposition of only one other metal element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/394—Metal dispersion value, e.g. percentage or fraction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0228—Coating in several steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/12—Oxidising
- B01J37/14—Oxidising with gases containing free oxygen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
- B01J37/18—Reducing with gases containing free hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/348—Electrochemical processes, e.g. electrochemical deposition or anodisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
- C23C16/4408—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45555—Atomic layer deposition [ALD] applied in non-semiconductor technology
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
Abstract
本開示は、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気に触媒支持体の表面を曝露する工程と、触媒支持体の表面をパージガスでパージしてＰｔ（ＰＦ３）４の蒸気を除去する工程と、触媒支持体の表面をガス状形態の第２の反応物質に曝露する工程と、触媒支持体の表面をパージガスでパージして第２の反応物質を除去する工程と、これらの工程を繰り返して複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成することにより、複数のＰｔ金属含有ナノドットを触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法について記載する。
【選択図】図４
【選択図】図４
Description
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年８月３１日に出願の米国仮特許出願第６３／０７２，５６２号明細書に対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年８月３１日に出願の米国仮特許出願第６３／０７２，５６２号明細書に対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
パルス／連続ＣＶＤ又は原子層蒸着による触媒Ｐｔナノドットの形成。
最新技術は、Ｖａｎ Ｂｕｉ，Ｈ．，Ｆ．Ｇｒｉｌｌｏ，ａｎｄ Ｊ．Ｒ．Ｖａｎ Ｏｍｍｅｎ．“Ａｔｏｍｉｃ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ｏｆｆ ｔｈｅ ｂｅａｔｅｎ ｔｒａｃｋ．”Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ５３．１（２０１７）：４５－７１（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｍｉｔｔｅｄ）：に要約されている。
ＰｔのＡＬＤ。ＰｔのＡＬＤの開発は、Ｐｔ前駆体としてメチルシクロペンタジエニル－（トリメチル）白金（ＭｅＣｐＰｔＭｅ３）を使用し、共反応物質としてＯ２を使用してＰｔ薄膜の熱ＡＬＤを実証したＡａｌｔｏｎｅｎ ｅｔ ａｌ．の精力的な研究によって、２００３年に始まった。このことは、薄膜及びＰｔのＮＰの両方を平面、ナノワイヤ、ナノ粒子、及びカーボンナノ材料などの多様な基材上で成長させるために、今日までになお最も一般的に使用されているＡＬＤプロセスである。ＰｔのＡＬＤの潜在的な用途を念頭に入れ、いくつかの研究グループにより、金属Ｐｔの形成の背後にある界面化学を解明することを目的とした基礎研究が行われてきた。これらの研究は、界面化学がＭｅＣｐＰｔＭｅ３及びＯ２の両方の曝露における酸化反応に依存することを示唆している。ＭｅＣｐＰｔＭｅ３の化学吸着は、基材表面上に吸着された活性酸素による有機配位子の部分酸化によって生じると考えられている。そのような反応は、次いで利用できる活性表面酸素が消費されると飽和に達する。従って、Ｏ２による酸化工程には、残存する配位子を酸化し、吸着された酸素の層を元に戻すという２つの役割があり、この工程は後続のＭｅＣｐＰｔＭｅ３の化学吸着に必要なものである。この研究により、酸素が白金表面で解離し、残留する単原子酸素の層を形成することが示されたが、この層は、ＭｅＣｐＰｔＭｅ３の有機配位子が燃焼するにつれて特に活性化する。そのような界面化学で通常報告されるＡＬＤウィンドウは２００～３５０℃である。特に、２００℃が下限温度として広く認められている温度であるが、ごく最近では、わずかに低い温度（即ち、１７５℃）での成長が達成されている。そのような下限は、２００℃未満の温度での配位子の燃焼に対して酸素の反応性が低いことによるものだとされている。そのように高い蒸着温度のため、この熱的プロセスは感熱性基材に不適切なものとなっている。更に、ＮＰの蒸着に使用する場合、焼結を促進し、それによってＮＰ寸法を調節する能力が限定される可能性があるため、高温は望ましいものではない。このように限定されることを回避するために、プラズマ及びオゾンを使用することが検討されている。しかしながら、プラズマプロセスは、主にＰｔ薄膜及びＮＰを平坦な基材に蒸着するのに好適であり、粉末などの複雑な形状を有する基材にプラズマプロセスを適用するにはまだ限られたものとなっている。
上記の総説で述べたように、プラズマ促進蒸着の最新技術による手段は、触媒Ｐｔナノドットに使用されるカソード炭素支持体での低い蒸着温度に展開してこれまでに成功したことがなかった。今日までに、当該技術分野には、過剰なＰｔ酸化物を形成することなく十分なナノドットの形成を可能にし、車両用燃料電池、具体的にはポリマー電解質膜の設計を用いた燃料電池の実用的な必要条件を満たすような、カソード炭素支持体のためのＰｔ蒸着の解決方法がいまだに存在していない。
本発明は、列挙したセンテンスとして説明される以下の非限定的な例示的実施形態と関連させて理解することができる。
１．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程と、
ｃ．触媒支持構造体の表面をパージガスでパージして、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を除去する工程と、
ｄ．触媒構造体の表面に、ガス状形態の第２の反応物質を曝露する工程と、
ｅ．触媒支持構造体の表面をパージガスでパージして、第２の反応物質を除去する工程と、
ｆ．工程ａ．～ｅ．を繰り返して、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成する工程とを含み、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
２．第２の反応物質が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＯ２である酸化剤を含む、センテンス１の方法。
３．第２の反応物質が、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＨ２Ｍｅ２、ＳｉＨ２Ｅｔ２、Ｎ（ＳｉＨ３）３、水素ラジカル、ヒドラジン、メチルヒドラジン、アミン及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＨ２である還元剤を含む、センテンス１の方法。
４．第２の反応物質が、Ｈ２、Ｏ２、及びこれらの組合せからなる群から選択される、センテンス１の方法。
５．工程ａ．～ｅ．の繰り返しが、５～２０回である、センテンス１～４のいずれかの方法。
６．複数のＰｔ金属含有ナノドットが、原子層蒸着反応によって形成される、センテンス１～５のいずれかの方法。
７．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス１～６のいずれかの方法。
８．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｆ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス１～７のいずれかの方法。
９．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～５０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス１～８のいずれかの方法。
１０．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス１～９のいずれかの方法。
１１．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス１０の方法。
１２．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス１０又は１１の方法。
１３．触媒構造体の表面を、ガス状形態の第３の反応物質に曝露する工程を更に含み、第２の反応物質が酸化剤である場合、第３の反応物質が還元剤であり、その逆も同様である、センテンス１～１２のいずれかの方法。
１４．触媒構造体の表面を第３の反応物質に曝露する工程が、工程ｅ．によって工程ｄ．から分離する、センテンス１３の方法。
１５．第２の反応物質が酸素であり、第３の反応物質が水素である、センテンス１４の方法。
１６．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程とを含み、
工程ｂ．は、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するために、触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
１７．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス１６の方法。
１８．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス１６又は１７の方法。
１９．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～４０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス１６～１８のいずれかの方法。
２０．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス１６～１９のいずれかの方法。
２１．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス２０の方法。
２２．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス２０又は２１の方法。
２３．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気と酸化剤とを同時に曝露する工程とを含み、
工程ｂ．は、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するために、触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
２４．酸化剤が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＯ２である、センテンス２３の方法。
２５．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス２３又は２４の方法。
２６．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス２３～２５のいずれかの方法。
２７．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～４０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス２３～２６のいずれかの方法。
２８．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス２３～２７のいずれかの方法。
２９．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス２８の方法。
３０．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス２８又は２９の方法。
３１．複数のＰｔナノドットが、面心立方Ｐｔ結晶から構成される、センテンス１～３０のいずれかの方法。
３２．利用効率が、３０重量パーセント～９９重量パーセント、好ましくは少なくとも５０重量パーセント、より好ましくは少なくとも７５重量パーセント、例えば５０重量パーセント～９０重量パーセント又は７５重量パーセント～８０重量パーセントである、センテンス１～３１のいずれかの方法。
１．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程と、
ｃ．触媒支持構造体の表面をパージガスでパージして、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を除去する工程と、
ｄ．触媒構造体の表面に、ガス状形態の第２の反応物質を曝露する工程と、
ｅ．触媒支持構造体の表面をパージガスでパージして、第２の反応物質を除去する工程と、
ｆ．工程ａ．～ｅ．を繰り返して、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成する工程とを含み、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
２．第２の反応物質が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＯ２である酸化剤を含む、センテンス１の方法。
３．第２の反応物質が、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＨ２Ｍｅ２、ＳｉＨ２Ｅｔ２、Ｎ（ＳｉＨ３）３、水素ラジカル、ヒドラジン、メチルヒドラジン、アミン及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＨ２である還元剤を含む、センテンス１の方法。
４．第２の反応物質が、Ｈ２、Ｏ２、及びこれらの組合せからなる群から選択される、センテンス１の方法。
５．工程ａ．～ｅ．の繰り返しが、５～２０回である、センテンス１～４のいずれかの方法。
６．複数のＰｔ金属含有ナノドットが、原子層蒸着反応によって形成される、センテンス１～５のいずれかの方法。
７．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス１～６のいずれかの方法。
８．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｆ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス１～７のいずれかの方法。
９．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～５０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス１～８のいずれかの方法。
１０．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス１～９のいずれかの方法。
１１．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス１０の方法。
１２．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス１０又は１１の方法。
１３．触媒構造体の表面を、ガス状形態の第３の反応物質に曝露する工程を更に含み、第２の反応物質が酸化剤である場合、第３の反応物質が還元剤であり、その逆も同様である、センテンス１～１２のいずれかの方法。
１４．触媒構造体の表面を第３の反応物質に曝露する工程が、工程ｅ．によって工程ｄ．から分離する、センテンス１３の方法。
１５．第２の反応物質が酸素であり、第３の反応物質が水素である、センテンス１４の方法。
１６．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程とを含み、
工程ｂ．は、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するために、触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
１７．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス１６の方法。
１８．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス１６又は１７の方法。
１９．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～４０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス１６～１８のいずれかの方法。
２０．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス１６～１９のいずれかの方法。
２１．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス２０の方法。
２２．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス２０又は２１の方法。
２３．Ｐｔ金属含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．触媒支持構造体の表面に、Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気と酸化剤とを同時に曝露する工程とを含み、
工程ｂ．は、触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
触媒支持構造体に複数のＰｔ金属含有ナノドットを形成するために、触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。
２４．酸化剤が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され；好ましくはＯ２である、センテンス２３の方法。
２５．ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、センテンス２３又は２４の方法。
２６．触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなるＰｔ金属含有ナノドットの被覆率を有する、センテンス２３～２５のいずれかの方法。
２７．各ナノドットが、ａ）複数のＰｔ含有ナノドットを含む触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～４０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、センテンス２３～２６のいずれかの方法。
２８．触媒支持構造体が、触媒炭素支持構造体である、センテンス２３～２７のいずれかの方法。
２９．複数のＰｔナノドットが、触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、センテンス２８の方法。
３０．触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、センテンス２８又は２９の方法。
３１．複数のＰｔナノドットが、面心立方Ｐｔ結晶から構成される、センテンス１～３０のいずれかの方法。
３２．利用効率が、３０重量パーセント～９９重量パーセント、好ましくは少なくとも５０重量パーセント、より好ましくは少なくとも７５重量パーセント、例えば５０重量パーセント～９０重量パーセント又は７５重量パーセント～８０重量パーセントである、センテンス１～３１のいずれかの方法。
「ナノドット」は、例えば、最大断面寸法が１ナノメートル～１００ナノメートルの、Ｐｔの個々の蒸着物を意味する。ナノドットは、多くの場合、おおよそ半球形又はおおよそ円形であるが、不規則な形状の構造を含む任意の形状であってよい。
「触媒支持構造体」は、リチウムイオン電池のカソードでＰｔナノドットなどの触媒材料を支持するために使用される材料を意味する。例えば、Ｙｅ，Ｓｉｙｕ，Ｍｉｈｏ Ｈａｌｌ，ａｎｄ Ｐｉｎｇ Ｈｅ．“ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｃａｔａｌｙｓｔｓ：ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｕｐｐｏｒｔ．”ＥＣＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ １６．２（２００８）：２１０１；Ｓｈａｏ，Ｙｕｙａｎ，ｅｔ ａｌ．“Ｎｏｖｅｌ ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ １９．１（２００９）：４６－５９を参照されたい。
「触媒炭素支持構造体」は、構成成分として炭素を有する触媒支持構造体を意味する。例としては、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、Ｃ６０（「バッキーボール」、「フラーレン」）、Ｃ７２（Ｍａ，Ｊｉａｎ－Ｌｉ，ｅｔ ａｌ．“Ｃ７２：Ａ ｎｏｖｅｌ ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｃａｒｂｏｎ ｐｈａｓｅ．”Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ａ（２０２０）：１２６３２５）、カーボン層状ナノチューブ（多層ナノチューブを含む）、カーボンナノファイバー、及びＣ６５などのシリコンメソポーラス炭素複合材料が挙げられる。
「Ｃ６５」は、Ｓｐａｈｒ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｅ．，ｅｔ ａｌ．“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９６．７（２０１１）：３４０４－３４１３に記載されているようなシリコンメソポーラス炭素複合材料を有する触媒炭素支持構造体を意味する。
テトラキス（トリフルオロホスフィン）白金（Ｐｔ（ＰＦ３）４）は、公知の化学物質（ＣＡＳ番号１９５２９－５３－４）である。図１に示すように、Ｐｔ（ＰＦ３）４は、現行の白金蒸着前駆体であるＰｔ（ＭｅＣｐ）Ｍｅ３よりもはるかに高い蒸気圧を有している。
Ｐｔ（ＰＦ３）４を用いたこれまでの研究では、薄膜蒸着のためのＣＶＤ前駆体としてＰｔ（ＰＦ３）４を使用することが記載された。Ｒａｎｄ，Ｍｙｒｏｎ Ｊ．“Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｉｎ－Ｆｉｌｍ Ｐｌａｔｉｎｕｍ．”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １２０．５（１９７３）：６８６－６９３。これまでの研究は、Ｐｔを薄膜蒸着させるための熱ＣＶＤに焦点を当てたものであった。実施可能な温度範囲は、膜の優勢なＰｔ成分として金属Ｐｔを形成するために、１７５℃超、具体的には２００℃～３００℃であることが決定された。それよりも低温では、不完全な熱分解が生じ、品質の劣った膜が生じる結果となった。酸化環境が回避され、たとえ窒素であっても膜の品質にマイナスの影響があった。
本発明者らは、前述のことを繰り返し、検証を行った。Ｈ２のＣＶＤを５０℃、１００℃、１５０℃及び更に２００℃で行うと、Ｃ６５基材上にごくわずかなＰｔナノドットの形成が生じた（下記の実験の項で述べられている）。蒸着した少量のＰｔは、ほとんどが酸化されていた。従って、先行技術及び本発明者ら独自で得た結果は、Ｐｔ（ＰＦ３）４が低温でのＰｔナノドット蒸着の候補とならなかったことを示していた。これにより、本発明者らのその後の研究である、成功する蒸着条件を立証することは、従って、極めて予想外のものであり、驚くべきことであった。
Ｐｔ（ＰＦ３）４によるＰｔナノドットを蒸着させるための一般条件
Ｐｔナノドットを蒸着させるための対象となる基材は、導電性カーボンブラックのＣ－ＮＥＲＧＹ（商標）Ｓｕｐｅｒ Ｃ６５であった。Ｓｐａｈｒ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｅ．，ｅｔ ａｌ．“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９６．７（２０１１）：３４０４－３４１３。
Ｐｔナノドットを蒸着させるための対象となる基材は、導電性カーボンブラックのＣ－ＮＥＲＧＹ（商標）Ｓｕｐｅｒ Ｃ６５であった。Ｓｐａｈｒ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｅ．，ｅｔ ａｌ．“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９６．７（２０１１）：３４０４－３４１３。
図２に示される実験室規模の粉末蒸着で蒸着を実施した。別途断りのない限り、全てのＰｔナノドット蒸着は下記条件下で実施した：
Ｐｔ前駆体（ＭＦＣによって供給されたもの）
Ｐｔ（ＰＦ３）４の流量：約０．５６ｓｃｃｍ（実測値）（Ｎ２ ＭＦＣとしては２ｓｃｃｍ）
キャニスターＴ：３０℃
キャニスターＰ：ＰＰＦのＶＰ
共反応物質のＯ２又はＨ２の流量：１０ｓｃｃｍ
プッシュＮ２ ３５ｓｃｃｍ
反応器圧力：１０トール
担持基材（炭素支持体）：Ｃ－ＮＥＲＧＹ ｓｕｐｅｒ Ｃ６５：１グラム（凝集を防ぐため、８ｍｍのステンレス鋼ボールに炭素粉末が担持されている）。
Ｐｔ前駆体（ＭＦＣによって供給されたもの）
Ｐｔ（ＰＦ３）４の流量：約０．５６ｓｃｃｍ（実測値）（Ｎ２ ＭＦＣとしては２ｓｃｃｍ）
キャニスターＴ：３０℃
キャニスターＰ：ＰＰＦのＶＰ
共反応物質のＯ２又はＨ２の流量：１０ｓｃｃｍ
プッシュＮ２ ３５ｓｃｃｍ
反応器圧力：１０トール
担持基材（炭素支持体）：Ｃ－ＮＥＲＧＹ ｓｕｐｅｒ Ｃ６５：１グラム（凝集を防ぐため、８ｍｍのステンレス鋼ボールに炭素粉末が担持されている）。
新品のＣ６５、Ｐｔ金属箔、及びＣ６５とＰｔ金属メッシュから、ＸＲＤ及びＸＰＳの基準データを収集した。１００℃、１５０℃、１７５℃、２００℃でＰｔパターン及びＣパターンに相当するＸＲＤパターンが観察され、そのような条件で金属白金を形成することが可能であることが示された。基準物質より、ＸＰＳのＰｔ４ｆ７／２のピーク位置は７１．２ｅＶ（Ｐｔ０に相当する）であり、Ｃ１のピーク位置は２８４．６ｅＶであった。ＸＰＳデータを、Ｘ軸＝標準化強度（任意単位）及びＹ軸＝ｅＶとして表す。
比較実施例：水素を用いたＰｔ（ＰＦ３）４のＣＶＤ
５０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃の上記の条件を用いて、ＣＶＤを２４００秒間行った。代表的なＸＰＳデータを図３に示す。先行技術に基づいて予測されるように、（この一連の実験で最も多い量の）２００℃でもこれらの条件下では非常に微量のＰｔが蒸着し、得られたＰｔの大部分が酸化した。先行技術の蒸着プロセスは、従って、２００度以下では薄膜蒸着に加えてＰｔナノドット蒸着にも好適でないことが確認された。
５０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃の上記の条件を用いて、ＣＶＤを２４００秒間行った。代表的なＸＰＳデータを図３に示す。先行技術に基づいて予測されるように、（この一連の実験で最も多い量の）２００℃でもこれらの条件下では非常に微量のＰｔが蒸着し、得られたＰｔの大部分が酸化した。先行技術の蒸着プロセスは、従って、２００度以下では薄膜蒸着に加えてＰｔナノドット蒸着にも好適でないことが確認された。
水素を用いたＰｔ（ＰＦ３）４の連続蒸着又は原子層蒸着
ＣＶＤ結果と直接対比して、個々の基材の曝露工程（原子層蒸着プロセスなど）にＰｔ（ＰＦ３）４と水素とを交互に送達すると、劇的に異なり、且つ驚くべき結果が生じた。水素を用いたＡＬＤ蒸着の代表的な結果を図４に示す。（ＡＬＤのサイクル数：１２回；ＡＬＤの順序：ＰＰＦ ２００秒；パージ６００秒；Ｈ２ ５００秒；パージ６００秒；１００℃、１５０℃及び２００℃）。図３と比較すると、Ｐｔ蒸着が明確且つ劇的に改善しており、これは、Ｐｔナノドット蒸着に十分実行可能なものであった。Ｐｔの大部分は酸化されている（－－－－－線によって区別される）というよりはむしろ、金属（縦の－ － － －線によって区別される）であったが、このことはまた、触媒材料にとって好ましいものである。図５は、１５０℃で蒸着した図４によるＣ６５の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。注目すべきことに、蒸着されたＰｔの量は、実際には２００℃で低下し、Ｐｔナノドット蒸着に最適な温度は、Ｐｔ薄膜蒸着に関する先行技術での結論に反して＞１００℃～＜２００℃であることを示している。この結果及び酸素蒸着の結果は、予想に反して、先行技術のＰｔ薄膜蒸着と触媒支持構造体又は材料上のＰｔナノドット蒸着との間には、有意義な相関関係がないことを示している。
ＣＶＤ結果と直接対比して、個々の基材の曝露工程（原子層蒸着プロセスなど）にＰｔ（ＰＦ３）４と水素とを交互に送達すると、劇的に異なり、且つ驚くべき結果が生じた。水素を用いたＡＬＤ蒸着の代表的な結果を図４に示す。（ＡＬＤのサイクル数：１２回；ＡＬＤの順序：ＰＰＦ ２００秒；パージ６００秒；Ｈ２ ５００秒；パージ６００秒；１００℃、１５０℃及び２００℃）。図３と比較すると、Ｐｔ蒸着が明確且つ劇的に改善しており、これは、Ｐｔナノドット蒸着に十分実行可能なものであった。Ｐｔの大部分は酸化されている（－－－－－線によって区別される）というよりはむしろ、金属（縦の－ － － －線によって区別される）であったが、このことはまた、触媒材料にとって好ましいものである。図５は、１５０℃で蒸着した図４によるＣ６５の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。注目すべきことに、蒸着されたＰｔの量は、実際には２００℃で低下し、Ｐｔナノドット蒸着に最適な温度は、Ｐｔ薄膜蒸着に関する先行技術での結論に反して＞１００℃～＜２００℃であることを示している。この結果及び酸素蒸着の結果は、予想に反して、先行技術のＰｔ薄膜蒸着と触媒支持構造体又は材料上のＰｔナノドット蒸着との間には、有意義な相関関係がないことを示している。
上述の蒸着されたＰｔナノドットに対して、本発明者らは、更なる分析、具体的には粉末Ｘ線回折、示差熱分析及び熱重量分析を空気中で行った。ＸＲＤ結果は、１５０℃で蒸着した金属Ｐｔが、面心立方（ＦＣＣ）構造を有する結晶質であることを示している。（非晶質Ｐｔではなく）ＦＣＣ結晶化Ｐｔが触媒活性に好ましい金属Ｐｔの形態である。
工業化のためには、触媒支持体に蒸着する金属Ｐｔの量及びその安定性は、考慮すべき重要事項である。ＴＧＡとＤＴＡ分析により、１５０℃で形成されたＰｔナノドットが、最大約５７５℃まで熱的に安定であったことが示された。ＴＧＡでの１０００℃時点の最終的な残留質量は、材料の約９重量パーセントが蒸着されたＰｔであったことを示すものであった。サイクル数、パルス幅及び温度を変化させることによって、３０重量パーセントのＰｔ（又はそれ以上）が達成され、検証された温度のうち１５０℃で最良の結果が得られた。
利用効率は、［触媒支持体上に蒸着されたＰｔの量］／［Ｐｔ（ＰＦ３）４として導入されたＰｔの量］を意味し、分数又は百分率として表すことができる。サイクル数、パルス幅及び温度を変化させることによって、７５％（又はそれ以上）のＰｔ利用効率が達成され、検証された温度のうち１５０℃で最良の結果が得られた。
共反応物質を用いないＰｔ（ＰＦ３）４の蒸着（熱分解）
Ｐｔ（ＰＦ３）４と水素を交互に送達することによって生じた予想外且つ直観に反する結果を考慮して、本発明者らは、任意の共反応物質を用いない、純粋な熱分解ＣＶＤプロセスについて調査した（２４００秒の反応時間；５０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃）。水素を用いない熱分解蒸着の代表的な結果を図６に示す。Ｃ６５試料のＳＥＭは、図５で見られたものと同様のＰｔナノドットを示していた。
Ｐｔ（ＰＦ３）４と水素を交互に送達することによって生じた予想外且つ直観に反する結果を考慮して、本発明者らは、任意の共反応物質を用いない、純粋な熱分解ＣＶＤプロセスについて調査した（２４００秒の反応時間；５０℃、１００℃、１５０℃及び２００℃）。水素を用いない熱分解蒸着の代表的な結果を図６に示す。Ｃ６５試料のＳＥＭは、図５で見られたものと同様のＰｔナノドットを示していた。
Ｐｔ（ＰＦ３）４：酸素を用いたＣＶＤ蒸着；酸素を用いた連続蒸着又は原子層蒸着
共反応物質を用いずに見られた、また、水素の共反応物質を交互に用いることによって見られた予測外及び予想外のＰｔナノドット蒸着を考慮して、本発明者らは、代表的な酸化共反応物質として酸素を使用することについて検討を行った。先行技術に基づくと、酸素はＰｔ（ＰＦ３）４を使用するＰｔ膜蒸着に適合しない。水素を酸素で置き換えると（但し他の点では同一の条件を維持した）、本発明者らは、酸素がＰｔナノドット蒸着に適合するだけでなく、いくつかの点で水素よりも優れているということを確認した。
共反応物質を用いずに見られた、また、水素の共反応物質を交互に用いることによって見られた予測外及び予想外のＰｔナノドット蒸着を考慮して、本発明者らは、代表的な酸化共反応物質として酸素を使用することについて検討を行った。先行技術に基づくと、酸素はＰｔ（ＰＦ３）４を使用するＰｔ膜蒸着に適合しない。水素を酸素で置き換えると（但し他の点では同一の条件を維持した）、本発明者らは、酸素がＰｔナノドット蒸着に適合するだけでなく、いくつかの点で水素よりも優れているということを確認した。
図７は、酸素ＣＶＤの代表的な結果を示している。図３で示した水素を用いた結果とは対照的に、酸素の共反応物質によるＣＶＤでは、実質的により多くのＰｔナノドットの形成がＣ６５上に生じた（ＳＥＭは図示せず）。同様に、連続曝露（例えば、ＡＬＤ）に共反応物質として酸素を用いると、Ｃ６５上により多くのＰｔナノドットが生成された（図８）。１００℃で形成されたＰｔナノドットの代表的なＳＥＭを図９に示す。
好ましいＰｔナノドット蒸着
先行技術のＰｔ膜蒸着とは対照的に、Ｐｔナノドット蒸着は、２００℃未満、好ましくは１７５℃以下、例えば１５０℃、１００℃、更に５０℃からより低い範囲の温度で生じる。業界では、Ｃ６５などの現行の触媒基材材料の熱耐性を基準として、具体的には１７５℃以下での蒸着が求められている。本発明者らによって低温でしっかりとしたＰｔナノドット蒸着が立証されたが、好ましいＰｔの状態は、酸化Ｐｔではなく金属Ｐｔである。従って、Ｐｔナノドット中に金属Ｐｔを含有するのに有利な条件が好ましい。これらの結果を更に改善するために、パラメータの更なる最適化が期待される。１つの例示的な最適化としては、共反応物質として連続的に酸素を使用し、次いで水素を使用して蒸着することで、それらの相対的に望ましくない特徴を軽減させながら、相対的な効果が融合された結果を生じさせることである。例えば、酸素（又は任意の酸化剤）を、ＡＬＤサイクルの大部分に使用した後に、水素（又は任意の他の還元剤）をＡＬＤサイクルに使用することができる。
先行技術のＰｔ膜蒸着とは対照的に、Ｐｔナノドット蒸着は、２００℃未満、好ましくは１７５℃以下、例えば１５０℃、１００℃、更に５０℃からより低い範囲の温度で生じる。業界では、Ｃ６５などの現行の触媒基材材料の熱耐性を基準として、具体的には１７５℃以下での蒸着が求められている。本発明者らによって低温でしっかりとしたＰｔナノドット蒸着が立証されたが、好ましいＰｔの状態は、酸化Ｐｔではなく金属Ｐｔである。従って、Ｐｔナノドット中に金属Ｐｔを含有するのに有利な条件が好ましい。これらの結果を更に改善するために、パラメータの更なる最適化が期待される。１つの例示的な最適化としては、共反応物質として連続的に酸素を使用し、次いで水素を使用して蒸着することで、それらの相対的に望ましくない特徴を軽減させながら、相対的な効果が融合された結果を生じさせることである。例えば、酸素（又は任意の酸化剤）を、ＡＬＤサイクルの大部分に使用した後に、水素（又は任意の他の還元剤）をＡＬＤサイクルに使用することができる。
Claims (32)
- Ｐｔ含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．前記触媒支持構造体の表面に、前記Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程と、
ｃ．前記触媒支持構造体の前記表面をパージガスでパージして、前記Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を除去する工程と、
ｄ．前記触媒構造体の前記表面に、ガス状形態の第２の反応物質を曝露する工程と、
ｅ．前記触媒支持構造体の前記表面をパージガスでパージして、前記第２の反応物質を除去する工程と、
ｆ．工程ａ．～ｅ．を繰り返して、前記触媒支持構造体に複数の前記Ｐｔ含有ナノドットを形成する工程とを含み、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の前記触媒支持構造体の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。 - 前記第２の反応物質が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ２、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され、好ましくはＯ２である酸化剤を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の反応物質が、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＨ２Ｍｅ２、ＳｉＨ２Ｅｔ２、Ｎ（ＳｉＨ３）３、水素ラジカル、ヒドラジン、メチルヒドラジン、アミン、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、及びこれらの混合物からなる群から選択され、好ましくはＨ２である還元剤を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の反応物質が、Ｈ２、Ｏ２、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
- 工程ａ．～ｅ．の前記繰り返しが、５～４０回である、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のＰｔ含有ナノドットが、原子層蒸着反応によって形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｆ．の後に、前記粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなる前記Ｐｔ含有ナノドットの被覆率を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
- 各Ｐｔ含有ナノドットが、ａ）前記複数のＰｔ含有ナノドットを含む前記触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～５０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が触媒炭素支持構造体であり、好ましくは少なくとも３０重量％の炭素を含有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のＰｔナノドットが、前記触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、請求項１０に記載の方法。
- 前記触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項１０又は１１に記載の方法。
- 前記触媒構造体の前記表面を、ガス状形態の第３の反応物質に曝露する工程を更に含み、前記第２の反応物質が酸化剤である場合、前記第３の反応物質が還元剤であり、その逆も同様である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒構造体の前記表面を前記第３の反応物質に曝露する前記工程が、工程ｅ．によって工程ｄ．から分離する、請求項１３に記載の方法。
- 前記第２の反応物質が酸素であり、前記第３の反応物質が水素である、請求項１４に記載の方法。
- Ｐｔ含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．前記触媒支持構造体の表面に、前記Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を曝露する工程を含み、
工程ｂ．は、前記触媒支持構造体に複数の前記Ｐｔ含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
前記触媒支持構造体に前記複数のＰｔ含有ナノドットを形成するために、前記触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の前記触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。 - 前記ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、請求項１６に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、前記粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなる前記Ｐｔ含有ナノドットの被覆率を有する、請求項１６又は１７に記載の方法。
- 各ナノドットが、ａ）前記複数のＰｔ金属含有ナノドットを含む前記触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～５０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が触媒炭素支持構造体であり、好ましくは少なくとも３０重量％の炭素を含有する、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のＰｔ含有ナノドットが、前記触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、請求項２０に記載の方法。
- 前記触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項２０又は２１に記載の方法。
- Ｐｔ含有ナノドットを触媒支持構造体、好ましくは触媒炭素支持構造体に蒸着させる方法であって、
ａ．Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気を生成する工程と、
ｂ．前記触媒支持構造体の表面に、前記Ｐｔ（ＰＦ３）４の蒸気と酸化剤とを同時に曝露する工程を含み、
工程ｂ．は、前記触媒支持構造体に複数の前記Ｐｔ含有ナノドットを形成するのに十分な時間で行い、
前記触媒支持構造体に前記複数のＰｔ含有ナノドットを形成するために、前記触媒支持構造体が任意の追加の反応物質に曝露されず、
工程ａ．及び／又は工程ｂ．の間の前記触媒支持構造体表面の温度が、５０℃～３００℃、好ましくは１００℃～２００℃未満、より好ましくは１００℃～１７５℃又は１７５℃未満、例えば１００℃又は１５０℃である方法。 - 前記酸化剤が、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ２、酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択され、好ましくはＯ２である、請求項２３に記載の方法。
- 前記ナノドットの最大長さ寸法が、０．２５ｎｍ～１５ｎｍの範囲及び／又は平均２ｎｍ～７ｎｍを有する、請求項２３又は２４に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が、外表面を有する複数の離散粒子を含み、これらの離散粒子が、工程ｂ．の後に、前記粒子表面の１ｎｍ２当たり少なくとも平均１つのナノドットとなる前記Ｐｔ含有ナノドットの被覆率を有する、請求項２３～２５のいずれか一項に記載の方法。
- 各ナノドットが、ａ）前記複数のＰｔ含有ナノドットを含む前記触媒支持構造体のＰｔの原子パーセントが０．５％～３％、好ましくは１％～２％であり、及び／又はｂ）Ｐｔの重量パーセントが５％～５０％、好ましくは１０％～３０％となるような十分なＰｔを含む、請求項２３～２６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記触媒支持構造体が触媒炭素支持構造体であり、好ましくは少なくとも３０重量％の炭素を含有する、請求項２３～２７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のＰｔ含有ナノドットが、前記触媒炭素支持体の炭素成分上に直接形成されている、請求項２８に記載の方法。
- 前記触媒炭素支持構造体が、Ｃ６０及びＣ７２などの単層フラーレン、多層フラーレン、単層若しくは多層ナノチューブ、ナノホーンであり、及び／又はＶＵＬＣＡＮ若しくはＩｍｅｒｙｓのＳＵＰＥＲ Ｃ６５などの特殊炭素のように約０．２ｇ／ｃｍ３～約１．９ｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項２８又は２９に記載の方法。
- 前記複数のＰｔナノドットが、面心立方Ｐｔ結晶から構成される、請求項１～３０のいずれか一項に記載の方法。
- 利用効率が、３０重量パーセント～９９重量パーセント、好ましくは少なくとも５０重量パーセント、より好ましくは少なくとも７５重量パーセント、例えば５０重量パーセント～９０重量パーセント又は７５重量パーセント～８０重量パーセントである、請求項１～３１のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063072562P | 2020-08-31 | 2020-08-31 | |
| US63/072,562 | 2020-08-31 | ||
| PCT/US2021/048328 WO2022047351A1 (en) | 2020-08-31 | 2021-08-31 | The formation of catalyst pt nanodots by pulsed/sequential cvd or atomic layer deposition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023539556A true JP2023539556A (ja) | 2023-09-15 |
Family
ID=80355704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023508018A Pending JP2023539556A (ja) | 2020-08-31 | 2021-08-31 | パルス／連続ＣＶＤ又は分子層蒸着による触媒Ｐｔナノドットの形成 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230311098A1 (ja) |
| EP (1) | EP4204598A1 (ja) |
| JP (1) | JP2023539556A (ja) |
| KR (1) | KR20230057427A (ja) |
| CN (1) | CN116034181A (ja) |
| TW (1) | TWI830049B (ja) |
| WO (1) | WO2022047351A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4345062A1 (en) | 2022-09-28 | 2024-04-03 | Nawatechnologies | Catalytic electrode for fuel cell or electrolytic cell, and process for manufacturing said electrode |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101038750B1 (ko) * | 2009-05-20 | 2011-06-03 | 한국에너지기술연구원 | 탄소나노튜브의 내부 채널에 금속촉매 나노입자가 담지된 탄소나노튜브 촉매 및 이의 제조방법 |
| JP2012069849A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置の製造方法 |
| CN105032385B (zh) * | 2015-07-08 | 2017-09-12 | 华中科技大学 | 一种金属氧化物/铂纳米颗粒复合催化剂的制备方法 |
| KR102188585B1 (ko) * | 2019-01-18 | 2020-12-09 | 한국과학기술연구원 | 금속 단일 원자 촉매 및 이의 제조방법 |
| CN111013575A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-17 | 重庆三峡学院 | 一种石墨烯-铂复合纳米材料、制备方法及其在降解环境污染物中的应用 |
-
2021
- 2021-08-23 TW TW110131068A patent/TWI830049B/zh active
- 2021-08-31 WO PCT/US2021/048328 patent/WO2022047351A1/en unknown
- 2021-08-31 US US18/023,785 patent/US20230311098A1/en active Pending
- 2021-08-31 CN CN202180055745.6A patent/CN116034181A/zh active Pending
- 2021-08-31 JP JP2023508018A patent/JP2023539556A/ja active Pending
- 2021-08-31 KR KR1020237010139A patent/KR20230057427A/ko active Search and Examination
- 2021-08-31 EP EP21862948.3A patent/EP4204598A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116034181A (zh) | 2023-04-28 |
| EP4204598A1 (en) | 2023-07-05 |
| KR20230057427A (ko) | 2023-04-28 |
| US20230311098A1 (en) | 2023-10-05 |
| TW202219300A (zh) | 2022-05-16 |
| WO2022047351A1 (en) | 2022-03-03 |
| TWI830049B (zh) | 2024-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | Out-of-plane growth of CNTs on graphene for supercapacitor applications | |
| Ouyang et al. | A brief review on plasma for synthesis and processing of electrode materials | |
| CN106544640B (zh) | 纳米颗粒的碳涂覆方法及由此制造的以碳涂覆的纳米颗粒 | |
| EP1952467B9 (en) | Nanowire structures comprising carbon | |
| US7842432B2 (en) | Nanowire structures comprising carbon | |
| RU2437832C2 (ru) | Углеродные нанотрубки, функционализированные фуллеренами | |
| KR101287891B1 (ko) | 연료전지용 촉매의 제조방법 | |
| Zhang et al. | Heterostructure of 2D CoP nanosheets/1D carbon nanotubes to significantly boost the alkaline hydrogen evolution | |
| US20070212538A1 (en) | Nanowire structures comprising carbon | |
| JP2022078157A (ja) | 増大した触媒活性を備えた電気化学触媒 | |
| US20070160899A1 (en) | Alloy catalyst compositions and processes for making and using same | |
| Hu et al. | Coating strategies for atomic layer deposition | |
| KR102037382B1 (ko) | 포러스 카본 쉘을 포함하는 다중 층 코어-쉘 나노입자의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코어-쉘 나노입자 | |
| JP4815823B2 (ja) | 燃料電池用触媒及びその製造方法、並びにそれを用いた燃料電池用電極及び燃料電池 | |
| JP2008021609A (ja) | 直接型メタノール燃料電池及び触媒 | |
| Salernitano et al. | Direct growth of carbon nanofibers on carbon-based substrates as integrated gas diffusion and catalyst layer for polymer electrolyte fuel cells | |
| KR20190080861A (ko) | 전기 화학적 촉매의 원자층 증착 | |
| KR102226920B1 (ko) | 리튬-공기 전지용 전극 및 이의 제조 방법 | |
| JP2015227506A (ja) | 白金族金属および早期遷移金属の合金を調製する方法 | |
| Zhou et al. | Multi-directional growth of aligned carbon nanotubes over catalyst film prepared by atomic layer deposition | |
| JP2023539556A (ja) | パルス／連続ＣＶＤ又は分子層蒸着による触媒Ｐｔナノドットの形成 | |
| KR20190036273A (ko) | 포러스 카본 쉘을 포함하는 다중 층 코어-쉘 나노입자의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코어-쉘 나노입자 | |
| Huang et al. | Facile synthesis of PdSn alloy octopods through the Stranski–Krastanov growth mechanism as electrocatalysts towards the ethanol oxidation reaction | |
| JP7163645B2 (ja) | カーボンナノチューブ電極及びこれを用いた蓄電デバイス並びにカーボンナノチューブ複合体の製造方法 | |
| JP2008021610A (ja) | Ｐｅｆｃ型燃料電池及び触媒 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230313 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230313 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20230320 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20230324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240507 |