JP6789491B2 - Metal foil catalyst and its manufacturing method, and catalyst converter - Google Patents

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Description

本発明は、金属箔触媒及びその製造方法、並びに触媒コンバータに関する。
本願は、2015年8月25日に日本に出願された特願2015−166264号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a metal foil catalyst, a method for producing the same, and a catalytic converter.
The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-166264 filed in Japan on August 25, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference.

ガソリンを燃料とする自動車(ガソリン車)の排ガスには、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)等が含まれる。このため、大気汚染等の点から、ガソリン車の排ガス浄化は、大きな社会問題となっている。Exhaust gas from gasoline-fueled automobiles (gasoline vehicles) includes hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO x ), and the like. For this reason, purification of exhaust gas from gasoline-powered vehicles has become a major social problem in terms of air pollution and the like.

ガソリン車には、前記の排ガス中の成分を還元・酸化によって浄化する装置(触媒コンバータ)が備えられている。
従来、触媒コンバータは、主に湿式含浸法によって製造されている。
例えば、下記の工程(i)〜(v)により、ハニカム形状の基材がパウダー状の触媒成分で被覆された触媒コンバータ(いわゆるハニカム触媒)が製造される。
(i)地金の貴金属を粉砕して粉末にする。
(ii)この粉末を溶媒に溶解して、貴金属塩の溶液を調製する。
(iii)この貴金属塩の溶液に、アルミナ等の多孔質パウダーを添加して撹拌し、貴金属塩の溶液が含浸した多孔質パウダーの分散液(スラリー)を調製する。
(iv)別途、ハニカム形状の基材を用意し、当該基材の表面にウォッシュコート層を予め形成する。
(v)前記スラリーを、ウォッシュコート層が形成されたハニカム形状の基材に塗布し、焼成する。
Gasoline vehicles are equipped with a device (catalytic converter) that purifies the components in the exhaust gas by reduction and oxidation.
Conventionally, catalytic converters are mainly manufactured by a wet impregnation method.
For example, the following steps (i) to (v) produce a catalyst converter (so-called honeycomb catalyst) in which a honeycomb-shaped base material is coated with a powder-like catalyst component.
(I) The precious metal of the bullion is crushed into powder.
(Ii) This powder is dissolved in a solvent to prepare a solution of a noble metal salt.
(Iii) A porous powder such as alumina is added to the noble metal salt solution and stirred to prepare a dispersion (slurry) of the porous powder impregnated with the noble metal salt solution.
(Iv) Separately, a honeycomb-shaped base material is prepared, and a wash coat layer is formed in advance on the surface of the base material.
(V) The slurry is applied to a honeycomb-shaped base material on which a wash coat layer is formed and fired.

図12は、従来のハニカム触媒の一実施形態を示している。
図12に示すハニカム触媒200は、ハニカム形状の基材210(担体)と、基材210上に設けられた触媒層220と、を備える。好ましくは、基材210の厚さは40μm以上、触媒層220の厚さは約10〜30μmとされる。
基材210には、例えば、メタル製のメタルハニカム基材(厚さ40〜50μm)、セラミックス製のセラミックスハニカム基材(厚さ100〜200μm)が用いられる。
触媒層220には、アルミナ等の多孔質パウダーとこれに担持される貴金属とが含まれる。
FIG. 12 shows an embodiment of a conventional honeycomb catalyst.
The honeycomb catalyst 200 shown in FIG. 12 includes a honeycomb-shaped base material 210 (carrier) and a catalyst layer 220 provided on the base material 210. Preferably, the thickness of the base material 210 is 40 μm or more, and the thickness of the catalyst layer 220 is about 10 to 30 μm.
As the base material 210, for example, a metal honeycomb base material (thickness 40 to 50 μm) made of metal and a ceramic honeycomb base material (thickness 100 to 200 μm) made of ceramics are used.
The catalyst layer 220 contains a porous powder such as alumina and a noble metal supported on the porous powder.

特許文献1には、ステンレス製のメタルハニカム基材表面に、γアルミナ粉末と金属成分粉末と水とを混錬して得たスラリーを塗布し乾燥させることにより触媒層が形成されてなる、触媒コンバータが開示されている。According to Patent Document 1, a catalyst layer is formed by applying a slurry obtained by kneading γ-alumina powder, metal component powder and water on the surface of a stainless steel metal honeycomb base material and drying the mixture. The converter is disclosed.

特開2006−223925号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-223925

特許文献1等で提案されているようなハニカム触媒は、湿式プロセスによって、ハニカム形状の基材に貴金属を担持させて製造される。このため、ハニカム触媒を製造する際には、所定形状の基材(担体)が必要となる。加えて、湿式プロセスによるハニカム触媒の製造方法においては、製造工程数が多くなる、その製造工程毎で貴金属の損失が生じやすい、といったような製造性の点で不具合がある。
また、近年、自動車エンジン性能の向上、排出ガス規制の強化等に伴い、従来の触媒コンバータには、触媒活性の向上や、高温(例えば900℃以上)使用での耐久性の更なる向上が要求される。
A honeycomb catalyst as proposed in Patent Document 1 and the like is produced by supporting a precious metal on a honeycomb-shaped base material by a wet process. Therefore, when producing a honeycomb catalyst, a base material (carrier) having a predetermined shape is required. In addition, the method for manufacturing a honeycomb catalyst by a wet process has problems in terms of manufacturability, such as an increase in the number of manufacturing steps and a tendency for loss of precious metal to occur in each manufacturing step.
Further, in recent years, with the improvement of automobile engine performance and the tightening of exhaust gas regulations, conventional catalytic converters are required to have improved catalytic activity and further improved durability at high temperatures (for example, 900 ° C. or higher). Will be done.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、所定形状の基材(担体)を必要とせず、高い自由度での成形も可能であり、かつ、触媒活性が高められた金属箔触媒、製造性に優れた当該金属箔触媒の製造方法、並びに触媒コンバータを提供することを課題とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a metal leaf catalyst that does not require a base material (carrier) having a predetermined shape, can be molded with a high degree of freedom, and has enhanced catalytic activity. An object of the present invention is to provide a method for producing the metal leaf catalyst having excellent manufacturability, and a catalyst converter.

ハニカム触媒は、従来、ハニカム形状の基材(担体)を用意し、湿式プロセスによって、当該担体を、アルミナ等に貴金属が担持されたパウダー状の触媒成分でコーティングすることにより製造されている。
これに対し、本発明者らは、検討の中で、担体として金属箔を採用し、当該金属箔上に、貴金属を含有する触媒層を特定の厚さで薄く形成して、これまでよりも貴金属の使用量を大幅に抑えても、より高い触媒機能を発揮し得る金属箔が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
Conventionally, a honeycomb catalyst is produced by preparing a honeycomb-shaped base material (carrier) and coating the carrier with a powder-like catalyst component in which a noble metal is supported on alumina or the like by a wet process.
On the other hand, in the study, the present inventors adopted a metal foil as a carrier and formed a catalyst layer containing a noble metal thinly with a specific thickness on the metal foil to make it thinner than before. We have found that a metal foil capable of exhibiting a higher catalytic function can be obtained even if the amount of noble metal used is significantly reduced, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の金属箔触媒は、金属箔と、当該金属箔上に設けられた触媒層と、を備え、前記触媒層は、貴金属を含有し、前記金属箔の厚さT(nm)及び前記触媒層の厚さT(nm)が下式(1)を満たすことを特徴とする。
20<T/T ・・・(1)
That is, the metal foil catalyst of the present invention includes a metal foil, and a catalyst layer provided on the metal foil, the catalyst layer contains a noble metal, the thickness T S (nm) of the metal foil and the thickness T C of the catalyst layer (nm) is characterized by satisfying the following formula (1).
20 <T S / T C ··· (1)

前記貴金属は、ロジウム、パラジウム、白金、銀、イリジウム、及びこれらの1種以上を含む合金からなる群より選択されることが好ましい。The noble metal is preferably selected from the group consisting of rhodium, palladium, platinum, silver, iridium, and alloys containing one or more of these.

本発明の金属箔触媒としては、前記金属箔と前記触媒層との間に配置され、これらの両方に隣接する中間層をさらに備え、前記触媒層は、ロジウムを含む層であり、前記中間層は、ジルコニウムを含む層であるものも好適に挙げられる。The metal foil catalyst of the present invention is further provided with an intermediate layer arranged between the metal foil and the catalyst layer and adjacent to both of them, and the catalyst layer is a layer containing rhodium and is the intermediate layer. Is also preferably a layer containing zirconium.

また、本発明の金属箔触媒の製造方法は、前記本発明の金属箔触媒の製造方法であって、前記金属箔上に、アーク放電によって、前記貴金属を含む触媒層形成用材料を蒸着させて前記触媒層を形成する触媒層形成工程を有することを特徴とする。Further, the method for producing a metal foil catalyst of the present invention is the method for producing a metal foil catalyst of the present invention, in which a catalyst layer forming material containing the noble metal is deposited on the metal foil by arc discharge. It is characterized by having a catalyst layer forming step for forming the catalyst layer.

前記触媒層形成工程においては、前記金属箔をロールツーロール方式で搬送しながら、前記金属箔上に連続的にアーク放電によって前記触媒層形成用材料を蒸着させることが好ましい。
前記金属箔として、予め表層を酸化させた金属箔を用いることが好ましい。
In the catalyst layer forming step, it is preferable to deposit the catalyst layer forming material on the metal foil by continuous arc discharge while transporting the metal foil in a roll-to-roll manner.
As the metal foil, it is preferable to use a metal foil whose surface layer has been oxidized in advance.

また、本発明の触媒コンバータは、前記本発明の金属箔触媒の加工品であることを特徴とする。Further, the catalyst converter of the present invention is a processed product of the metal foil catalyst of the present invention.

本発明によれば、所定形状の基材(担体)を必要とせず、高い自由度での成形が可能であり、かつ、触媒活性が高められた金属箔触媒、及び製造性に優れたその製造方法、並びに触媒コンバータを提供できる。According to the present invention, a metal foil catalyst that does not require a base material (carrier) having a predetermined shape, can be molded with a high degree of freedom, and has enhanced catalytic activity, and its production having excellent manufacturability. Methods, as well as catalytic converters can be provided.

金属箔触媒の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of a metal foil catalyst. 金属箔触媒の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other embodiment of a metal foil catalyst. 金属箔触媒の製造装置の一実施形態についての概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure about one Embodiment of the metal foil catalyst manufacturing apparatus. アーク蒸着源からのプラズマ照射の回数(ショット数)と、触媒層(Rh層)の厚さ及び貴金属(Rh)の担持量と、の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation (the number of shots) from an arc vapor deposition source, the thickness of a catalyst layer (Rh layer), and the amount of a noble metal (Rh) supported. 実施例1〜4の金属箔触媒(fresh)とこれらに加熱処理を施した金属箔触媒(aged)に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。NO conversion rate, CO conversion rate, C 3 H with respect to the reaction temperature when the mixed gas is brought into contact with the metal foil catalysts (fresh) of Examples 1 to 4 and the metal foil catalysts (aged) obtained by heat-treating them. 6 It is a graph which shows each change of conversion rate. Rh/耐熱性SUS箔触媒における、加熱処理前(上段;fresh)及び加熱処理後(下段;900℃ aged)の各表面状態を示す画像である。6 is an image showing the surface states of the Rh / heat-resistant SUS foil catalyst before heat treatment (upper stage; fresh) and after heat treatment (lower stage; 900 ° C. aged). 耐熱性SUS箔における、加熱処理の前後の各表面状態を示す画像である。It is an image which shows each surface state before and after the heat treatment in a heat-resistant SUS foil. 図8(a)は、耐熱性SUS箔についての、反応温度に対する表層組成の変化を示すグラフであり、図8(b)はX線回折(XRD)法による測定結果を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing the change in surface layer composition with respect to the reaction temperature of the heat-resistant SUS foil, and FIG. 8B is a graph showing the measurement result by the X-ray diffraction (XRD) method. 予め加熱処理を施した耐熱性SUS箔を用いて製造されたRh/耐熱性SUS箔触媒に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。NO conversion rate, CO conversion rate, and C 3 H 6 conversion rate with respect to the reaction temperature when the mixed gas is brought into contact with the Rh / heat-resistant SUS foil catalyst manufactured using the heat-resistant SUS foil that has been heat-treated in advance. It is a graph which shows each change of. 各例の触媒に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフであり、図10(a)は本発明を適用したRh/耐熱性SUS箔触媒を用いた場合についてのグラフ、図10(b)はパウダー状触媒成分(従来タイプ)を用いた場合についてのグラフである。When contacting the mixed gas to the catalyst for each example, NO conversion versus reaction temperature, CO conversion is a graph showing each change of C 3 H 6 conversion, FIG. 10 (a) applying the present invention The graph is for the case where the Rh / heat-resistant SUS foil catalyst is used, and FIG. 10 (b) is the graph for the case where the powdery catalyst component (conventional type) is used. 各例の触媒に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフであり、図11(a)は実施例7の金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)を用いた場合についてのグラフ、図11(b)は実施例8の金属箔触媒(Rh/Zr/耐熱性SUS箔触媒)を用いた場合についてのグラフである。When contacting the mixed gas to the catalyst for each example, NO conversion versus reaction temperature, CO conversion is a graph showing each change of C 3 H 6 conversion, FIG. 11 (a) of Example 7 The graph when the metal foil catalyst (Rh / heat resistant SUS foil catalyst) is used, FIG. 11B shows the case where the metal foil catalyst (Rh / Zr / heat resistant SUS foil catalyst) of Example 8 is used. It is a graph. 従来のハニカム触媒の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the conventional honeycomb catalyst.

(金属箔触媒)
本発明の金属箔触媒は、金属箔と、当該金属箔上に設けられた触媒層と、を備えるものである。
(Metal leaf catalyst)
The metal foil catalyst of the present invention includes a metal foil and a catalyst layer provided on the metal foil.

図1は、金属箔触媒の一実施形態を示している。
本実施形態の金属箔触媒1は、金属箔10と、金属箔10上に設けられた触媒層20と、を備える。
図1では、金属箔10の厚さをT、触媒層20の厚さをTとしている。
金属箔触媒1は、金属箔10の厚さT(nm)及び触媒層20の厚さT(nm)が下式(1)を満たすものである。
20<T/T ・・・(1)
FIG. 1 shows an embodiment of a metal foil catalyst.
The metal foil catalyst 1 of the present embodiment includes a metal foil 10 and a catalyst layer 20 provided on the metal foil 10.
In Figure 1, it has a thickness T S of the metal foil 10, the thickness of the catalyst layer 20 and the T C.
Metal foil catalyst 1 is a thickness T C of the thickness T S (nm) and the catalyst layer 20 of the metal foil 10 (nm) satisfies the following formula (1).
20 <T S / T C ··· (1)

金属箔触媒1において、T/Tは、20超であり、好ましい下限値は50以上であり、より好ましくは100以上であり、さらに好ましくは500以上、特に好ましくは1000以上、最も好ましくは2000以上である。
一方、好ましい上限値は20000以下であり、加えて好ましくは10000以下、より好ましくは6000以下、さらに好ましくは5000以下、特に好ましくは4000以下、最も好ましくは3000以下である。
/Tが前記の下限値超であれば、触媒層20が金属箔10に対して薄く設けられていても、充分な触媒機能が発揮され、本発明の技術的意義がある。
/Tが前記の好ましい上限値以下であれば、金属箔触媒1として充分な強度が保たれやすくなる。
In the metal foil catalyst 1, T S / T C is greater than 20, preferably lower limit is 50 or more, more and preferably 100 or more, more preferably 500 or more, particularly preferably 1000 or more, and most preferably It is over 2000.
On the other hand, the preferable upper limit value is 20000 or less, and in addition, it is preferably 10000 or less, more preferably 6000 or less, further preferably 5000 or less, particularly preferably 4000 or less, and most preferably 3000 or less.
If T S / T C is the lower limit value greater than the even catalyst layer 20 is provided thinner the metal foil 10, sufficient catalytic function is exhibited, there is a technical significance of the present invention.
If T S / T C is less preferred upper limit of the sufficient strength it is easily maintained as a metal foil catalyst 1.

金属箔触媒1の厚さ(T+T)は、好ましくは5000〜70000nmであり、より好ましくは10000〜70000nm、さらに好ましくは30000〜70000nm、特に好ましくは40000〜60000nmである。The thickness of the metal foil catalyst 1 (T S + T C) is preferably 5000~70000Nm, more preferably 10000~70000Nm, more preferably 30000~70000Nm, particularly preferably 40000~60000Nm.

<金属箔>
金属箔10の材料としては、用途に応じて要求される耐熱性などを勘案して適宜選択され、例えばステンレス鋼、アルミニウム、チタン等が挙げられる。これらの中でも、耐久性及び加工性などの点から、ステンレス鋼が好ましい。
例えば、金属箔触媒1がガソリン車の触媒コンバータに利用される場合、高温の排ガスに晒されるため、金属箔10の材料として、高い耐熱性を有するステンレス鋼(耐熱性ステンレス鋼)を用いることが好ましい。例えば、600〜1000℃に対して耐熱性を有するステンレス鋼が挙げられ、より好ましくは900〜1000℃に対して耐熱性を有するステンレス鋼が挙げられる。
好ましい耐熱性ステンレス鋼としては、耐熱性ステンレス鋼を構成する成分の総量(100質量%)に対し、例えば、鉄75〜80質量%と、クロム15〜20質量%と、アルミニウム5〜10質量%と、を含有するものが挙げられる。
<Metal leaf>
The material of the metal foil 10 is appropriately selected in consideration of the heat resistance required according to the application, and examples thereof include stainless steel, aluminum, and titanium. Among these, stainless steel is preferable from the viewpoint of durability and workability.
For example, when the metal foil catalyst 1 is used in a catalyst converter of a gasoline vehicle, it is exposed to high-temperature exhaust gas. Therefore, stainless steel having high heat resistance (heat-resistant stainless steel) may be used as the material of the metal foil 10. preferable. For example, stainless steel having heat resistance to 600 to 1000 ° C. is mentioned, and more preferably stainless steel having heat resistance to 900 to 1000 ° C. is mentioned.
As the preferable heat-resistant stainless steel, for example, iron 75 to 80% by mass, chromium 15 to 20% by mass, and aluminum 5 to 10% by mass with respect to the total amount (100% by mass) of the components constituting the heat-resistant stainless steel. And, those containing.

金属箔10の厚さT(nm)は、用途等に応じて適宜決定され、例えば5000〜70000nmが好ましく、より好ましくは10000〜70000nm、さらに好ましくは30000〜70000nm、特に好ましくは40000〜60000nmである。The thickness of the metal foil 10 T S (nm) is appropriately determined in accordance with the application etc., for example 5000~70000nm, more preferably 10000~70000Nm, more preferably 30000~70000Nm, particularly preferably at 40000~60000nm is there.

<触媒層>
触媒層20は、触媒成分である貴金属を含有する。
かかる貴金属の好ましいものとしては、例えば、ロジウム、パラジウム、白金、銀、イリジウム、及びこれらの1種以上を含む合金からなる群より選択されるものが挙げられる。合金としては、ロジウムと白金との合金(例えば、質量比が前者:後者=1:6)、パラジウムと白金との合金(例えば、質量比が前者:後者=1:1)等が挙げられる。
かかる貴金属は、1種単独で用いてもよいし2種以上を用いてもよい。
上記の中でも、かかる貴金属としては、触媒活性がより高められることから、ロジウム、パラジウム、白金、及びこれらの1種以上を含む合金からなる群より選択されるものがより好ましく、ロジウムを含むものが特に好ましい。
<Catalyst layer>
The catalyst layer 20 contains a noble metal that is a catalyst component.
Preferred such noble metals include, for example, those selected from the group consisting of rhodium, palladium, platinum, silver, iridium, and alloys containing one or more of these. Examples of the alloy include an alloy of rhodium and platinum (for example, a mass ratio of the former: the latter = 1: 6), an alloy of palladium and platinum (for example, a mass ratio of the former: the latter = 1: 1), and the like.
Such a precious metal may be used alone or in combination of two or more.
Among the above, the precious metal is more preferably selected from the group consisting of rhodium, palladium, platinum, and alloys containing one or more of these, because the catalytic activity is further enhanced, and those containing rhodium are more preferable. Especially preferable.

触媒層20中、かかる貴金属の含有量は、触媒層20の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。The content of the noble metal in the catalyst layer 20 is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, based on the total amount (100% by mass) of the catalyst layer 20. It is 90% by mass or more, and may be 100% by mass.

触媒層20は、貴金属以外の成分を含有してもよい。
貴金属以外の成分としては、例えばセリウム、ジルコニウム等が挙げられる。
The catalyst layer 20 may contain components other than the noble metal.
Examples of components other than precious metals include cerium, zirconium and the like.

触媒層20の厚さT(nm)は、用途等に応じて適宜決定され、例えば1000nm以下が好ましく、より好ましくは500nm以下、さらに好ましくは200nm以下、特に好ましくは100nm以下、最も好ましくは50nm以下である。
一方、好ましい下限値は1nm以上であり、好ましくは2nm以上、より好ましくは5nm以上、さらに好ましくは10nm以上、特に好ましくは15nm以上、最も好ましくは20nm以上である。
The thickness T C (nm) is the catalyst layer 20 is appropriately determined in accordance with the application etc., for example, it is preferably from 1000 nm, more preferably 500nm or less, more preferably 200nm or less, particularly preferably 100nm or less, and most preferably 50nm It is as follows.
On the other hand, the lower limit is preferably 1 nm or more, preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more, still more preferably 10 nm or more, particularly preferably 15 nm or more, and most preferably 20 nm or more.

以上説明したように、本実施形態の金属箔触媒1は、金属箔10上に、貴金属を含有する触媒層20が特定の厚さ(20<T/T)で設けられたものである。
金属箔触媒1は、所定形状の基材(担体)を必要とせずに製造でき、箔形状であることから、高い自由度での成形が可能である。
加えて、金属箔触媒1は、その表面に触媒層20を備えることから触媒機能を有し、触媒活性が高められている。そして、金属箔触媒1は、排ガス浄化反応において触媒作用を奏する。
また、本実施形態の金属箔触媒1によれば、金属箔10に対して触媒層20が従来に比べて格段に薄く設けられているため、貴金属の使用量が抑えられる。
As described above, the metal foil catalyst 1 of the present embodiment, on the metal foil 10, in which the catalyst layer 20 containing the noble metal is provided in a specific thickness (20 <T S / T C ) ..
The metal foil catalyst 1 can be manufactured without the need for a base material (carrier) having a predetermined shape, and since it has a foil shape, it can be molded with a high degree of freedom.
In addition, since the metal foil catalyst 1 is provided with a catalyst layer 20 on its surface, it has a catalytic function and its catalytic activity is enhanced. Then, the metal foil catalyst 1 acts as a catalyst in the exhaust gas purification reaction.
Further, according to the metal foil catalyst 1 of the present embodiment, the catalyst layer 20 is provided much thinner than the metal foil 10 as compared with the conventional case, so that the amount of precious metal used can be suppressed.

上述した実施形態の金属箔触媒1は、金属箔10と触媒層20との積層体であったが、本発明はこれに限定されず、他の実施形態であってもよい。The metal foil catalyst 1 of the above-described embodiment is a laminate of the metal foil 10 and the catalyst layer 20, but the present invention is not limited to this, and other embodiments may be used.

図2は、金属箔触媒の他の実施形態を示している。
図2に示す金属箔触媒2は、金属箔12と、ロジウムを含む触媒層22と、ジルコニウムを含む中間層60と、の積層体である。中間層60は、金属箔12と触媒層22との間に配置され、これらの両方に隣接している。
図2では、金属箔12の厚さをT、触媒層22の厚さをT、中間層60の厚さをTとしている。
金属箔触媒2は、金属箔12の厚さT(nm)及び触媒層22の厚さT(nm)が下式(2)を満たすものである。
20<T/T ・・・(2)
金属箔触媒2において、T/Tの好適な範囲は、上記T/Tと同様である。
FIG. 2 shows another embodiment of the metal foil catalyst.
The metal foil catalyst 2 shown in FIG. 2 is a laminate of a metal foil 12, a catalyst layer 22 containing rhodium, and an intermediate layer 60 containing zirconium. The intermediate layer 60 is arranged between the metal foil 12 and the catalyst layer 22 and is adjacent to both of them.
In FIG. 2, the thickness of the metal foil 12 T S, the thickness T C of the catalyst layer 22, the thickness of the intermediate layer 60 as a T I.
Metal foil catalyst 2 is a thickness of the metal foil 12 T S (nm) and the thickness T C of the catalyst layer 22 (nm) satisfies the following formula (2).
20 <T S / T C ··· (2)
In the metal foil catalyst 2, the preferred range of T S / T C is the same as the above T S / T C.

/(T+T)は、好ましい下限値は20以上、より好ましくは50以上、さらに好ましくは100以上である。一方、好ましい上限値は1000以下、より好ましくは500以下、さらに好ましくは200以下である。
金属箔触媒2の厚さ(T+T+T)は、好ましくは5000〜70000nmであり、より好ましくは10000〜60000nmである。
T S / (T I + T C) is preferably a lower limit of 20 or more, more preferably 50 or more, further preferably 100 or more. On the other hand, the preferable upper limit value is 1000 or less, more preferably 500 or less, still more preferably 200 or less.
The thickness of the metal foil catalyst 2 (T S + T I + T C) is preferably 5000~70000Nm, more preferably 10000~60000Nm.

金属箔12についての説明は、上記金属箔10と同様である。The description of the metal foil 12 is the same as that of the metal foil 10.

触媒層22は、貴金属として少なくともロジウムを含む層である。
触媒層22中、ロジウムの含有量は、触媒層22の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
触媒層22は、ロジウム以外の成分を含有してもよい。ロジウム以外の成分としては、例えば、パラジウム、白金、銀、イリジウム等が挙げられる。触媒層22は、これらのロジウム以外の成分とロジウムとの合金を含む層でもよい。
触媒層22の厚さTは、用途等に応じて適宜決定され、例えば1000nm以下が好ましく、より好ましくは500nm以下、さらに好ましくは200nm以下、特に好ましくは100nm以下、最も好ましくは50nm以下である。一方、下限値は1nm以上が好ましく、より好ましくは2nm以上、さらに好ましくは5nm以上、特に好ましくは10nm以上である。
The catalyst layer 22 is a layer containing at least rhodium as a noble metal.
The content of rhodium in the catalyst layer 22 is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further preferably 90% by mass, based on the total amount (100% by mass) of the catalyst layer 22. It is mass% or more, and may be 100 mass%.
The catalyst layer 22 may contain components other than rhodium. Examples of components other than rhodium include palladium, platinum, silver, iridium and the like. The catalyst layer 22 may be a layer containing an alloy of these components other than rhodium and rhodium.
The thickness T C of the catalyst layer 22 is appropriately determined in accordance with the application etc., for example, is preferably from 1000 nm, more preferably 500nm or less, more preferably 200nm or less, particularly preferably 100nm or less, and most preferably is 50nm or less .. On the other hand, the lower limit is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, still more preferably 5 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more.

<中間層>
中間層60は、ジルコニウムを含む層である。
中間層60中、ジルコニウムの含有量は、中間層60の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
中間層60は、ジルコニウム以外の成分を含有してもよい。ジルコニウム以外の成分としては、例えばセリウム、イットリウム等が挙げられる。
中間層60の厚さT(nm)は、用途等に応じて適宜決定され、
例えば50nm以上が好ましく、より好ましくは100nm以上、さらに好ましくは200nm以上である。一方、上限値は1000nm以下が好ましく、より好ましくは500nm以下、さらに好ましくは300nm以下である。
<Middle layer>
The intermediate layer 60 is a layer containing zirconium.
The content of zirconium in the intermediate layer 60 is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further preferably 90% by mass, based on the total amount (100% by mass) of the intermediate layer 60. It is mass% or more, and may be 100 mass%.
The intermediate layer 60 may contain components other than zirconium. Examples of components other than zirconium include cerium and yttrium.
The thickness of the intermediate layer 60 T I (nm) is appropriately determined in accordance with the application etc.,
For example, it is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and further preferably 200 nm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, still more preferably 300 nm or less.

上述した図2に示す金属箔触媒2は、金属箔触媒1と同様、所定形状の基材(担体)を必要とせずに製造できる。加えて、金属箔触媒2は、その表面に触媒層22を備えることから触媒機能を有し、触媒活性が高められている。そして、金属箔触媒2は、排ガス浄化反応において触媒作用を奏する。
また、金属箔触媒2においては、中間層60を介して金属箔12と触媒層22とが配置されているため、触媒層22に含まれるロジウムの均一に密な状態での分布が維持されて、高い触媒作用を安定的に奏し得る。これによって、特に高温使用での耐久性がより高められている。
また、かかる金属箔触媒2は、中間層60が介在していても全体としての厚みが極めて薄く、箔形状であることから、高い自由度、表面積、開口率およびセル密度での成形が可能である。
Like the metal foil catalyst 1, the metal foil catalyst 2 shown in FIG. 2 described above can be manufactured without the need for a base material (carrier) having a predetermined shape. In addition, since the metal foil catalyst 2 is provided with a catalyst layer 22 on its surface, it has a catalytic function and its catalytic activity is enhanced. Then, the metal foil catalyst 2 acts as a catalyst in the exhaust gas purification reaction.
Further, in the metal foil catalyst 2, since the metal foil 12 and the catalyst layer 22 are arranged via the intermediate layer 60, the distribution of rhodium contained in the catalyst layer 22 in a uniform and dense state is maintained. , High catalytic action can be stably achieved. This makes it more durable, especially when used at high temperatures.
Further, since the metal foil catalyst 2 has an extremely thin overall thickness and a foil shape even if the intermediate layer 60 is interposed, it can be molded with a high degree of freedom, a surface area, an aperture ratio, and a cell density. is there.

(金属箔触媒の製造方法)
本発明の金属箔触媒の製造方法は、上述した金属箔触媒の製造方法であって、前記金属箔上に、アーク放電によって、前記貴金属を含む触媒層形成用材料を蒸着させて前記触媒層を形成する触媒層形成工程を有する。
(Manufacturing method of metal foil catalyst)
The method for producing a metal foil catalyst of the present invention is the method for producing a metal foil catalyst described above, wherein a catalyst layer forming material containing the noble metal is vapor-deposited on the metal foil by arc discharge to form the catalyst layer. It has a catalyst layer forming step of forming.

触媒層形成用材料は、貴金属と、必要に応じて貴金属以外の成分と、を含む。ここでの貴金属、貴金属以外の成分としては、上述した触媒層20が含有する貴金属、触媒層20が含有してもよい貴金属以外の成分と同様のものが挙げられる。
触媒層形成用材料中、かかる貴金属の含有量は、触媒層形成用材料の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
The material for forming the catalyst layer contains a noble metal and, if necessary, a component other than the noble metal. Examples of the noble metal and components other than the noble metal here include the noble metal contained in the catalyst layer 20 and the same components other than the noble metal that the catalyst layer 20 may contain.
The content of the noble metal in the catalyst layer forming material is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more with respect to the total amount (100% by mass) of the catalyst layer forming material. More preferably, it is 90% by mass or more, and may be 100% by mass.

例えば、図1に示す金属箔触媒1は、図3に示す製造装置を用いることによって製造できる。For example, the metal foil catalyst 1 shown in FIG. 1 can be manufactured by using the manufacturing apparatus shown in FIG.

図3は、金属箔触媒の製造装置の一実施形態を示している。
図3に示す製造装置100は、アーク蒸着源30と金属箔走行部40とから構成される。アーク蒸着源30と金属箔走行部40とは、触媒層が形成される金属箔10面がアーク蒸着源30と対向するように配置されている。
FIG. 3 shows an embodiment of a metal foil catalyst manufacturing apparatus.
The manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 3 is composed of an arc vapor deposition source 30 and a metal foil traveling portion 40. The arc vapor deposition source 30 and the metal foil traveling portion 40 are arranged so that the 10 surfaces of the metal foil on which the catalyst layer is formed face the arc vapor deposition source 30.

アーク蒸着源30は、円筒状の碍子31と、触媒層形成用材料からなり、碍子31の内周面に接するように配置された円柱状のカソード50と、碍子31の外周面に接するように配置された円筒状のトリガ電極32と、トリガ電極32の外周側に同心状に離間して配置されたアノード33と、電源ユニット34と、を備える。
電源ユニット34は、アーク電源34aとトリガ電源34bとコンデンサ34cとを有する。
アーク電源34aは、配線35aを介してアノード33と接続され、配線35cを介してカソード50と接続され、アノード33とカソード50との間に電圧を印加できるように構成されている。
トリガ電源34bは、配線35bを介してトリガ電極32と接続され、配線35cを介してカソード50と接続され、トリガ電極32とカソード50との間に電圧を印加できるように構成されている。
コンデンサ34cは、アーク電源34aによって充電されるように接続されている。
The arc vapor deposition source 30 is made of a cylindrical porcelain 31 and a material for forming a catalyst layer, and is in contact with a cylindrical cathode 50 arranged so as to be in contact with the inner peripheral surface of the porcelain 31 and an outer peripheral surface of the porcelain 31. It includes an arranged cylindrical trigger electrode 32, an anode 33 concentrically arranged on the outer peripheral side of the trigger electrode 32, and a power supply unit 34.
The power supply unit 34 has an arc power supply 34a, a trigger power supply 34b, and a capacitor 34c.
The arc power supply 34a is connected to the anode 33 via the wiring 35a, is connected to the cathode 50 via the wiring 35c, and is configured so that a voltage can be applied between the anode 33 and the cathode 50.
The trigger power supply 34b is connected to the trigger electrode 32 via the wiring 35b, is connected to the cathode 50 via the wiring 35c, and is configured so that a voltage can be applied between the trigger electrode 32 and the cathode 50.
The capacitor 34c is connected so as to be charged by the arc power supply 34a.

金属箔走行部40には、相互に平行に配置された一対の搬送ロール41、42を備えるロールツーロール(roll−to−roll)方式が採用されている。
図3において、金属箔10は、搬送ロール41側から搬送ロール42側へ(矢印方向に)送り出され、その先で巻き取られる。
尚、図3では、アーク放電によってプラズマ(Plasma)とされた触媒層形成用材料が、金属箔走行部40を走行する金属箔10上へ照射(パルス放電)されている状態、が波線矢印で表現されている。
The metal foil traveling portion 40 employs a roll-to-roll system including a pair of transport rolls 41 and 42 arranged parallel to each other.
In FIG. 3, the metal foil 10 is fed from the transport roll 41 side to the transport roll 42 side (in the direction of the arrow), and is wound at the tip.
In FIG. 3, a wavy arrow indicates a state in which the catalyst layer forming material, which has been turned into plasma (Plasma) by arc discharge, is irradiated (pulse discharged) onto the metal foil 10 traveling on the metal foil traveling portion 40. It is expressed.

<触媒層形成工程>
触媒層形成工程では、例えば、製造装置100を用いて、金属箔10上に、アーク放電により触媒層形成用材料を蒸着させて触媒層を形成する。すなわち、金属箔10をロールツーロール方式で搬送しながら、金属箔10上に、連続的にアーク放電によって触媒層形成用材料を蒸着させて触媒層20が形成されて、金属箔触媒1が製造される。
<Catalyst layer formation process>
In the catalyst layer forming step, for example, using the manufacturing apparatus 100, a catalyst layer forming material is deposited on the metal foil 10 by arc discharge to form a catalyst layer. That is, while the metal foil 10 is conveyed in a roll-to-roll manner, the catalyst layer 20 is formed by continuously depositing a catalyst layer forming material on the metal foil 10 by arc discharge, and the metal foil catalyst 1 is manufactured. Will be done.

触媒層形成工程は、一例として以下のように行われる。
まず、真空チャンバ(不図示)内に、アーク蒸着源30と金属箔走行部40とを、触媒層20が形成される金属箔10面がアーク蒸着源30と対向するように配置する。また、金属箔10が搬送ロール41側から搬送ロール42側へ走行するように金属箔走行部40を配置する。
次いで、真空槽内を、所定の真空雰囲気に調整する。
次いで、アーク電源34aによって、アノード33とカソード50との間に電圧を印加しつつ、トリガ電源34bによって、トリガ電極32とカソード50との間に電圧を印加する。これにより、トリガ電極32とカソード50との間でトリガ放電が発生して、触媒層形成用材料が蒸発し始める。この後、コンデンサ34cに充電された電荷によって、アノード33とカソード50との間でアーク放電が発生する。かかるアーク放電の発生により、触媒層形成用材料の蒸発粒子のプラズマが形成されて、当該蒸発粒子は金属箔10面へ飛行して蒸着し、金属箔10上に触媒層20が形成される。
所定のプラズマ照射の回数(ショット数)に達して触媒層20が形成された金属箔10部分は、搬送ロール42側へ順次送り出され、巻き取られていく。これと同時に、搬送ロール41側からアーク蒸着源30と対向する位置に新たな金属箔10部分が送り出される。そして、新たな金属箔10部分には、上記と同様にして触媒層20が形成される。
The catalyst layer forming step is performed as follows as an example.
First, in a vacuum chamber (not shown), the arc vapor deposition source 30 and the metal foil traveling portion 40 are arranged so that the 10 surfaces of the metal foil on which the catalyst layer 20 is formed face the arc vapor deposition source 30. Further, the metal foil traveling portion 40 is arranged so that the metal foil 10 travels from the transport roll 41 side to the transport roll 42 side.
Next, the inside of the vacuum chamber is adjusted to a predetermined vacuum atmosphere.
Next, the arc power supply 34a applies a voltage between the anode 33 and the cathode 50, while the trigger power supply 34b applies a voltage between the trigger electrode 32 and the cathode 50. As a result, a trigger discharge is generated between the trigger electrode 32 and the cathode 50, and the material for forming the catalyst layer begins to evaporate. After that, an arc discharge is generated between the anode 33 and the cathode 50 by the electric charge charged in the capacitor 34c. By the generation of such an arc discharge, plasma of the evaporated particles of the material for forming the catalyst layer is formed, and the evaporated particles fly to the surface of the metal foil 10 for vapor deposition, and the catalyst layer 20 is formed on the metal foil 10.
The metal foil 10 portion on which the catalyst layer 20 is formed after reaching a predetermined number of plasma irradiations (number of shots) is sequentially sent out to the transport roll 42 side and wound up. At the same time, a new metal foil 10 portion is sent out from the transport roll 41 side to a position facing the arc vapor deposition source 30. Then, the catalyst layer 20 is formed on the new metal foil 10 portion in the same manner as described above.

アーク電源34aによって、アノード33とカソード50との間に印加する電圧(放電電圧)は、好ましくは80〜150Vとされる。
トリガ電源34bによって、トリガ電極32とカソード50との間に印加する電圧は、好ましくは2〜5kVとされる。
コンデンサ34cの容量は、好ましくは250〜500μFとされる。
アーク放電の周波数は、好ましくは1〜5Hzとされる。
The voltage (discharge voltage) applied between the anode 33 and the cathode 50 by the arc power supply 34a is preferably 80 to 150V.
The voltage applied between the trigger electrode 32 and the cathode 50 by the trigger power supply 34b is preferably 2 to 5 kV.
The capacitance of the capacitor 34c is preferably 250 to 500 μF.
The frequency of the arc discharge is preferably 1 to 5 Hz.

アーク蒸着源30からのプラズマ照射の回数(ショット数)は、用途に応じて要求される耐熱性などを勘案して適宜決定され、例えば4000ショット以上が好ましく、より好ましくは6000ショット以上、さらに好ましくは8000ショット以上、特に好ましくは8000〜10000ショットとされる。
金属箔10上に担持されている貴金属の担持量は、用途に応じて要求される耐熱性などを勘案して適宜決定され、例えば10〜40μg・cm−2が好ましく、より好ましくは15〜30μg・cm−2とされる。
プラズマ照射のショット数、又は貴金属の担持量が前記の好ましい下限値以上であれば、金属箔触媒の触媒活性及び高温使用での耐久性がより高められる。当該ショット数又は貴金属の担持量が前記の好ましい上限値を超えても、金属箔触媒の触媒活性及び高温使用での耐久性の向上効果は頭打ちの傾向にある。
The number of plasma irradiations (number of shots) from the arc vapor deposition source 30 is appropriately determined in consideration of the heat resistance required according to the application, and is preferably 4000 shots or more, more preferably 6000 shots or more, still more preferably. Is 8000 shots or more, particularly preferably 8000 to 10000 shots.
The amount of the noble metal supported on the metal foil 10 is appropriately determined in consideration of the heat resistance required according to the application, and is preferably 10 to 40 μg · cm- 2 , more preferably 15 to 30 μg.・ It is said to be cm- 2 .
When the number of shots of plasma irradiation or the amount of the noble metal supported is at least the above-mentioned preferable lower limit value, the catalytic activity of the metal foil catalyst and the durability at high temperature use are further enhanced. Even if the number of shots or the amount of the noble metal supported exceeds the above-mentioned preferable upper limit value, the effect of improving the catalytic activity of the metal foil catalyst and the durability at high temperature use tends to reach a plateau.

金属箔10上における触媒層20の厚さT及び貴金属の担持量は、アーク蒸着源30からのプラズマ照射の回数(ショット数)によって制御が可能である。
製造された金属箔触媒の表面状態等については、例えば、X線回折(XRD)法、蛍光X線元素分析(XRF)法、X線光電子分光(XPS)法、走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線(SEM/EDX)による方法などを用いて確認できる。
Loading of the thickness T C and the noble metal of the catalyst layer 20 on the metal foil 10 can be controlled by the number of times of the plasma illumination from the arc evaporation source 30 (number of shots).
Regarding the surface condition of the manufactured metal foil catalyst, for example, X-ray diffraction (XRD) method, fluorescent X-ray elemental analysis (XRF) method, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method, scanning electron microscope / energy dispersive type It can be confirmed by using an X-ray (SEM / EDX) method or the like.

以上説明した金属箔触媒の製造方法は、完全な乾式プロセスであり、しかも、金属箔10上にアーク放電により触媒層形成用材料を蒸着させて巻き取る、という1段階の操作で金属箔触媒を製造できる。すなわち、かかる製造方法は、従来の湿式によるハニカム触媒の製造方法に比べて、製造工程数が大幅に少なく省プロセス化が図れている。加えて、かかる製造方法は、製造途中での貴金属の損失も生じにくく、製造性に優れる。The method for producing a metal foil catalyst described above is a completely dry process, and the metal foil catalyst is wound by depositing a catalyst layer forming material on the metal foil 10 by arc discharge and winding it up. Can be manufactured. That is, in such a manufacturing method, the number of manufacturing steps is significantly smaller than that of the conventional wet manufacturing method of the honeycomb catalyst, and the process can be saved. In addition, such a manufacturing method is excellent in manufacturability because it is less likely to cause loss of precious metals during manufacturing.

かかる製造方法により製造された金属箔触媒は、触媒層が形成された後も、金属箔が延性を有することから、加工が容易である。
かかる製造方法によれば、金属箔表面に貴金属が均一に、かつ、直接に蒸着する。このため、製造された金属箔触媒は、従来の湿式によるハニカム触媒に比べて、金属箔(担体)と貴金属との相互作用がより強められ、排ガス浄化反応において高い触媒作用を奏する。また、かかる製造方法によれば、触媒機能を有する金属箔が簡便に得られる。
The metal foil catalyst produced by such a production method is easy to process because the metal foil has ductility even after the catalyst layer is formed.
According to such a manufacturing method, the noble metal is uniformly and directly deposited on the surface of the metal foil. Therefore, the produced metal foil catalyst has a stronger interaction between the metal foil (carrier) and the noble metal than the conventional wet honeycomb catalyst, and exhibits a high catalytic action in the exhaust gas purification reaction. Further, according to such a manufacturing method, a metal foil having a catalytic function can be easily obtained.

図2に示す金属箔触媒2についても、図3に示す製造装置を用いることによって製造できる。
例えば、金属箔12上に、アーク放電によって、ジルコニウムを含む中間層形成用材料を蒸着させて中間層60を形成する中間層形成工程と、中間層形成工程で形成された中間層60上に、アーク放電によって、ロジウムを含む触媒層形成用材料(2)を蒸着させて触媒層22を形成する触媒層形成工程(2)と、を有する製造方法が用いられる。
The metal foil catalyst 2 shown in FIG. 2 can also be manufactured by using the manufacturing apparatus shown in FIG.
For example, an intermediate layer forming step of forming an intermediate layer 60 by depositing a material for forming an intermediate layer containing zirconium on a metal foil 12 by an arc discharge, and an intermediate layer 60 formed in the intermediate layer forming step. A production method including a catalyst layer forming step (2) in which a catalyst layer forming material (2) containing rhodium is vapor-deposited to form a catalyst layer 22 by an arc discharge is used.

中間層形成用材料は、ジルコニウムと、必要に応じてジルコニウム以外の成分と、を含む。
中間層形成用材料中、ジルコニウムの含有量は、中間層形成用材料の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。
The material for forming the intermediate layer contains zirconium and, if necessary, components other than zirconium.
The content of zirconium in the material for forming the intermediate layer is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total amount (100% by mass) of the material for forming the intermediate layer. More preferably, it is 90% by mass or more, and may be 100% by mass.

触媒層形成用材料(2)は、ロジウムと、必要に応じてロジウム以外の成分と、を含む。触媒層形成用材料(2)中、ロジウムの含有量は、触媒層形成用材料(2)の総量(100質量%)に対して50質量%以上であり、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%でもよい。The catalyst layer forming material (2) contains rhodium and, if necessary, a component other than rhodium. The content of rhodium in the catalyst layer forming material (2) is 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, based on the total amount (100% by mass) of the catalyst layer forming material (2). Is 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and may be 100% by mass.

<中間層形成工程>
中間層形成工程では、上述した<触媒層形成工程>において、触媒層形成用材料を前記中間層形成用材料に変更する以外は、図3に示す製造装置100を用いて同様の操作を行えばよい。
<Intermediate layer forming process>
In the intermediate layer forming step, the same operation can be performed using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 3, except that the catalyst layer forming material is changed to the intermediate layer forming material in the above-mentioned <catalyst layer forming step>. Good.

中間層形成工程において、アーク蒸着源30からのプラズマ照射の回数(ショット数)は、用途に応じて要求される耐熱性などを勘案して適宜決定され、例えば5000ショット以上が好ましく、より好ましくは10000ショット以上、さらに好ましくは20000ショット以上、特に好ましくは20000〜40000ショットとされる。
金属箔12上に担持されているジルコニウムの担持量は、用途に応じて要求される耐熱性などを勘案して適宜決定され、例えば50〜300μg・cm−2が好ましく、より好ましくは100〜200μg・cm−2とされる。
In the intermediate layer forming step, the number of plasma irradiations (number of shots) from the arc vapor deposition source 30 is appropriately determined in consideration of the heat resistance required according to the application, and for example, 5000 shots or more is preferable, and more preferably. It is 10,000 shots or more, more preferably 20,000 shots or more, and particularly preferably 2,000 to 40,000 shots.
The amount of zirconium supported on the metal foil 12 is appropriately determined in consideration of the heat resistance required depending on the application, and is preferably 50 to 300 μg · cm- 2 , more preferably 100 to 200 μg, for example.・ It is said to be cm- 2 .

金属箔12上における中間層60の厚さT及びジルコニウムの担持量は、アーク蒸着源30からのプラズマ照射の回数(ショット数)によって制御が可能である。Loading of the thickness T I and zirconium intermediate layer 60 on the metal foil 12 can be controlled by the number of times of the plasma illumination from the arc evaporation source 30 (number of shots).

<触媒層形成工程(2)>
触媒層形成工程(2)では、例えば、図3に示す製造装置100を用いて、中間層60上に、アーク放電により触媒層形成用材料(2)を蒸着させて触媒層22を形成する。触媒層形成工程(2)の操作については、上述した<触媒層形成工程>の操作を同様にして行えばよい。
中間層60上における触媒層22の厚さT及び貴金属の担持量は、アーク蒸着源30からのプラズマ照射の回数(ショット数)によって制御が可能である。
<Catalyst layer forming step (2)>
In the catalyst layer forming step (2), for example, the catalyst layer 22 is formed by depositing the catalyst layer forming material (2) on the intermediate layer 60 by arc discharge using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG. As for the operation of the catalyst layer forming step (2), the operation of the above-mentioned <catalyst layer forming step> may be performed in the same manner.
Loading of the thickness T C and the noble metal of the catalyst layer 22 in the intermediate layer 60 on is possible to control the number of the plasma illumination from the arc evaporation source 30 (number of shots).

上述した金属箔触媒の製造方法では、ロールツーロール方式を採用した金属箔走行部40を備えた製造装置100を用いて連続的にアーク放電による蒸着が行われているが、本発明に係る製造方法はこれに限定されず、金属箔走行部40を、金属箔保持部、例えば一定形状の金属箔を、蒸着の都度新たな金属箔に交換してアーク放電による蒸着を行うようにしてもよい。
但し、製造装置100を用いることにより、省プロセス化に加えて、生産ラインの連続化も同時に実現できる。
In the method for producing a metal foil catalyst described above, vapor deposition is continuously performed by arc discharge using a manufacturing apparatus 100 provided with a metal foil traveling portion 40 adopting a roll-to-roll method. The method is not limited to this, and the metal foil traveling portion 40 may be replaced with a metal foil holding portion, for example, a metal foil having a certain shape with a new metal foil each time vapor deposition is performed to perform vapor deposition by arc discharge. ..
However, by using the manufacturing apparatus 100, in addition to the process saving, the continuous production line can be realized at the same time.

また、上述した金属箔触媒の製造方法においては、金属箔として、予め表層を酸化させた金属箔を用いることが好ましい。これによって、高温使用での耐久性がさらに高められる、及び貴金属の使用量をより抑えられる、という効果が得られる。
かかる効果が得られるのは、予め表層を酸化させた金属箔を用いてなる金属箔触媒は、例えば排ガス浄化の反応の際に加えられる熱による、金属箔の酸化が生じにくく、表面に露出している触媒成分である貴金属の濃度が維持されやすいためである。
表層が酸化した金属箔は、例えば900〜1000℃程度で5〜30時間の加熱処理を施すことによって作製できる。
Further, in the above-mentioned method for producing a metal foil catalyst, it is preferable to use a metal foil whose surface layer has been oxidized in advance as the metal foil. As a result, the durability at high temperature use can be further enhanced, and the amount of precious metal used can be further suppressed.
Such an effect can be obtained in a metal foil catalyst using a metal foil whose surface layer has been oxidized in advance, for example, the metal foil is less likely to be oxidized by heat applied during an exhaust gas purification reaction and is exposed on the surface. This is because the concentration of the noble metal, which is a catalyst component, is easily maintained.
The metal foil whose surface layer is oxidized can be produced, for example, by subjecting it to heat treatment at about 900 to 1000 ° C. for 5 to 30 hours.

(触媒コンバータ)
本発明の触媒コンバータは、上述した金属箔触媒の加工品である。かかる触媒コンバータとしては、例えばメタルハニカム触媒等が挙げられる。
かかる触媒コンバータによれば、ガソリン車の排ガス(炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)等)が充分に浄化される。例えば、HCは二酸化炭素と水とに、COは二酸化炭素に、NOは窒素(N)にそれぞれ酸化又は還元される。
特に、耐熱性ステンレス鋼を材料とする金属箔上に、ロジウムを含有する触媒層が設けられた金属箔触媒の加工品である触媒コンバータは、ガソリン車用として特に好適なものであり、CO−NO−C−O反応(理論空燃比)に対して触媒活性を示し、300℃以上の反応温度領域で全ての排ガス成分が浄化される。
(Catalytic converter)
The catalyst converter of the present invention is a processed product of the metal foil catalyst described above. Examples of such a catalyst converter include a metal honeycomb catalyst and the like.
According to such a catalytic converter, exhaust gas (hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NO x ), etc.) of a gasoline vehicle is sufficiently purified. For example, HC is oxidized or reduced to carbon dioxide and water, CO to carbon dioxide, and NO x to nitrogen (N 2 ).
In particular, a catalyst converter, which is a processed product of a metal foil catalyst in which a catalyst layer containing rhodium is provided on a metal foil made of heat-resistant stainless steel, is particularly suitable for gasoline vehicles, and CO- NO-C 3 H 6 -O 2 reaction indicates (stoichiometric air-fuel ratio) relative to the catalytic activity, all of the exhaust gas components at the reaction temperature region of more than 300 ° C. is purified.

上述した金属箔触媒は、金属箔に触媒層が特定の厚さ(20<T/T)で薄く設けられた箔形状であり、かつ、触媒活性が高められたものである。かかる金属箔触媒を採用した本発明の触媒コンバータによれば、小型化及び高性能化が図れる。
また、上述した金属箔触媒は、乾式プロセスにより製造でき、加えて、ハニカム形状など種々の形状に加工でき、高い自由度での成形が可能である。かかる金属箔触媒を採用することで、触媒コンバータ生産において、最終製品の形状に依存せず、これまでと異なる革新的生産ラインを実現し得る。
Above metal foil catalyst is a thin provided the foil shape in the catalyst layer is specified thickness (20 <T S / T C ) to the metal foil, and one in which the catalytic activity is enhanced. According to the catalyst converter of the present invention using such a metal foil catalyst, miniaturization and high performance can be achieved.
Further, the metal foil catalyst described above can be manufactured by a dry process, and in addition, can be processed into various shapes such as a honeycomb shape, and can be molded with a high degree of freedom. By adopting such a metal foil catalyst, it is possible to realize an innovative production line different from the conventional one in the catalyst converter production without depending on the shape of the final product.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例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 to these examples.

<金属箔触媒の製造(1)>
(実施例1〜4)
金属箔として耐熱性ステンレス鋼箔(耐熱性SUS箔)と、触媒層形成用材料としてロジウム(Rh)と、を用いた。
耐熱性SUS箔には、サイズ30mm×30mm、厚さTが51μm、組成が鉄75質量%とクロム20質量%とアルミニウム5質量%とからなるものを用いた。
アーク蒸着源には、図3中のアーク蒸着源30と同様の形態を有するアークプラズマガン(アルバック理工株式会社製)を用いた。
得られた金属箔触媒(fresh、aged)に対するキャラクタリゼーションには、X線回折(XRD)法、X線光電子分光(XPS)法、走査型電子顕微鏡/エネルギー分散型X線(SEM/EDX)による方法を用いた。
<Manufacturing of metal foil catalyst (1)>
(Examples 1 to 4)
A heat-resistant stainless steel foil (heat-resistant SUS foil) was used as the metal foil, and rhodium (Rh) was used as the material for forming the catalyst layer.
The heat-resistant SUS foil, size 30 mm × 30 mm, the thickness T S using 51 [mu] m, what composition consisting of 75 wt% and chromium 20% by mass of aluminum 5 mass% iron.
As the arc vapor deposition source, an arc plasma gun (manufactured by ULVAC-RIKO, Inc.) having the same form as the arc vapor deposition source 30 in FIG. 3 was used.
The characterization of the obtained metal foil catalyst (fresh, aged) is performed by X-ray diffraction (XRD) method, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method, scanning electron microscope / energy dispersive X-ray (SEM / EDX). The method was used.

≪金属箔触媒(fresh)の作製≫
真空チャンバ内に、Rhカソードターゲットをもつアーク蒸着源を設置し、耐熱性SUS箔の片面に、アーク放電(コンデンサ容量360μF、放電電圧125V、周波数1Hz)によって、Rhを蒸着させて触媒層を形成し、プラズマ照射のショット数の異なる金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)を得た。
≪Making of metal foil catalyst (fresh)≫
An arc deposition source with a Rh cathode target is installed in the vacuum chamber, and Rh is vapor-deposited on one side of the heat-resistant SUS foil by arc discharge (capacitor capacity 360 μF, discharge voltage 125 V, frequency 1 Hz) to form a catalyst layer. Then, metal foil catalysts (Rh / heat-resistant SUS foil catalyst) having different numbers of shots of plasma irradiation were obtained.

図4は、上述した製造における、アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数と、触媒層(Rh層)の厚さT及び貴金属(Rh)の担持量と、の関係を示すグラフである。
ショット数とRh層の厚さとの関係、及び、ショット数とRhの担持量との関係は、それぞれ、ほぼ比例関係にあることが確認できる(点線:近似直線)。
4, in the manufacture described above, is a graph showing the number of shots plasma irradiation, and the supported amount of the catalyst layer (Rh layer) having a thickness of T C and noble metal (Rh), the relationship between the arc evaporation source.
It can be confirmed that the relationship between the number of shots and the thickness of the Rh layer and the relationship between the number of shots and the amount of Rh supported are substantially proportional to each other (dotted line: approximate straight line).

各例のRh/耐熱性SUS箔触媒について、Rh層の厚さT、Rhの担持量、T/T をそれぞれ表1に示した。For the Rh / heat resistant SUS foil catalyst of each example, the thickness T of the Rh layerC, Rh loading amount, TS/ T CAre shown in Table 1, respectively.

≪金属箔触媒(aged)の作製≫
各例の金属箔触媒(fresh)に対し、10%HO/airが25mL・min−1で通流する雰囲気下、900℃で25時間の加熱処理を施すことにより、劣化させた金属箔触媒(aged)を得た。
≪Manufacturing of metal foil catalyst (aged)≫
The metal foil catalyst (fresh) of each example was deteriorated by being heat-treated at 900 ° C. for 25 hours in an atmosphere in which 10% H 2 O / air flows at 25 mL · min -1. A catalyst (aged) was obtained.

<金属箔触媒の触媒活性についての評価(1)>
評価用試料として、2mm×30mmの短冊状の金属箔触媒を切り出して用意した。
固定床流通型反応装置を用い、前記の評価用試料(金属箔触媒)が配置された反応装置内に、昇温しながら、混合ガスを、金属箔触媒に接触するように通流して、ガスの浄化を行った。
混合ガスの組成、混合ガスの流量、反応温度、昇温速度、ガス分析方法を以下のように設定した。
<Evaluation of catalytic activity of metal foil catalyst (1)>
As a sample for evaluation, a strip-shaped metal foil catalyst having a size of 2 mm × 30 mm was cut out and prepared.
Using a fixed-bed flow type reactor, the mixed gas is passed through the reactor in which the evaluation sample (metal foil catalyst) is arranged while raising the temperature so as to come into contact with the metal foil catalyst. Was purified.
The composition of the mixed gas, the flow rate of the mixed gas, the reaction temperature, the rate of temperature rise, and the gas analysis method were set as follows.

混合ガスの組成:0.050%NO,0.51%CO,0.039%C,0.40%O,He balance
混合ガスの流量:100mL・min−1
反応温度:室温(25℃)から600℃の範囲
昇温速度:10℃・min−1
ガス分析方法:非分散赤外線吸収法(NDIR)
Composition of mixed gas: 0.050% NO, 0.51% CO, 0.039% C 3 H 6 , 0.40% O 2 , He balance
Flow rate of mixed gas: 100 mL ・ min -1
Reaction temperature: Range from room temperature (25 ° C) to 600 ° C Temperature rise rate: 10 ° C. min -1
Gas analysis method: Non-dispersed infrared absorption method (NDIR)

ガスの浄化を行った際、NDIRにより、NO転化率、CO転化率、C転化率をそれぞれ求めた。When the gas was purified, the NO conversion rate, the CO conversion rate, and the C 3 H 6 conversion rate were determined by NDIR, respectively.

図5は、ショット数の異なる実施例1〜4の金属箔触媒(fresh)とこれらに加熱処理を施した金属箔触媒(aged)とにそれぞれ混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。FIG. 5 shows NO for the reaction temperature when the mixed gas is brought into contact with the metal foil catalysts (fresh) of Examples 1 to 4 having different shot numbers and the metal foil catalysts (aged) obtained by heat-treating them. conversion, CO conversion is a graph showing each change of C 3 H 6 conversion.

金属箔触媒(fresh)について:
いずれの金属箔触媒も、400〜500℃で全てのガスが反応しており、高い転化率を示している。
About metal foil catalyst (fresh):
In all the metal foil catalysts, all the gases react at 400 to 500 ° C., showing a high conversion rate.

金属箔触媒(aged)について:
実施例1(2000shots)における金属箔触媒(aged)では、加熱処理による著しい触媒活性の低下が見られる。
ショット数が増加する(すなわちRhの担持量が多くなる)のに伴い、触媒活性が高まること、ショット数8000shotsであれば、約500℃で全てのガスがほぼ100%で浄化されること、が確認できる。
About metal foil catalyst (aged):
In the metal foil catalyst (aged) in Example 1 (2000 shots), a significant decrease in catalytic activity due to heat treatment is observed.
As the number of shots increases (that is, the amount of Rh supported increases), the catalytic activity increases, and if the number of shots is 8000 shots, all the gas is purified at about 500 ° C. at almost 100%. You can check it.

≪金属箔触媒の表層状態についての評価≫
図6は、上段の画像が実施例4の金属箔触媒(fresh)についての表面状態、下段の画像が実施例4の金属箔触媒(fresh)に加熱処理を施した金属箔触媒(aged)についての表面状態を示している。各金属箔触媒の表面状態は、SEM/EDXによる方法を用いて解析した。
≪Evaluation of surface condition of metal foil catalyst≫
In FIG. 6, the upper image shows the surface state of the metal foil catalyst (fresh) of Example 4, and the lower image shows the metal foil catalyst (aged) obtained by heat-treating the metal foil catalyst (fresh) of Example 4. Shows the surface condition of. The surface state of each metal foil catalyst was analyzed using the SEM / EDX method.

金属箔触媒(fresh)及び金属箔触媒(aged)のいずれも、表層にはRhが均一に密な状態で分布していること、900℃で25時間の加熱処理後もその状態がほぼ維持されていること、が確認できる。
また、金属箔触媒(aged)において、Al、Fe及びCrが不均一に分布していること(加熱処理により隆起したAlがFe及びCrの一部を被覆していること);加熱処理によっても、Rhが表層に存在していること、が確認できる。
In both the metal foil catalyst (fresh) and the metal foil catalyst (aged), Rh is uniformly and densely distributed on the surface layer, and the state is almost maintained even after heat treatment at 900 ° C. for 25 hours. You can confirm that it is.
Further, in the metal foil catalyst (aged), Al, Fe and Cr are non-uniformly distributed (Al raised by heat treatment covers a part of Fe and Cr); also by heat treatment. , It can be confirmed that Rh exists on the surface layer.

図7の上段の画像は、金属箔として用いた耐熱性SUS箔の表面状態を示すSEM像である。
図7の下段の画像は、耐熱性SUS箔に対し、air雰囲気下、1000℃で25時間の加熱処理を施した後の表面状態を示すSEM像である。
The upper image of FIG. 7 is an SEM image showing the surface state of the heat-resistant SUS foil used as the metal foil.
The lower image of FIG. 7 is an SEM image showing the surface state of the heat-resistant SUS foil after being heat-treated at 1000 ° C. for 25 hours in an air atmosphere.

図8(a)は、耐熱性SUS箔に対し、air雰囲気下、各反応温度で25時間の加熱処理を施した後の、耐熱性SUS箔の表層組成(XPS法による解析結果)を示している。耐熱性SUS箔を1000℃で加熱した場合、表層を構成する成分として検出された元素のほぼ100%がアルミニウムであること、が確認できる。FIG. 8A shows the surface composition (analysis result by the XPS method) of the heat-resistant SUS foil after heat-treating the heat-resistant SUS foil in an air atmosphere at each reaction temperature for 25 hours. There is. When the heat-resistant SUS foil is heated at 1000 ° C., it can be confirmed that almost 100% of the elements detected as constituents of the surface layer are aluminum.

図8(b)は、X線回折(XRD)法による測定結果を示すグラフであり、横軸は入射角、縦軸は回折強度を表している。
図8(b)中、(X1)は、air雰囲気下、1000℃で25時間の加熱処理が施された耐熱性SUS箔についての結果を示している。(X2)は、α−Alについての結果を示している。(X3)は、γ−Alについての結果を示している。
(X1)で観察されるピークの位置と、(X2)で観察されるピークの位置と、がほぼ一致していること、が確認できる。
FIG. 8B is a graph showing the measurement results by the X-ray diffraction (XRD) method, in which the horizontal axis represents the incident angle and the vertical axis represents the diffraction intensity.
In FIG. 8 (b), (X1) shows the results of the heat-resistant SUS foil subjected to the heat treatment at 1000 ° C. for 25 hours in an air atmosphere. (X2) shows the result for α-Al 2 O 3 . (X3) shows the result for γ-Al 2 O 3 .
It can be confirmed that the position of the peak observed in (X1) and the position of the peak observed in (X2) are almost the same.

図7及び図8より、耐熱性SUS箔においては、1000℃の加熱処理によって酸化を生じ、表面にアルミニウムの酸化皮膜(α−Al皮膜)が形成されていること、が分かる。From FIGS. 7 and 8, it can be seen that in the heat-resistant SUS foil, oxidation is generated by heat treatment at 1000 ° C., and an aluminum oxide film (α-Al 2 O 3 film) is formed on the surface.

また、XPS法による解析から、金属箔触媒(fresh)と金属箔触媒(aged)との間で、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の挙動が大きく異なるのは、Rhの酸化状態(Rh、Rh3+、Rh4+等)が異なること、又は、Rhの分布状態が異なることに起因する、と考えられる。
Rhの分布状態について:
金属箔触媒(fresh)においては、耐熱性SUS箔上にRhが分布してRh層を形成している(図6)。これに対し、金属箔触媒(aged)においては、アルミニウムの酸化皮膜が表層に形成されるのに伴い、耐熱性SUS箔の内部にRhが拡散し、表層にはRh酸化物(Rh等)が存在していること、が確認された(XPS depth分析)。
Further, from the analysis by the XPS method, between the metal foil catalyst (fresh) and metal foil catalyst (aged), NO conversion versus reaction temperature, CO conversion, C 3 H 6 conversion behavior differs greatly in the , Rh oxidation state (Rh 0 , Rh 3+ , Rh 4+, etc.) is different, or Rh distribution state is different.
About the distribution of Rh:
In the metal foil catalyst (fresh), Rh is distributed on the heat-resistant SUS foil to form a Rh layer (FIG. 6). On the other hand, in the metal foil catalyst (aged), Rh diffuses inside the heat-resistant SUS foil as the aluminum oxide film is formed on the surface layer, and Rh oxide (Rh 2 O 3 ) is formed on the surface layer. Etc.) were confirmed to exist (XPS depth analysis).

<金属箔触媒の製造(2)>
(実施例5)
金属箔として、実施例1〜4で用いた耐熱性SUS箔に対し、air雰囲気下、1000℃で25時間の加熱処理を施したもの(厚さT52000nm)を用いた。
この予め加熱処理を施した耐熱性SUS箔と、触媒層形成用材料としてRhと、を用い、上述した≪金属箔触媒(fresh)の作製≫と同様にして、実施例5の金属箔触媒(fresh)を得た。
アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数を2000shotsとした。
この実施例5の金属箔触媒について、Rh層の厚さTは5.07nm、Rhの担持量は6.2μg・cm−2、T/T=10256である。
<Manufacturing of metal foil catalyst (2)>
(Example 5)
As the metal foil, to heat-resistant SUS foil used in Example 1-4, under air atmosphere was used that has been subjected to heat treatment for 25 hours at 1000 ° C. (thickness T S 52000nm).
Using the heat-resistant SUS foil that has been heat-treated in advance and Rh as a material for forming the catalyst layer, the metal foil catalyst of Example 5 is used in the same manner as in the above-mentioned << Production of metal foil catalyst (fresh) >>. Fresh) was obtained.
The number of shots of plasma irradiation from the arc deposition source was set to 2000 shots.
For the metal foil catalyst of Example 5, the thickness T C of the Rh layer 5.07Nm, the loading amount of Rh is 6.2μg · cm -2, a T S / T C = 10256.

また、実施例5の金属箔触媒(fresh)に対し、10%HO/airが25mL・min−1で通流する雰囲気下、900℃で25時間の加熱処理を施すことにより、劣化させた金属箔触媒(aged)を得た。Further, the metal foil catalyst (fresh) of Example 5 was deteriorated by being heat-treated at 900 ° C. for 25 hours in an atmosphere in which 10% H 2 O / air flows at 25 mL · min -1. A metal foil catalyst (aged) was obtained.

<金属箔触媒の触媒活性についての評価(2)>
上述した評価(1)と同様にして、ガスの浄化を行い、NDIRにより、NO転化率、CO転化率、C転化率をそれぞれ求めた。
<Evaluation of catalytic activity of metal foil catalyst (2)>
In the same manner as evaluation of the above-described (1), the purification of gas by NDIR, determined NO conversion, CO conversion, the C 3 H 6 conversion, respectively.

図9は、実施例5の金属箔触媒(fresh)とこれに加熱処理を施した金属箔触媒(aged)に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。FIG. 9 shows the NO conversion rate, the CO conversion rate, and C with respect to the reaction temperature when the mixed gas is brought into contact with the metal foil catalyst (fresh) of Example 5 and the metal foil catalyst (aged) which has been heat-treated. it is a graph showing each change in 3 H 6 conversion.

実施例1(2000shots)における金属箔触媒(aged)では、加熱処理による著しい触媒活性の低下が見られたが、実施例5(2000shots)における金属箔触媒(aged)においては、触媒活性の低下は認められず、約500℃で全てのガスがほぼ100%で浄化されていること、が確認できる。
実施例5(2000shots)における金属箔触媒(fresh、aged)は、実施例4(8000shots)における金属箔触媒(fresh、aged)と、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の挙動が似ている。すなわち、金属箔として、予め加熱処理を施した耐熱性SUS箔(予め表層を酸化させた金属箔)を用いたことで、金属箔触媒は、高温使用での耐久性が高められている、また、貴金属の使用量が抑えられている。
In the metal foil catalyst (aged) in Example 1 (2000 shots), a significant decrease in catalytic activity was observed due to the heat treatment, but in the metal foil catalyst (aged) in Example 5 (2000 shots), the decrease in catalytic activity was observed. It was not observed, and it can be confirmed that all the gas was purified at about 100% at about 500 ° C.
The metal foil catalyst (fresh, aged) in Example 5 (2000 shots) is the same as the metal foil catalyst (fresh, aged) in Example 4 (8000 shots), and the NO conversion rate, CO conversion rate, and C 3 H 6 conversion with respect to the reaction temperature. The rate behavior is similar. That is, by using a heat-resistant SUS foil (a metal foil whose surface layer is oxidized in advance) that has been heat-treated in advance as the metal foil, the metal foil catalyst has improved durability in high-temperature use. , The amount of precious metal used is suppressed.

<金属箔触媒の製造(3)>
(実施例6)
金属箔として、実施例1〜4で用いた耐熱性SUS箔に対し、air雰囲気下、1000℃で25時間の加熱処理を施したもの(厚さT52000nm)を用いた。
この予め加熱処理を施した耐熱性SUS箔と、触媒層形成用材料としてRhと、を用い、上述した≪金属箔触媒(fresh)の作製≫と同様にして、実施例6の金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)を得た。
アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数を2000shotsとした。
この実施例6の金属箔触媒について、Rh層の厚さTは5.07nm、Rhの担持量は6.2μg・cm−2、T/T=10256であった。
<Manufacturing of metal foil catalyst (3)>
(Example 6)
As the metal foil, to heat-resistant SUS foil used in Example 1-4, under air atmosphere was used that has been subjected to heat treatment for 25 hours at 1000 ° C. (thickness T S 52000nm).
Using the heat-resistant SUS foil that has been heat-treated in advance and Rh as a material for forming the catalyst layer, the metal foil catalyst of Example 6 is used in the same manner as in the above-mentioned << Production of metal foil catalyst (fresh) >>. Rh / heat resistant SUS foil catalyst) was obtained.
The number of shots of plasma irradiation from the arc deposition source was set to 2000 shots.
For the metal foil catalyst of Example 6, the thickness T C of the Rh layer 5.07Nm, the loading amount of Rh is 6.2μg · cm -2, was T S / T C = 10256.

(比較例1)
多孔質パウダーのAlに、アーク放電によって、Rhを蒸着させてパウダー状触媒成分を得た。その際、多孔質パウダーのAlとRhとの合計(100質量%)に占めるRhの割合を0.7質量%とした。
この比較例1のパウダー状触媒成分(0.7wt%Rh/Al)について、Alに担持されたRhの担持量は350μg・cm−2であった。
(Comparative Example 1)
Rh was vapor-deposited on Al 2 O 3 of the porous powder by arc discharge to obtain a powdery catalyst component. At that time, the ratio of Rh to the total (100% by mass) of Al 2 O 3 and Rh of the porous powder was set to 0.7% by mass.
With respect to the powdery catalyst component (0.7 wt% Rh / Al 2 O 3 ) of Comparative Example 1, the amount of Rh supported on Al 2 O 3 was 350 μg · cm- 2 .

<金属箔触媒の触媒活性についての評価(3)>
上述した評価(1)と同様にして、ガスの浄化を行い、NDIRにより、NO転化率、CO転化率、C転化率をそれぞれ求めた。
<Evaluation of catalytic activity of metal foil catalyst (3)>
In the same manner as evaluation of the above-described (1), the purification of gas by NDIR, determined NO conversion, CO conversion, the C 3 H 6 conversion, respectively.

図10は、各例の触媒に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。
図10(a)は、本発明を適用した実施例6の金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)を用いた場合の結果を示している。
図10(b)は、比較例1の触媒(パウダー状触媒成分(従来タイプ))を用いた場合の結果を示している。
実施例6と比較例1との対比から、本発明を適用した金属箔触媒は、従来タイプの触媒に比べて、貴金属の使用量を少なく抑えることができ(約1/100に抑えられ)、かつ、排ガス浄化反応においてより高い触媒作用を奏すること、が確認できる。
10, when contacting the mixed gas to the catalyst for each example, NO conversion versus reaction temperature, CO conversion is a graph showing each change of C 3 H 6 conversion.
FIG. 10A shows the results when the metal foil catalyst (Rh / heat resistant SUS foil catalyst) of Example 6 to which the present invention was applied was used.
FIG. 10B shows the results when the catalyst of Comparative Example 1 (powder-like catalyst component (conventional type)) was used.
From the comparison between Example 6 and Comparative Example 1, the metal foil catalyst to which the present invention is applied can reduce the amount of noble metal used as compared with the conventional type catalyst (reduced to about 1/100). In addition, it can be confirmed that it exerts a higher catalytic action in the exhaust gas purification reaction.

<金属箔触媒の製造(4)>
(実施例7)
金属箔として、実施例1〜4で用いた耐熱性SUS箔と、触媒層形成用材料としてRhと、を用い、上述した≪金属箔触媒(fresh)の作製≫と同様にして、実施例7の金属箔触媒(fresh)を得た。
アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数を2000shotsとした。
この実施例7の金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)について、触媒層の厚さTは5.07nm、Rhの担持量は6.2μg・cm−2、T/T=10059である。
<Manufacturing of metal foil catalyst (4)>
(Example 7)
Using the heat-resistant SUS foil used in Examples 1 to 4 as the metal foil and Rh as the material for forming the catalyst layer, Example 7 was carried out in the same manner as in << Preparation of metal foil catalyst (fresh) >> described above. The metal foil catalyst (fresh) of the above was obtained.
The number of shots of plasma irradiation from the arc deposition source was set to 2000 shots.
For the metal foil catalyst of Example 7 (Rh / heat-resistant SUS foil catalyst), the catalyst layer thickness T C is 5.07Nm, the loading amount of Rh is 6.2μg · cm -2, T S / T C = It is 10059.

また、実施例7の金属箔触媒(fresh)に対し、10%HO/airが25mL・min−1で通流する雰囲気下、900℃で25時間の加熱処理を施すことにより、劣化させた金属箔触媒(aged)を得た。Further, the metal foil catalyst (fresh) of Example 7 was deteriorated by being heat-treated at 900 ° C. for 25 hours in an atmosphere in which 10% H 2 O / air flows at 25 mL · min -1. A metal foil catalyst (aged) was obtained.

(実施例8)
金属箔として、実施例1〜4で用いた耐熱性SUS箔と、中間層形成用材料としてジルコニウム(Zr)と、触媒層形成用材料としてRhと、を用いた。
中間層形成工程:
真空チャンバ内に、Zrカソードターゲットをもつアーク蒸着源を設置し、耐熱性SUS箔の片面に、アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数を20000shotsとして、アーク放電(コンデンサ容量360μF、放電電圧125V、周波数1Hz)により、Zrを蒸着させて中間層を形成した。
触媒層形成工程:
次いで、Rhカソードターゲットをもつアーク蒸着源を設置し、中間層上に、アーク蒸着源からのプラズマ照射のショット数を2000shotsとして、アーク放電(コンデンサ容量360μF、放電電圧125V、周波数1Hz)により、Rhを蒸着させて触媒層を形成して、実施例8の金属箔触媒(fresh)を得た。
この実施例8の金属箔触媒(Rh/Zr/耐熱性SUS箔触媒)について、中間層の厚さTは259nm、触媒層の厚さTは5.07nm;Zrの担持量は168μg・cm −2、Rhの担持量は6.2μg・cm−2、T/T=10059、T/(T+T)=193である。
(Example 8)
As the metal foil, the heat-resistant SUS foil used in Examples 1 to 4, zirconium (Zr) as the material for forming the intermediate layer, and Rh as the material for forming the catalyst layer were used.
Intermediate layer forming process:
An arc vapor deposition source with a Zr cathode target is installed in the vacuum chamber, and the number of shots of plasma irradiation from the arc vapor deposition source is 20000 shots on one side of the heat-resistant SUS foil, and arc discharge (capacitor capacity 360 μF, discharge voltage 125 V, Zr was vapor-deposited at a frequency of 1 Hz) to form an intermediate layer.
Catalyst layer formation step:
Next, an arc vapor deposition source having a Rh cathode target is installed, and the number of shots of plasma irradiation from the arc vapor deposition source is set to 2000 shots on the intermediate layer, and Rh is generated by arc discharge (capacitor capacity 360 μF, discharge voltage 125 V, frequency 1 Hz). Was vapor-deposited to form a catalyst layer to obtain a metal foil catalyst (voltage) of Example 8.
Regarding the metal foil catalyst (Rh / Zr / heat resistant SUS foil catalyst) of Example 8, the thickness T of the intermediate layerIIs 259 nm, and the thickness of the catalyst layer is T.CIs 5.07 nm; the amount of Zr supported is 168 μg · cm. -2, Rh supported amount is 6.2 μg · cm-2, TS/ TC= 10059, TS/ (TI+ TC) = 193.

また、実施例8の金属箔触媒(fresh)に対し、10%HO/airが25mL・min−1で通流する雰囲気下、900℃で25時間の加熱処理を施すことにより、劣化させた金属箔触媒(aged)を得た。Further, the metal foil catalyst (fresh) of Example 8 was deteriorated by being heat-treated at 900 ° C. for 25 hours in an atmosphere in which 10% H 2 O / air flows at 25 mL · min -1. A metal foil catalyst (aged) was obtained.

各例の金属箔触媒について、触媒層の厚さT、Rhの担持量、中間層の厚さT、Zrの担持量、T/T、T/(T+T)をそれぞれ表2に示した。For the metal foil catalyst in each example, the thickness T C of the catalyst layer, the amount of supported Rh, thickness T I of the intermediate layer, the supported amount of Zr, T S / T C, T S / a (T I + T C) Each is shown in Table 2.

<金属箔触媒の触媒活性についての評価(4)>
上述した評価(1)と同様にして、ガスの浄化を行い、NDIRにより、NO転化率、CO転化率、C転化率をそれぞれ求めた。
<Evaluation of catalytic activity of metal foil catalyst (4)>
In the same manner as evaluation of the above-described (1), the purification of gas by NDIR, determined NO conversion, CO conversion, the C 3 H 6 conversion, respectively.

図11は、各例の触媒に混合ガスを接触させた際の、反応温度に対するNO転化率、CO転化率、C転化率の各変化を示すグラフである。
図11(a)は、図1と同一の実施形態である実施例7の金属箔触媒(Rh/耐熱性SUS箔触媒)を用いた場合の結果を示している。
図11(b)は、図2と同一の実施形態である実施例8の金属箔触媒(Rh/Zr/耐熱性SUS箔触媒)を用いた場合の結果を示している。
実施例7(中間層無し)における金属箔触媒(aged)では、加熱処理による著しい触媒活性の低下が見られたが、実施例8(中間層有り)における金属箔触媒(aged)においては、触媒活性の低下は認められず、約500℃で全てのガスがほぼ100%で浄化されていること、が確認できる。すなわち、金属箔と、Rhの触媒層と、の間にZrの中間層を設けることで、金属箔触媒は、高温使用での耐久性が高められている。
11, when contacting the mixed gas to the catalyst for each example, NO conversion versus reaction temperature, CO conversion is a graph showing each change of C 3 H 6 conversion.
FIG. 11A shows the results when the metal foil catalyst (Rh / heat resistant SUS foil catalyst) of Example 7, which is the same embodiment as that of FIG. 1, is used.
FIG. 11B shows the results when the metal foil catalyst (Rh / Zr / heat resistant SUS foil catalyst) of Example 8 which is the same embodiment as that of FIG. 2 is used.
In the metal foil catalyst (aged) in Example 7 (without intermediate layer), a significant decrease in catalytic activity was observed due to the heat treatment, but in the metal foil catalyst (aged) in Example 8 (with intermediate layer), the catalyst was observed. No decrease in activity was observed, and it can be confirmed that all the gas was purified at about 100% at about 500 ° C. That is, by providing the intermediate layer of Zr between the metal foil and the catalyst layer of Rh, the durability of the metal foil catalyst in high temperature use is enhanced.

本発明に係る金属箔触媒は、二輪又は四輪のガソリン車に搭載する触媒コンバータの材料として有用である。かかる金属箔触媒は、成形の自由度が高いことから、幅広い車種に対して利用可能である。
また、かかる金属箔触媒は、貴金属を選択することで、更なる触媒性能の向上、ディーゼル車向けの触媒コンバータへの利用が期待できる。
The metal foil catalyst according to the present invention is useful as a material for a catalytic converter mounted on a two-wheeled or four-wheeled gasoline vehicle. Since such a metal foil catalyst has a high degree of freedom in molding, it can be used for a wide range of vehicle types.
Further, by selecting a noble metal, such a metal foil catalyst can be expected to further improve the catalyst performance and be used as a catalyst converter for diesel vehicles.

1 金属箔触媒、2 金属箔触媒、10 金属箔、12 金属箔、20 触媒層、22 触媒層、30 アーク蒸着源、31 碍子、32 トリガ電極、33 アノード、34 電源ユニット、34a アーク電源、34b トリガ電源、34c コンデンサ、40 金属箔走行部、41 搬送ロール、42 搬送ロール、50 カソード、60 中間層、100 製造装置、200 ハニカム触媒、210 基材、220 触媒層。1 metal foil catalyst, 2 metal foil catalyst, 10 metal foil, 12 metal foil, 20 catalyst layer, 22 catalyst layer, 30 arc deposition source, 31 porcelain, 32 trigger electrode, 33 anode, 34 power supply unit, 34a arc power supply, 34b Trigger power supply, 34c capacitor, 40 metal foil running part, 41 transfer roll, 42 transfer roll, 50 cathode, 60 intermediate layer, 100 manufacturing equipment, 200 honeycomb catalyst, 210 base material, 220 catalyst layer.

Claims (6)

金属箔と、触媒層と、前記金属箔と前記触媒層との間に配置され、これらの両方に隣接する中間層と、を備え、
前記触媒層は、ロジウムを含む層であり、
前記中間層は、ジルコニウムを含む層であり、
前記金属箔の厚さT(nm)、前記触媒層の厚さT(nm)及び前記中間層の厚さT(nm)が、下式(1)、下式(3)及び下式(4)を同時に満たす、排ガス浄化用の金属箔触媒。
1000≦T/T≦20000 ・・・(1)
≦50 ・・・(3)
≦1000 ・・・(4)
A metal foil, a catalyst layer, and an intermediate layer arranged between the metal foil and the catalyst layer and adjacent to both of them are provided.
The catalyst layer is a layer containing rhodium.
The intermediate layer is a layer containing zirconium.
The thickness T S of the metal foil (nm), the thickness T C of the catalyst layer (nm) and the thickness T I (nm) of the intermediate layer, the following equation (1), the following equation (3) and lower A metal foil catalyst for exhaust gas purification that simultaneously satisfies the formula (4).
1000 ≦ T S / T C ≦ 20000 ··· (1)
T C ≦ 50 ··· (3)
T I ≦ 1000 ··· (4)
前記金属箔の厚さT(nm)と前記触媒層の厚さT(nm)との厚さの和(T+T)が、5000〜70000(nm)である、請求項1に記載の金属箔触媒。 The sum of the thickness T S (nm) and the thickness T the thickness of the C (nm) of the catalyst layer of the metal foil (T S + T C) is a 5,000 to 70000 (nm), in claim 1 The metal foil catalyst described. 請求項1又は2に記載の金属箔触媒の製造方法であって、
前記金属箔上に、アーク放電によって、ジルコニウムを含む中間層形成用材料を蒸着させて前記中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層形成工程で形成された前記中間層上に、アーク放電によって、ロジウムを含む触媒層形成用材料を蒸着させて前記触媒層を形成する触媒層形成工程と、
を有する、金属箔触媒の製造方法。
The method for producing a metal foil catalyst according to claim 1 or 2 .
An intermediate layer forming step of forming the intermediate layer by depositing a material for forming an intermediate layer containing zirconium on the metal foil by arc discharge.
A catalyst layer forming step of forming the catalyst layer by depositing a catalyst layer forming material containing rhodium on the intermediate layer formed in the intermediate layer forming step by arc discharge.
A method for producing a metal foil catalyst.
前記触媒層形成工程において、前記中間層が形成された金属箔をロールツーロール方式で搬送しながら、前記中間層上に連続的にアーク放電によって前記触媒層形成用材料を蒸着させる、請求項に記載の金属箔触媒の製造方法。 In the catalyst layer forming step, the while the metal foil intermediate layer is formed is conveyed by a roll-to-roll method, thereby depositing said catalyst layer forming material by continuously arcing on the intermediate layer, according to claim 3 The method for producing a metal foil catalyst according to. 前記金属箔として、予め表層を酸化させた金属箔を用いる、請求項又はに記載の金属箔触媒の製造方法。 The method for producing a metal foil catalyst according to claim 3 or 4 , wherein a metal foil whose surface layer has been oxidized in advance is used as the metal foil. 請求項1又は2に記載の金属箔触媒の加工品である、触媒コンバータ。 A catalytic converter which is a processed product of the metal foil catalyst according to claim 1 or 2 .
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