JP6989856B2 - Method for manufacturing a supported catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a supported catalyst in which P d—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles or Au—Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles.
従来、化学反応触媒又は燃料電池などでは、カーボン系の担体にナノ粒子を担持した不均一系触媒が用いられている。また、ボイラー又は排ガスの浄化などでは、セラミックス系の担体にナノ粒子を担持した不均一系触媒が用いられている。不均一系触媒に用いるナノ粒子として(fcc)Ruナノ粒子が開示されている(例えば、特許文献1、又は非特許文献1を参照。)。また、Pd-Ru合金ナノ粒子が開示されている(例えば、特許文献2、非特許文献2を参照。)。非特許文献1又は2では、(fcc)Ruナノ粒子又はPd-Ru合金ナノ粒子を担体に担持して不均一系触媒として使用する場合、ナノ粒子を合成・精製した後に、得られたナノ粒子を担体に担持している。
Conventionally, in a chemical reaction catalyst, a fuel cell, or the like, a heterogeneous catalyst in which nanoparticles are supported on a carbon-based carrier has been used. Further, in the purification of boilers or exhaust gas, a heterogeneous catalyst in which nanoparticles are supported on a ceramic-based carrier is used. (Fcc) Ru nanoparticles are disclosed as nanoparticles used in a heterogeneous catalyst (see, for example,
従来、ナノ粒子の精製方法には、遠心分離法が用いられているが、使用する溶媒量に対して得られるナノ粒子が非常に少ない。また、遠心分離法でナノ粒子との親和性を調整するために用いられる溶媒は引火点の低いものが多く、大量に取り扱うことが不向きであった。このように、ナノ粒子を合成・精製後、得られたナノ粒子を担体に担持させる従来の方法は、多量のナノ粒子を安定、かつ、簡便に得ることができず、担持触媒の量産化は現実的ではなかった。 Conventionally, a centrifugal separation method has been used as a method for purifying nanoparticles, but the amount of nanoparticles obtained is very small with respect to the amount of solvent used. In addition, many of the solvents used to adjust the affinity with nanoparticles by the centrifugation method have a low flash point, and are unsuitable for handling in large quantities. As described above, the conventional method of supporting the obtained nanoparticles on the carrier after synthesizing and purifying the nanoparticles cannot stably and easily obtain a large amount of nanoparticles, and mass production of the supported catalyst is not possible. It wasn't realistic.
本発明の目的は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒を安全、かつ、簡便に量産でき、ナノ粒子の担持体への担持量を調整できる担持触媒の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to safely and easily mass-produce a supported catalyst in which P d—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles or Au—Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles, and to produce nanoparticles. It is an object of the present invention to provide a method for producing a supported catalyst capable of adjusting the amount supported on a carrier.
本発明に係る担持触媒の製造方法は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒の製造方法において、少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を、前記有機溶媒を沸騰させずに加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする。
The method for producing a carrier catalyst according to the present invention is a method for producing a carrier catalyst in which Pd—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles or Au—Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles, at least as described above. The Ru compound and Pd compound which are the synthetic raw materials of the Ru alloy particles, the Ag compound and the Rh compound which are the synthetic raw materials of the Ag—Rh alloy particles, or the Au compound and the Rh compound which are the synthetic raw materials of the Au—Rh alloy particles. The
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記Pd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子、又は、Au-Rh合金粒子は、固溶体を形成していることが好ましい。触媒活性のより高い担持触媒を得ることができる。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, it is preferable that the Pd—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles, or Au—Rh alloy particles form a solid solution. A supported catalyst with higher catalytic activity can be obtained.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記Ru化合物及び前記Pd化合物はRu塩化物及びPd塩化物であることが好ましい。担持触媒をより効率的に得ることができる。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, the Ru compound and the Pd compound are preferably Ru chloride and Pd chloride. The supported catalyst can be obtained more efficiently.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記Ag化合物及び前記Rh化合物はAg硝酸塩及びRh酢酸塩であることが好ましい。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, the Ag compound and the Rh compound are preferably Ag nitrate and Rh acetate.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記Au化合物及び前記Rh化合物はAu塩化物及びRh塩化物であることが好ましい。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, the Au compound and the Rh compound are preferably Au chloride and Rh chloride.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記有機溶媒の沸点は100℃以上であることが好ましい。取り扱い性に優れる。また、担持触媒をより安全に得ることができる。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, the boiling point of the organic solvent is preferably 100 ° C. or higher. Excellent in handleability. Moreover, the supported catalyst can be obtained more safely.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記有機溶媒は、多価アルコール、ブタノール、イソブタノール、エトキシエタノール、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリジノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル及びポリエチレングリコールモノメチルエーテルの中から選ばれる1種以上であることが好ましい。担持触媒をより安全、かつ、より効率的に得ることができる。 In the method for producing a carrier catalyst according to the present invention, the organic solvent is polyhydric alcohol, butanol, isobutanol, ethoxyethanol, dimethylformamide , N -methylpyrrolidinone , propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethylate. One or more selected from alcohol , dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, triethylene glycol monomethyl ether and polyethylene glycol monomethyl ether. Is preferable. The supported catalyst can be obtained more safely and more efficiently.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記多価アルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール及びブチレングリコールの中から選ばれる1種以上であることが好ましい。担持触媒をより安全、かつ、より効率的に得ることができる。 In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, the polyhydric alcohol is preferably one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol and butylene glycol. The supported catalyst can be obtained more safely and more efficiently.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記担持体は、カーボン若しくはセラミックスのいずれか一方又は両方である形態を包含する。 In the method for producing a carrier catalyst according to the present invention, the carrier includes a form in which one or both of carbon and ceramics are used.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記担持体は、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、カルシア、マグネシア、チタニア、セリア、ジルコニア、セリアジルコニア、ランタナ、ランタナアルミナ、酸化スズ、酸化タングステン、アルミノシリケート、アルミノホスフェート、ボロシリケート、リンタングステン酸、ヒドロキシアパタイト、ハイドロタルサイト、ペロブスカイト、コージェライト、ムライト、シリコンカーバイド、活性炭、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ及びカーボンナノホーンの中から選ばれる1種以上である形態を包含する。 In the method for producing a carrier catalyst according to the present invention, the carrier is an alumina, silica, silica alumina, calcia, magnesia, titania, ceria, zirconia, ceria zirconia, lanthana, lanthana alumina, tin oxide, tungsten oxide, aluminosilicate, and the like. One or more selected from among aluminophosphate, borosilicate, phosphotungstate, hydroxyapatite, hydrotalcite, perovskite, cordierite, mulite, silicon carbide, activated carbon, carbon black, acetylene black, carbon nanotubes and carbon nanohorns. Includes morphology.
本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記工程1において、高分子保護材を用いないことが好ましい。本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がトリエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上230℃以下であることが好ましい。本発明に係る担持触媒の製造方法では、前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上180℃以下であることが好ましい。本発明に係る担持触媒の製造方法は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒の製造方法において、少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がトリエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上230℃以下であり、前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする。本発明に係る担持触媒の製造方法は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒の製造方法において、少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上180℃以下であり、前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする。
In the method for producing a supported catalyst according to the present invention, it is preferable not to use a polymer protective material in the
本発明は、ナノ粒子としてPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒を安全、かつ、簡便に量産でき、ナノ粒子の担持体への担持量を調整できる担持触媒の製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can safely and easily mass-produce a carrier catalyst in which P d—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles or Au—Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles, and a nanoparticle carrier. It is possible to provide a method for producing a supported catalyst whose loading amount can be adjusted.
次に本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。 Next, the present invention will be described in detail by showing embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these descriptions. The embodiments may be modified in various ways as long as the effects of the present invention are exhibited.
本実施形態に係る担持触媒の製造方法は、ナノ粒子としてRu粒子、Pd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子が担持体に担持された担持触媒の製造方法において、少なくとも、Ru粒子の合成原料となるRu化合物、又は、Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いてナノ粒子を合成するとともに、ナノ粒子を担持体に担持させる工程1を有する。
The method for producing a carrier catalyst according to the present embodiment is at least in the method for producing a carrier catalyst in which Ru particles, Pd—Ru alloy particles, Ag—Rh alloy particles or Au—Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles. , Ru compound as a raw material for synthesizing Ru particles, Ru compound and Pd compound as a raw material for synthesizing Pd-Ru alloy particles, Ag compound and Rh compound as a raw material for synthesizing Ag-Rh alloy particles, or Au-Rh. Nanoparticles are synthesized using Au compounds and Rh compounds which are raw materials for synthesizing alloy particles, a carrier, and an organic solvent having a reducing property having 2 or more carbon atoms, and the nanoparticles are supported on the carrier. It has
本実施形態に係る担持触媒の製造方法は、ナノ粒子の合成とナノ粒子の担持体への担持とを同時に行う工程1が、例えば非特許文献1又は2に記載されたような従来の製造方法と異なる点である。ナノ粒子の合成とナノ粒子の担持体への担持とを同時に行うことで、従来の製造方法と比較して製造工程を少なくすることができる。さらに、従来の製造方法のように遠心分離法を用いる必要がない。このため、担持触媒を安全、かつ、簡便に量産できる。また、合成時の金属濃度を調節できるため、ナノ粒子の担持体への担持量を調整できる。本明細書において、ナノ粒子とは、平均粒子径が100nm以下の微細粒子をいう。ナノ粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)によって得られた粒子像から少なくとも30個以上、より好ましくは100個以上の粒子の粒子径を計測し、その平均を求めることによって算出した値である。TEMの観察倍率は、特に限定されないが、例えば、80000倍、120000倍、150000倍又は200000倍であることが好ましい。ナノ粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、1nm以上であることが好ましく、0.5nm以上であることがより好ましい。
In the method for producing a carrier catalyst according to the present embodiment, the
次に、工程1で用いる各物質について説明する。
Next, each substance used in
(ナノ粒子の合成原料)
ナノ粒子がRu粒子であるとき、合成原料はRu化合物である。Ru化合物はRu有機化合物であることが好ましい。担持触媒をより効率的に得ることができる。Ru有機化合物は、ジケトナート又はアセテートを含有する化合物であることが好ましい。ジケトナートを含有するRu有機化合物は、例えば、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム(III)(以降、Ru(acac)3という。)である。アセテートを含有するRu有機化合物は、例えば、酢酸ルテニウム(以降、酢酸Ruという。)である。
(Synthetic raw material for nanoparticles)
When the nanoparticles are Ru particles, the synthetic raw material is a Ru compound. The Ru compound is preferably a Ru organic compound. The supported catalyst can be obtained more efficiently. The Ru organic compound is preferably a compound containing diketnert or acetate. The Ru organic compound containing diketnerto is, for example, tris (acetylacetonato) ruthenium (III) (hereinafter referred to as Ru (acac) 3 ). The Ru organic compound containing acetate is, for example, ruthenium acetate (hereinafter referred to as Ru acetate).
ナノ粒子がPd-Ru合金粒子であるとき、合成原料はRu化合物及びPd化合物である。Ru化合物は、例えば、Ru塩化物又はRu窒化物である。Pd化合物は、例えば、Pd塩化物又はPd窒化物である。このうち、Ru化合物及びPd化合物はRu塩化物及びPd塩化物であることが好ましい。担持触媒をより効率的に得ることができる。Ru塩化物は、例えば、塩化ルテニウム(III)n水和物又は塩化ルテニウム(IV)n水和物である。また、Ru化合物として、ルテニウム酸ナトリウムを用いてもよい。Pd塩化物は、例えば、テトラクロロパラジウム酸カリウム(II)である。また、Pd化合物として、ジニトロジアンミンパラジウム(II)を用いてもよい。 When the nanoparticles are Pd-Ru alloy particles, the synthetic raw materials are Ru compounds and Pd compounds. The Ru compound is, for example, Ru chloride or Ru nitride. The Pd compound is, for example, Pd chloride or Pd nitride. Of these, the Ru compound and the Pd compound are preferably Ru chloride and Pd chloride. The supported catalyst can be obtained more efficiently. Ru chloride is, for example, ruthenium (III) chloride n-hydrate or ruthenium (IV) chloride n-hydrate. Further, sodium ruthenate may be used as the Ru compound. The Pd chloride is, for example, potassium tetrachloropalladium acid (II). Further, dinitrodiamminepalladium (II) may be used as the Pd compound.
ナノ粒子がAg-Rh合金粒子であるとき、合成原料はAg化合物及びRh化合物である。Ag化合物は、例えば、Ag硝酸塩又はAg酢酸塩である。Rh化合物は、例えば、Rh硫酸塩、Rh酢酸塩又はRh硝酸塩である。このうち、ナノ粒子の合成原料となる化合物は、Ag硝酸塩及びRh酢酸塩であることがより好ましい。担持触媒をより効率的に得ることができる。 When the nanoparticles are Ag—Rh alloy particles, the synthetic raw materials are Ag compounds and Rh compounds. The Ag compound is, for example, Ag nitrate or Ag acetate. The Rh compound is, for example, Rh sulfate, Rh acetate or Rh nitrate. Of these, the compounds used as raw materials for synthesizing nanoparticles are more preferably Ag nitrate and Rh acetate. The supported catalyst can be obtained more efficiently.
ナノ粒子がAu-Rh合金粒子であるとき、合成原料はAu化合物及びRh化合物である。Au化合物は、例えば、Au塩化物又はAu硝酸塩である。Rh化合物は、例えば、Rh塩化物、Rh酢酸塩又はRh硝酸塩である。このうち、ナノ粒子の合成原料となる化合物は、Au塩化物及びRh塩化物であることがより好ましい。担持触媒をより効率的に得ることができる。Au塩化物は、例えば、テトラクロロ金(III)酸四水和物である。Rh塩化物は、例えば、塩化ロジウム(III)三水和物である。 When the nanoparticles are Au—Rh alloy particles, the synthetic raw materials are Au compounds and Rh compounds. The Au compound is, for example, Au chloride or Au nitrate. The Rh compound is, for example, Rh chloride, Rh acetate or Rh nitrate. Of these, the compounds used as raw materials for synthesizing nanoparticles are more preferably Au chloride and Rh chloride. The supported catalyst can be obtained more efficiently. Au chloride is, for example, tetrachloroauric acid (III) acid tetrahydrate. Rh chloride is, for example, rhodium (III) chloride trihydrate.
(担持体)
担持体は、カーボン若しくはセラミックスのいずれか一方又は両方である形態を包含する。セラミックスは、例えば、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、カルシア、マグネシア、チタニア、セリア、ジルコニア、セリアジルコニア、ランタナ、ランタナアルミナ、酸化スズ、酸化タングステン、アルミノシリケート、アルミノホスフェート、ボロシリケート、リンタングステン酸、ヒドロキシアパタイト、ハイドロタルサイト、ペロブスカイト、コージェライト、ムライト又はシリコンカーバイドである。カーボンは、例えば、活性炭、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンである。本実施形態では、これらの担持体の中から1種だけを使用するか、又は2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合は、セラミックスから2種以上を組合せて用いるか、カーボンから2種以上を組合せて用いるか、又はセラミックスから1種以上及びカーボンから1種以上を組合せて用いてもよい。より好ましくは、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、活性炭及びカーボンブラックの中から選ばれる1種以上を用いる。
(Supporter)
The carrier includes forms that are either carbon or ceramics or both. Ceramics include, for example, alumina, silica, silica alumina, calcia, magnesia, titania, ceria, zirconia, ceria zirconia, lanthana, lanthana alumina, tin oxide, tungsten oxide, aluminosilicate, aluminophosphate, borosilicate, phosphotungstic acid, hydroxy. Apatite, hydrotalcite, perovskite, corgerite, mullite or silicon carbide. The carbon is, for example, activated carbon, carbon black, acetylene black, carbon nanotubes or carbon nanohorns. In this embodiment, only one of these carriers may be used, or two or more thereof may be used in combination. When two or more kinds are used in combination, two or more kinds of ceramics may be used in combination, two or more kinds of carbon may be used in combination, or one or more kinds of ceramics and one or more kinds of carbon may be used in combination. .. More preferably, one or more selected from alumina, silica, titania, ceria, zirconia, activated carbon and carbon black is used.
(有機溶媒)
有機溶媒は、炭素数が2以上であり、還元性をもつ。有機溶媒の炭素数は、4以上であることがより好ましい。有機溶媒の炭素数の上限は、特に限定されないが、常温において液体であることがより好ましい。
(Organic solvent)
The organic solvent has two or more carbon atoms and is reducing. The number of carbon atoms of the organic solvent is more preferably 4 or more. The upper limit of the carbon number of the organic solvent is not particularly limited, but it is more preferable that the organic solvent is a liquid at room temperature.
有機溶媒の沸点は100℃以上であることが好ましい。取り扱い性に優れる。また、担持触媒をより安全に得ることができる。有機溶媒の沸点は、160℃以上であることがより好ましい。有機溶媒の沸点の上限は、特に限定されないが、担持触媒から溶媒をより容易に除去できる点で、300℃以下であることが好ましく、290℃以下であることがより好ましい。 The boiling point of the organic solvent is preferably 100 ° C. or higher. Excellent in handleability. Moreover, the supported catalyst can be obtained more safely. The boiling point of the organic solvent is more preferably 160 ° C. or higher. The upper limit of the boiling point of the organic solvent is not particularly limited, but is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 290 ° C. or lower, in that the solvent can be more easily removed from the supported catalyst.
有機溶媒は、多価アルコール、ブタノール、イソブタノール、エトキシエタノール、ジメチルホルムアミド、キシレン、N-メチルピロリジノン、ジクロロベンゼン、トルエン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルラクテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル及びポリエチレングリコールモノメチルエーテルの中から選ばれる1種以上であることが好ましい。担持触媒をより安全、かつ、より効率的に得ることができる。このうち、多価アルコールがより好ましい。 Organic solvents include polyhydric alcohol, butanol, isobutanol, ethoxyethanol, dimethylformamide, xylene, N-methylpyrrolidinone, dichlorobenzene, toluene, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, Diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol isopropylmethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol butylmethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether. , Ethylene glycol monophenyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol butylmethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether and polyethylene glycol monomethyl ether. .. The supported catalyst can be obtained more safely and more efficiently. Of these, polyhydric alcohol is more preferable.
多価アルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール及びブチレングリコールの中から選ばれる1種以上であることが好ましい。このうち、トリエチレングリコールがより好ましい。担持触媒をより安全、かつ、より効率的に得ることができる。 The polyhydric alcohol is preferably one or more selected from ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol and butylene glycol. Of these, triethylene glycol is more preferable. The supported catalyst can be obtained more safely and more efficiently.
(高分子保護材など)
工程1において、高分子保護材を更に用いてもよい。高分子保護材を用いることで、ナノ粒子の粒子径を制御することができる。高分子保護材は、例えば、ポリビニルピロリドン(PVP)である。
(Polymer protective material, etc.)
In
次に、工程1について、ナノ粒子がRu粒子である形態(第一実施形態)、及びナノ粒子がPd-Ru合金粒子、Ag-Rh合金粒子又はAu-Rh合金粒子である形態(第二実施形態)に分けてそれぞれ説明する。
Next, regarding
(第一実施形態)
第一実施形態に係る担持触媒の製造方法では、ナノ粒子がRu粒子であり、工程1が、Ru化合物と、担持体と、有機溶媒と、を含有する混合物を作製した後に加熱する工程であることが好ましい。
(First Embodiment)
In the method for producing a carrier catalyst according to the first embodiment, the nanoparticles are Ru particles, and
工程1では、まず、Ru化合物と、担持体と、有機溶媒と、を含有する混合物を作製する。混合物中のRu化合物の濃度は、125mM(mmol/l)以下であることが好ましく、100mM(mmol/l)以下であることがより好ましい。また、Ru化合物と担持体との割合は、担持触媒中のRu粒子の担持量が所定の範囲となるように調整する。担持触媒中のRu粒子の担持量は、0.001~60質量%であることが好ましい。ここで、担持量は、乾燥状態の担持触媒の質量に対するナノ粒子の質量の割合であり、例えば高周波誘導結合プラズマ発光分光分析又は原子吸光分光光度分析で測定することができる。
In
混合物の作製にあたり、Ru化合物及び担持体を有機溶媒中に懸濁させた後、例えば超音波などの分散機を用いて分散させることが好ましい。本発明は、各物質の添加順は特に限定されない。 In preparing the mixture, it is preferable to suspend the Ru compound and the carrier in an organic solvent and then disperse them using a disperser such as ultrasonic waves. In the present invention, the order of addition of each substance is not particularly limited.
次いで、混合物を加熱する。加熱方法は、特に限定されず、例えば、オイルバス、マントルヒーター、ブロックヒーター若しくは熱媒循環式ジャケットなどの外部加熱方式、又はマイクロ波照射方式である。加熱温度は、100~300℃であることが好ましく、180~230℃であることがより好ましい。目的とする加熱温度に到達させるまでの昇温速度は、4℃/分以上であることが好ましく、6℃/分以上であることがより好ましい。昇温速度を所定の範囲とすることで、fcc構造を有するRu粒子を形成することができる。また、目的とする加熱温度で保持する時間は、使用する化合物の種類、混合物の液量又は加熱温度などに依存するが、例えば、10~300分であることが好ましく、120~240分であることがより好ましい。 The mixture is then heated. The heating method is not particularly limited, and is, for example, an external heating method such as an oil bath, a mantle heater, a block heater, or a heat medium circulation jacket, or a microwave irradiation method. The heating temperature is preferably 100 to 300 ° C, more preferably 180 to 230 ° C. The rate of temperature rise until the target heating temperature is reached is preferably 4 ° C./min or more, and more preferably 6 ° C./min or more. By setting the temperature rise rate within a predetermined range, Ru particles having an fcc structure can be formed. The time for holding at the target heating temperature depends on the type of the compound used, the amount of the mixture, the heating temperature, and the like, but is preferably 10 to 300 minutes, preferably 120 to 240 minutes, for example. Is more preferable.
第一実施形態の工程1では、Ru化合物が有機溶媒によって還元され、担持体の表面でRu粒子の核生成及び粒成長が起こる。そして、Ru粒子が担持体に担持された担持触媒が得られる。このRu粒子はfcc構造を有している。Ru粒子がfcc構造を有することで、hcp構造を有するRu粒子を担持させた触媒と比較し、異なる触媒活性を得ることができる。Ru粒子の結晶構造は、例えば、X線回折パターン(XRDパターン)によって確認できる。Ru粒子の平均粒子径は、30nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。Ru粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、1nm以上であることが好ましい。
In
工程1の後、担持触媒を溶媒から分離精製することが好ましい。担持触媒を分離精製する方法は、特に限定されないが、例えば、温度が下がった混合物をろ過し、洗浄・乾燥する方法である。
After
工程1において高分子保護材を用いる場合、高分子保護材は、混合物に含有させることが好ましい。工程1において高分子保護材を用いると、担持触媒の外表面に高分子保護材が存在する。一方、工程1において高分子保護材を用いなかった場合、担持触媒の外表面に高分子保護材が存在しない。また、ナノ粒子と担持体との間に高分子保護材が介在しないことが好ましい。担持触媒が高分子保護材を含有するか否かは、例えば、X線回折パターン(XRDパターン)によって確認できる。例えば高分子保護材がPVPであるとき、室温でλ=CuKαの測定条件で測定したXRDパターンにおいて、10°付近にPVP由来のパターンの有無によって確認することができる。
When the polymer protective material is used in
(第二実施形態)
第二実施形態に係る担持触媒の製造方法では、ナノ粒子がPd-Ru合金粒子であり、工程1が、担持体と有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、Pd化合物、Ru化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、工程1aの混合物と工程1bの混合物とを混合する工程1cと有することが好ましい。
(Second embodiment)
In the method for producing a carrier catalyst according to the second embodiment, the nanoparticles are Pd-Ru alloy particles, and
工程1aでは、まず、担持体と有機溶媒とを含有する混合物を作製する。混合物の作製にあたり、担持体を有機溶媒中に懸濁させた後、例えば超音波などの分散機を用いて分散させることが好ましい。 In step 1a, first, a mixture containing a carrier and an organic solvent is prepared. In preparing the mixture, it is preferable to suspend the carrier in an organic solvent and then disperse it using a disperser such as ultrasonic waves.
次いで、混合物を加熱する。加熱方法は、特に限定されず、例えば、オイルバス、マントルヒーター、ブロックヒーター若しくは熱媒循環式ジャケットなどの外部加熱方式、又はマイクロ波照射方式である。加熱温度は、100~300℃であることが好ましく、180~230℃であることがより好ましい。 The mixture is then heated. The heating method is not particularly limited, and is, for example, an external heating method such as an oil bath, a mantle heater, a block heater, or a heat medium circulation jacket, or a microwave irradiation method. The heating temperature is preferably 100 to 300 ° C, more preferably 180 to 230 ° C.
工程1bでは、Pd化合物、Ru化合物及び純水を含有する混合物を作製する。混合物は、Pd化合物及びRu化合物が純水に溶解した溶液であるか、又はPd化合物及びRu化合物が純水に分散した分散液であってもよい。このうち、混合物は、Pd化合物及びRu化合物が純水に溶解した溶液であることがより好ましい。Pd化合物とRu化合物との割合は、得られるPd-Ru合金粒子においてRuとPdとの原子比が所定の範囲となるように調整する。Ru:Pdが原子比で0.1:0.9~0.9:0.1の範囲であることが特に好ましい。合金の原子比は、例えば、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析又は原子吸光分光光度分析で測定することができる。 In step 1b, a mixture containing a Pd compound, a Ru compound and pure water is prepared. The mixture may be a solution in which the Pd compound and the Ru compound are dissolved in pure water, or a dispersion liquid in which the Pd compound and the Ru compound are dispersed in pure water. Of these, the mixture is more preferably a solution in which the Pd compound and the Ru compound are dissolved in pure water. The ratio of the Pd compound and the Ru compound is adjusted so that the atomic ratio of Ru and Pd in the obtained Pd—Ru alloy particles is within a predetermined range. It is particularly preferable that Ru: Pd is in the range of 0.1: 0.9 to 0.9: 0.1 in atomic ratio. The atomic ratio of the alloy can be measured, for example, by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy or atomic absorption spectrophotometric analysis.
工程1cでは、工程1aの混合物を前記した加熱温度に保ちながら、工程1aの混合物と工程1bの混合物とを混合する。混合方法は、特に限定されないが、工程1aの混合物に、工程1bの混合物を噴霧する方法であることが好ましい。工程1cでは、工程1aの混合物と工程1bの混合物とを混合後、加熱状態を保持することが好ましい。混合液の全量を混合後、加熱状態を保持する時間は、5~60分であることが好ましく、10~30分であることがより好ましい。 In step 1c, the mixture of step 1a and the mixture of step 1b are mixed while keeping the mixture of step 1a at the above-mentioned heating temperature. The mixing method is not particularly limited, but a method of spraying the mixture of step 1b onto the mixture of step 1a is preferable. In step 1c, it is preferable to maintain the heated state after mixing the mixture of step 1a and the mixture of step 1b. After mixing the entire amount of the mixed solution, the time for maintaining the heated state is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 10 to 30 minutes.
Ru化合物及びPd化合物の合計量と担持体の量との割合は、担持触媒中のPd-Ru合金粒子の担持量が所定の範囲となるように調整する。担持触媒中のPd-Ru合金粒子の担持量は、0.001~60質量%であることが好ましい。ここで、担持量は、乾燥状態の担持触媒の質量に対するナノ粒子の質量の割合であり、例えば高周波誘導結合プラズマ発光分光分析又は原子吸光分光光度分析で測定することができる。 The ratio of the total amount of the Ru compound and the Pd compound to the amount of the carrier is adjusted so that the amount of the Pd-Ru alloy particles supported in the supported catalyst is within a predetermined range. The amount of Pd-Ru alloy particles supported in the supported catalyst is preferably 0.001 to 60% by mass. Here, the carrying amount is the ratio of the mass of the nanoparticles to the mass of the supported catalyst in a dry state, and can be measured by, for example, high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopic analysis or atomic absorption spectrophotometric analysis.
第二実施形態の工程1では、Ru化合物及びPd化合物が有機溶媒によって還元され、担持体の表面でPd-Ru合金粒子の核生成及び粒成長が起こる。そして、Pd-Ru合金粒子が担持体に担持された担持触媒が得られる。溶解法ではPd-Ru合金粒子中のRu含有量が10~90原子%ではPd-Ru合金の固溶体を形成しないが、本実施形態ではPd-Ru合金の固溶体を形成することができる。Pd-Ru合金粒子が固溶体を形成していることで、触媒活性がより高まる。より好ましくは、Pd-Ru合金粒子が固溶体の単相を形成している。Pd-Ru合金粒子の状態は、例えば、走査透過電子顕微鏡法(STEM)を用いたエネルギー分散型蛍光X線分析法(EDS)の元素マッピングによって確認できる。Pd-Ru合金粒子の平均粒子径は、30nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。Pd-Ru合金粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、1nm以上であることが好ましい。
In
また、第二実施形態に係る担持触媒の製造方法では、ナノ粒子がAg-Rh合金粒子、であり、工程1が、担持体と有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、Ag化合物、Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、工程1aの混合物と工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有することが好ましい。各工程は、工程1bの混合物に混合させる材料がAg化合物及びRh化合物であること以外は、ナノ粒子がPd-Ru合金粒子である場合と基本的な作業は同じである。
Further, in the method for producing a carrier catalyst according to the second embodiment, the nanoparticles are Ag—Rh alloy particles, and
Ag-Rh合金粒子の平均粒子径は、20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。Ag-Rh合金粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、0.5nm以上であることが好ましい。 The average particle size of the Ag—Rh alloy particles is preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less. The lower limit of the average particle size of the Ag—Rh alloy particles is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more.
また、第二実施形態に係る担持触媒の製造方法では、ナノ粒子がAu-Rh合金粒子、であり、工程1が、担持体と有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、Au化合物、Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、工程1aの混合物と工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有することが好ましい。各工程は、工程1bの混合物に混合させる材料がAu化合物及びRh化合物であること以外は、ナノ粒子がPd-Ru合金粒子である場合と基本的な作業は同じである。
Further, in the method for producing a carrier catalyst according to the second embodiment, the nanoparticles are Au—Rh alloy particles, and
Au-Rh合金粒子の平均粒子径は、20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。Au-Rh合金粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、0.5nm以上であることが好ましい。 The average particle size of the Au—Rh alloy particles is preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less. The lower limit of the average particle size of the Au—Rh alloy particles is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more.
工程1cの後、担持触媒を溶媒から分離精製することが好ましい。担持触媒を分離精製する方法は、特に限定されないが、例えば、温度が下がった混合物をろ過し、洗浄・乾燥する方法である。 After step 1c, it is preferable to separate and purify the supported catalyst from the solvent. The method for separating and purifying the supported catalyst is not particularly limited, but is, for example, a method of filtering, washing and drying a mixture whose temperature has dropped.
工程1において高分子保護材を用いる場合、高分子保護材は、工程1aの混合物に含有させるか、工程1bの混合物に含有させるか、又は工程1aの混合物及び工程1bの混合物の両方に含有させてもよい。工程1において高分子保護材を用いた場合、担持触媒の外表面に高分子保護材が存在する。一方、工程1において高分子保護材を用いなかった場合、担持触媒の外表面に高分子保護材が存在しない。また、ナノ粒子と担持体との間に高分子保護材が介在しないことが好ましい。
When the polymer protective material is used in
以降、実施例を示しながら本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not construed as being limited to the examples.
(参考例1A)
フラスコにトリエチレングリコール(以下、TEG)を125mL投入した。トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム(III)(以下、Ru(acac)3)を1.9918g(5mmol)と活性炭(FAM-50、日本エンバイロケミカルズ社製)を4.5031gとを秤とり前記TEG中に添加し、超音波で30min分散して混合液を作製した。この混合液を6℃/分の昇温速度で200℃まで加熱し、200℃で3hr加熱撹拌し、その後冷却した。冷却した混合液を減圧ろ過し、固体成分(濾物)をエタノールで十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、担持触媒を得た。
( Reference Example 1A)
125 mL of triethylene glycol (hereinafter, TEG) was put into the flask. Weigh 1.9918 g (5 mmol) of tris (acetylacetonato) ruthenium (III) (hereinafter, Ru (acac) 3 ) and 4.5031 g of activated carbon (FAM-50, manufactured by Japan Enviro Chemicals) in the TEG. To prepare a mixed solution, the mixture was added to the mixture and dispersed with ultrasonic waves for 30 minutes. This mixed solution was heated to 200 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min, heated and stirred at 200 ° C. for 3 hours, and then cooled. The cooled mixed solution was filtered under reduced pressure, the solid component (filter) was thoroughly washed with ethanol, and then dried under reduced pressure to obtain a supported catalyst.
(参考例2A)
フラスコにTEGを40mL投入した。Ru(acac)3を1.9920g(5mmol)と活性炭(FAM-50)を4.5022gとを秤とり前記TEG中に添加し、超音波で30min分散して混合液を作製した。この混合液を6℃/分の昇温速度で200℃まで加熱し、200℃で3hr加熱撹拌し、その後冷却した。冷却した混合液を減圧ろ過し、固体成分(濾物)をエタノールで十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、担持触媒を得た。
( Reference Example 2A)
40 mL of TEG was put into the flask. 1.9920 g (5 mmol) of Ru (acac) 3 and 4.5022 g of activated carbon (FAM-50) were weighed and added to the TEG, and the mixture was dispersed by ultrasonic waves for 30 minutes to prepare a mixed solution. This mixed solution was heated to 200 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min, heated and stirred at 200 ° C. for 3 hours, and then cooled. The cooled mixed solution was filtered under reduced pressure, the solid component (filter) was thoroughly washed with ethanol, and then dried under reduced pressure to obtain a supported catalyst.
(参考例3A)
フラスコにTEGを185mL投入した。Ru(acac)3を5.9056g(14.8mmol)とケッチェンブラック(EC300J、ライオン社製)とを4.5022g秤とり前記TEG中に添加し、超音波で30minの間分散して混合液を作製した。この混合液を6℃/分の昇温速度で200℃まで加熱し、200℃で3hr加熱撹拌し、その後冷却した。冷却した混合液を減圧ろ過し、固体成分(濾物)をエタノールで十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、担持触媒を得た。
( Reference Example 3A)
185 mL of TEG was put into the flask. 5.9056 g (14.8 mmol) of Ru (acac) 3 and 4.5022 g of Ketchen Black (EC300J, manufactured by Lion) were weighed and added to the TEG, and the mixture was dispersed by ultrasonic waves for 30 minutes. Was produced. This mixed solution was heated to 200 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min, heated and stirred at 200 ° C. for 3 hours, and then cooled. The cooled mixed solution was filtered under reduced pressure, the solid component (filter) was thoroughly washed with ethanol, and then dried under reduced pressure to obtain a supported catalyst.
(参考例4A)
フラスコにTEGを125mL投入した。Ru(acac)3を0.9869g(2.5mmol)と活性炭(FAM-50)を4.7496gとを秤とり前記TEG中に添加し、超音波で30minの間分散して混合液を作製した。この混合液を6℃/分の昇温速度で200℃まで加熱し、200℃で3hr加熱撹拌し、その後冷却した。遠心分離を用いて冷却後の混合液から固体成分を沈降させ上澄みを除去し、固体成分をエタノールで十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、担持触媒を得た。
( Reference Example 4A)
125 mL of TEG was put into the flask. 0.9869 g (2.5 mmol) of Ru (acac) 3 and 4.7496 g of activated carbon (FAM-50) were weighed and added to the TEG, and the mixture was dispersed by ultrasonic waves for 30 minutes to prepare a mixed solution. .. This mixed solution was heated to 200 ° C. at a heating rate of 6 ° C./min, heated and stirred at 200 ° C. for 3 hours, and then cooled. The solid component was precipitated from the cooled mixed solution by centrifugation to remove the supernatant, and the solid component was thoroughly washed with ethanol and then dried under reduced pressure to obtain a supported catalyst.
(Ru粒子の平均粒子径)
参考例1A及び参考例2Aの担持触媒をTEMでそれぞれ倍率150000倍、200000倍で観察し、得られた粒子像から100個の粒子の粒子径を計測し、その平均を求め、Ru粒子の平均粒子径とした。図1に参考例1AのTEM像を、図2に参考例2AのTEM像を示す。参考例1Aの平均粒子径は3.34nm、参考例2Aの平均粒子径は3.14nmであった。また、図1及び図2から、凝集した粒子の存在は確認されなかった。
(Average particle size of Ru particles)
The supported catalysts of Reference Example 1A and Reference Example 2A were observed with TEM at magnifications of 150,000 times and 200,000 times, respectively, the particle diameters of 100 particles were measured from the obtained particle images, the average was calculated, and the average of Ru particles was obtained. The particle size was used. FIG. 1 shows a TEM image of Reference Example 1A, and FIG. 2 shows a TEM image of Reference Example 2A. The average particle size of Reference Example 1A was 3.34 nm, and the average particle size of Reference Example 2A was 3.14 nm. Further, from FIGS. 1 and 2, the presence of agglomerated particles was not confirmed.
(結晶状態)
参考例1A及び参考例2Aの担持触媒について、XRD測定を行った。XRD測定条件は、室温でλ=CuKαである。図3に参考例1AのXRDパターンを、図4に参考例2AのXRDパターンを示す。図3において、Ruのパターンは(fcc)Ruのパターンを示しており、Ru粒子がfcc構造を有することが確認できた。図4において、Ruのパターンは(fcc)Ruのパターン及び(hcp)Ruのパターンを含むことが示されていた。
(Crystal state)
XRD measurements were performed on the supported catalysts of Reference Example 1A and Reference Example 2A. The XRD measurement condition is λ = CuKα at room temperature. FIG. 3 shows the XRD pattern of Reference Example 1A, and FIG. 4 shows the XRD pattern of Reference Example 2A. In FIG. 3, the Ru pattern shows the (fcc) Ru pattern, and it was confirmed that the Ru particles have an fcc structure. In FIG. 4, the Ru pattern was shown to include a (fcc) Ru pattern and a (hcp) Ru pattern.
(実施例1B)
フラスコに純水を50mL投入した。塩化ルテニウム(III)n水和物(以下、RuCl3・nH2O)を0.1177gとテトラクロロパラジウム酸カリウム(II)(以下、K2PdCl4)を0.1635gとを秤とり前記純水に添加して溶解した水溶液を作製した。また、活性炭(FAM-50、日本エンバイロケミカルズ社製)を1.15g秤とりトリエチレングリコール(以下、TEG)100mL中に添加し、超音波で分散して混合液を作製した。この混合液を205℃に加熱し、混合液の温度が200℃以上を保持した条件で前記水溶液を霧状に添加した。水溶液の全量を添加終了後15min加熱保持し、その後冷却した。冷却後の混合液を減圧ろ過し、固体成分(濾物)をH2O及びエタノールを用いて十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、目的のPd-Ru合金担持触媒を得た。
(Example 1B)
50 mL of pure water was put into the flask. Weighing 0.1177 g of ruthenium (III) chloride n-hydrate (hereinafter, RuCl 3.nH 2 O) and 0.1635 g of potassium ( II ) tetrachloropallastate (hereinafter, K2 PdCl 4 ), the pure An aqueous solution was prepared by adding it to water and dissolving it. Further, activated carbon (FAM-50, manufactured by Japan Enviro Chemicals, Inc.) was weighed at 1.15 g and added to 100 mL of triethylene glycol (hereinafter, TEG) and dispersed by ultrasonic waves to prepare a mixture. The mixed solution was heated to 205 ° C., and the aqueous solution was added in the form of a mist under the condition that the temperature of the mixed solution was maintained at 200 ° C. or higher. The entire amount of the aqueous solution was kept heated for 15 minutes after the addition was completed, and then cooled. The cooled mixed solution was filtered under reduced pressure, the solid component (filter) was thoroughly washed with H2O and ethanol, and then dried under reduced pressure to obtain the desired Pd-Ru alloy-supported catalyst.
(実施例2B)
フラスコに純水を50mL投入した。RuCl3・nH2Oを0.0582gとK2PdCl4を0.0779gとを秤とり前記純水に添加して溶解した水溶液を作製した。また、活性炭(FAM-50)を0.959g秤とりTEG100mL中に添加し、超音波で分散して混合液を作製した。この混合液を205℃に加熱し、混合液の温度が200℃以上を保持した条件で前記水溶液を霧状に添加した。水溶液の全量を添加終了後15min加熱保持し、その後冷却した。遠心分離を用いて冷却後の混合液から固体成分を沈降させ上澄みを除去し、固体成分をH2O及びエタノールを用いて十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、目的のPd-Ru合金担持触媒を得た。
(Example 2B)
50 mL of pure water was put into the flask. 0.0582 g of RuCl 3 · nH 2 O and 0.0779 g of K 2 PdCl 4 were weighed and added to the pure water to prepare an aqueous solution. Further, activated carbon (FAM-50) was weighed at 0.959 g and added to 100 mL of TEG and dispersed by ultrasonic waves to prepare a mixed solution. The mixed solution was heated to 205 ° C., and the aqueous solution was added in the form of a mist under the condition that the temperature of the mixed solution was maintained at 200 ° C. or higher. The entire amount of the aqueous solution was kept heated for 15 minutes after the addition was completed, and then cooled. The solid component is settled from the cooled mixed solution using centrifugation to remove the supernatant, the solid component is thoroughly washed with H2O and ethanol, and then dried under reduced pressure to carry the desired Pd-Ru alloy. Obtained a catalyst.
(実施例3B)
フラスコに純水を50mL投入した。RuCl3・nH2Oを0.3535gとK2PdCl4を0.4917gとを秤とり前記純水に添加して溶解した水溶液を作製した。また、ケッチェンブラック(EC300J、ライオン社製)を0.7023g秤とりTEG100mL中に添加し、超音波で分散して混合液を作製した。この混合液を205℃に加熱し、混合液の温度が200℃以上を保持した条件で前記水溶液を霧状に添加した。水溶液の全量を添加終了後15min加熱保持し、その後冷却した。遠心分離を用いて冷却後の混合液から固体成分を沈降させ上澄みを除去し、固体成分をH2O及びエタノールを用いて十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、目的のPd-Ru合金担持触媒を得た。
(Example 3B)
50 mL of pure water was put into the flask. An aqueous solution was prepared by weighing 0.3535 g of RuCl 3 · nH 2 O and 0.4917 g of K 2 PdCl 4 and adding them to the pure water. Further, Ketjen Black (EC300J, manufactured by Lion Co., Ltd.) was weighed in 0.7023 g and added to 100 mL of TEG, and dispersed by ultrasonic waves to prepare a mixed solution. The mixed solution was heated to 205 ° C., and the aqueous solution was added in the form of a mist under the condition that the temperature of the mixed solution was maintained at 200 ° C. or higher. The entire amount of the aqueous solution was kept heated for 15 minutes after the addition was completed, and then cooled. The solid component is settled from the cooled mixed solution using centrifugation to remove the supernatant, the solid component is thoroughly washed with H2O and ethanol, and then dried under reduced pressure to carry the desired Pd-Ru alloy. Obtained a catalyst.
(Pd-Ru合金粒子の平均粒子径)
実施例1Bの担持触媒をTEMで倍率150000倍で観察し、得られた粒子像から100個の粒子の粒子径を計測し、その平均を求め、図5に実施例1BのTEM像を示す。実施例1Bの平均粒子径は、6.71nmであった。また、図5から、凝集した粒子の存在は確認されなかった。
(Average particle size of Pd-Ru alloy particles)
The supported catalyst of Example 1B was observed with a TEM at a magnification of 150,000 times, the particle diameters of 100 particles were measured from the obtained particle image, the average was calculated, and the TEM image of Example 1B is shown in FIG. The average particle size of Example 1B was 6.71 nm. Further, from FIG. 5, the presence of agglomerated particles was not confirmed.
(合金の状態)
実施例1Bの担持触媒について、XRD測定及び昇温XRD測定を行った。XRD測定条件は、室温でλ=CuKαである。昇温XRD測定条件は、室温、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃で、λ=0.58Åである。図6に実施例1BのXRDパターンを示す。図7に実施例1Bの昇温XRDパターンを示す。図6及び図7からPd-Ru合金ナノ粒子が合成されたことが確認できた。また、実施例1Bの担持触媒について、STEM測定を行った。図8に実施例1BのSTEM像を、図9に実施例1BのEDSマッピングを示す。図8からPd-Ru合金粒子が担持体上に形成されていることが確認できた。また、図9はPdとRuとの固溶限界を超えた混合比でPdとRuとが混合した粒子を形成していることを示しており、Pd-Ru合金が固溶体を形成していることが確認できた。図9では、元素マッピングをグレー階調に処理した画像を示したが、元素マッピングはグレー調に処理する前のカラー画像によって、より正確に表現される。
(State of alloy)
XRD measurement and temperature rise XRD measurement were performed on the supported catalyst of Example 1B. The XRD measurement condition is λ = CuKα at room temperature. The temperature rise XRD measurement conditions are room temperature, 100 ° C., 200 ° C., 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C., and λ = 0.58 Å. FIG. 6 shows the XRD pattern of Example 1B. FIG. 7 shows the temperature rise XRD pattern of Example 1B. It was confirmed from FIGS. 6 and 7 that Pd-Ru alloy nanoparticles were synthesized. In addition, STEM measurement was performed on the supported catalyst of Example 1B. FIG. 8 shows an STEM image of Example 1B, and FIG. 9 shows an EDS mapping of Example 1B. From FIG. 8, it was confirmed that the Pd-Ru alloy particles were formed on the carrier. Further, FIG. 9 shows that particles in which Pd and Ru are mixed are formed at a mixing ratio exceeding the solid solution limit of Pd and Ru, and the Pd—Ru alloy forms a solid solution. Was confirmed. In FIG. 9, an image obtained by processing the element mapping to gray gradation is shown, but the element mapping is more accurately represented by the color image before processing to gray tone.
(実施例4B)
フラスコに純水40mL投入した。Ag(NO3)を0.0852gとRh(CH3COOH)3を0.1402gとを秤とり前記純水に添加して溶解した水溶液を作製した。また、アルミナ(Sasol North America社製)を5.2670g秤とりエチレングリコール(以下、EG)300mL中に添加し、超音波で分散して混合液を作製した。この混合液を180℃に加熱し、混合液の温度が175℃以上を保持した条件で前記水溶液を霧状に添加した。水溶液の全量を添加終了後10min加熱保持し、その後冷却した。遠心分離を用いて冷却後の混合液から固体成分を沈降させ上澄みを除去し、固体成分をH2O及びエタノールを用いて十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、目的のAg-Rh合金担持触媒を得た。
(Example 4B)
40 mL of pure water was put into the flask. An aqueous solution was prepared by weighing 0.0852 g of Ag (NO 3 ) and 0.1402 g of Rh (CH 3 COOH) 3 and adding to the pure water. Further, alumina (manufactured by Sasol North America) was added to 300 mL of 5.2670 g of weighed ethylene glycol (hereinafter referred to as EG) and dispersed by ultrasonic waves to prepare a mixture. The mixed solution was heated to 180 ° C., and the aqueous solution was added in the form of a mist under the condition that the temperature of the mixed solution was maintained at 175 ° C. or higher. The entire amount of the aqueous solution was kept heated for 10 minutes after the addition was completed, and then cooled. The solid component is settled from the cooled mixed solution using centrifugation to remove the supernatant, the solid component is thoroughly washed with H2O and ethanol, and then dried under reduced pressure to carry the desired Ag—Rh alloy. Obtained a catalyst.
(合金の状態)
実施例4Bの担持触媒について、STEM測定を行った。図10に実施例4BのSTEM像を、図11に実施例4BのEDSマッピングを示す。図10からAg-Rh合金粒子が担持体上に形成されていることが確認できた。また、図11はAgとRhとの固溶限界を超えた混合比でAgとRhとが混合した粒子を形成していることを示しており、Ag-Rh合金が固溶体を形成していることが確認できた。図11では、元素マッピングをグレー階調に処理した画像を示したが、元素マッピングはグレー調に処理する前のカラー画像によって、より正確に表現される。
(State of alloy)
STEM measurements were performed on the supported catalyst of Example 4B. FIG. 10 shows an STEM image of Example 4B, and FIG. 11 shows an EDS mapping of Example 4B. From FIG. 10, it was confirmed that Ag—Rh alloy particles were formed on the carrier. Further, FIG. 11 shows that particles in which Ag and Rh are mixed are formed at a mixing ratio exceeding the solid solution limit of Ag and Rh, and the Ag—Rh alloy forms a solid solution. Was confirmed. FIG. 11 shows an image in which the element mapping is processed into gray gradation, but the element mapping is more accurately expressed by the color image before the element mapping is processed in gray tone.
(Ag-Rh合金粒子の粒子径)
実施例4Bの担持触媒をTEMで倍率120000倍で観察し、得られた粒子像から30個の粒子径を計測し、その平均を求め、図12に実施例4BのTEM像を示す。実施例4Bの平均粒子径は、8.11nmであった。また、図12から凝集した粒子の存在は確認されなかった。
(Particle diameter of Ag-Rh alloy particles)
The supported catalyst of Example 4B was observed with a TEM at a magnification of 120,000 times, the diameters of 30 particles were measured from the obtained particle image, the average was calculated, and the TEM image of Example 4B is shown in FIG. The average particle size of Example 4B was 8.11 nm. In addition, the presence of aggregated particles was not confirmed from FIG.
(実施例5B)
フラスコに純水20mL投入した。HAuCl4・4H2Oを0.0214gとRhCl3・3H2Oを0.0144gとを秤とり前記純水に添加して溶解した水溶液を作製した。また、アルミナ(PURALOX SCFa140/L3 Sasol社製)を0.7301g秤とりEG200mL中に添加し、超音波で分散した混合液を作製した。この混合液を180℃に加熱し、混合液の温度が175℃以上を保持した条件で前記水溶液を霧状に添加した。水溶液の全量を添加終了後10min加熱保持し、その後冷却した。遠心分離を用いて冷却後の混合液から固体成分を沈降させ上澄みを除去し、固体成分をH2O及びエタノールを用いて十分に洗浄した後減圧乾燥を実施し、目的のAu-Rh合金担持触媒を得た。
(Example 5B)
20 mL of pure water was put into the flask. 0.0214 g of HAuCl 4.4H 2 O and 0.0144 g of RhCl 3.3H 2 O were weighed and added to the pure water to prepare an aqueous solution. Further, alumina (PURALOX SCFA140 / L3 Sasol) was weighed at 0.7301 g and added to 200 mL of EG to prepare a mixed solution dispersed by ultrasonic waves. The mixed solution was heated to 180 ° C., and the aqueous solution was added in the form of a mist under the condition that the temperature of the mixed solution was maintained at 175 ° C. or higher. The entire amount of the aqueous solution was kept heated for 10 minutes after the addition was completed, and then cooled. The solid component is settled from the cooled mixed solution using centrifugation to remove the supernatant, the solid component is thoroughly washed with H2O and ethanol, and then dried under reduced pressure to carry the desired Au—Rh alloy. Obtained a catalyst.
(合金の状態)
実施例5Bの担持触媒について、STEM測定を行った。図13に実施例5BのSTEM像を、図14に実施例5BのEDSマッピングを示す。図13からAu-Rh合金粒子が担持体上に形成されていることが確認できた。また、図14はAuとRhとの固溶限界を超えた混合比でAuとRhとが混合した粒子を形成していることを示しており、Au-Rh合金が固溶体を形成していることが確認できた。図14では、元素マッピングをグレー階調に処理した画像を示したが、元素マッピングはグレー調に処理する前のカラー画像によって、より正確に表現される。
(State of alloy)
STEM measurement was performed on the supported catalyst of Example 5B. FIG. 13 shows an STEM image of Example 5B, and FIG. 14 shows an EDS mapping of Example 5B. From FIG. 13, it was confirmed that Au—Rh alloy particles were formed on the carrier. Further, FIG. 14 shows that the particles in which Au and Rh are mixed are formed at a mixing ratio exceeding the solid solution limit of Au and Rh, and the Au—Rh alloy forms a solid solution. Was confirmed. In FIG. 14, an image obtained by processing the element mapping to gray gradation is shown, but the element mapping is more accurately represented by the color image before processing to gray tone.
(Au-Rh合金粒子の粒子径)
実施例5Bの担持触媒をTEMで倍率80000倍で観察し、得られた粒子像から30個の粒子径を計測し、その平均を求め、図15に実施例5BのTEM像を示す。実施例5Bの平均粒子径は、5.54nmであった。また、図15から凝集した粒子の存在は確認されなかった。
(Particle diameter of Au-Rh alloy particles)
The supported catalyst of Example 5B was observed with a TEM at a magnification of 80,000 times, the diameters of 30 particles were measured from the obtained particle image, the average was calculated, and the TEM image of Example 5B is shown in FIG. The average particle size of Example 5B was 5.54 nm. In addition, the presence of agglomerated particles was not confirmed from FIG.
Claims (15)
少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、
前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を、前記有機溶媒を沸騰させずに加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、
前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、
前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする担持触媒の製造方法。 In a method for producing a supported catalyst in which Pd-Ru alloy particles, Ag-Rh alloy particles, or Au-Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles.
At least, the Ru compound and the Pd compound which are the synthetic raw materials of the Pd-Ru alloy particles, the Ag compound and the Rh compound which are the synthetic raw materials of the Ag-Rh alloy particles, or Au which is the synthetic raw material of the Au-Rh alloy particles. There is step 1 of synthesizing the nanoparticles using the compound and the Rh compound, the carrier, and an organic solvent having a reducing property having 2 or more carbon atoms, and supporting the nanoparticles on the carrier. death,
The step 1 is a step 1a in which the mixture containing the carrier and the organic solvent is heated without boiling the organic solvent, and (1) the Pd compound, the Ru compound and pure water, (2). Step 1b for producing the Ag compound, the Rh compound and pure water, or (3) the mixture containing the Au compound, the Rh compound and pure water, and the mixture of the mixture of the step 1a and the step 1b. 1c and the step 1c of mixing
The mixture of the step 1b is (1) a solution in which the Pd compound and the Ru compound are dissolved in pure water, (2) a solution in which the Ag compound and the Rh compound are dissolved in pure water, or (3) the Au. It is a solution in which the compound and the Rh compound are dissolved in pure water.
The step 1c is a method for producing a supported catalyst, characterized in that the step 1c is performed while maintaining the heating temperature of the step 1a .
少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、
前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、
前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がトリエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上230℃以下であり、
前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、
前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする担持触媒の製造方法。 In a method for producing a supported catalyst in which Pd-Ru alloy particles, Ag-Rh alloy particles, or Au-Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles.
At least, the Ru compound and the Pd compound which are the synthetic raw materials of the Pd-Ru alloy particles, the Ag compound and the Rh compound which are the synthetic raw materials of the Ag-Rh alloy particles, or Au which is the synthetic raw material of the Au-Rh alloy particles. There is step 1 of synthesizing the nanoparticles using the compound and the Rh compound, the carrier, and an organic solvent having a reducing property having 2 or more carbon atoms, and supporting the nanoparticles on the carrier. death,
The step 1 is a step 1a of heating a mixture containing the carrier and the organic solvent, and (1) the Pd compound, the Ru compound and pure water, (2) the Ag compound, the Rh compound and pure. It comprises (3) a step 1b for producing a mixture containing the Au compound, the Rh compound and pure water, and a step 1c for mixing the mixture of the step 1a and the mixture of the step 1b. death,
In the step 1a, the organic solvent is triethylene glycol and the heating temperature is 100 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.
The mixture of the step 1b is (1) a solution in which the Pd compound and the Ru compound are dissolved in pure water, (2) a solution in which the Ag compound and the Rh compound are dissolved in pure water, or (3) the Au. It is a solution in which the compound and the Rh compound are dissolved in pure water.
The step 1c is a method for producing a supported catalyst, characterized in that the step 1c is performed while maintaining the heating temperature of the step 1a .
少なくとも、前記Pd-Ru合金粒子の合成原料となるRu化合物及びPd化合物、前記Ag-Rh合金粒子の合成原料となるAg化合物及びRh化合物、又は、前記Au-Rh合金粒子の合成原料となるAu化合物及びRh化合物と、前記担持体と、炭素数が2以上の還元性をもつ有機溶媒と、を用いて前記ナノ粒子を合成するとともに、該ナノ粒子を前記担持体に担持させる工程1を有し、
前記工程1が、前記担持体と前記有機溶媒とを含有する混合物を加熱する工程1aと、(1)前記Pd化合物、前記Ru化合物及び純水、(2)前記Ag化合物、前記Rh化合物及び純水、又は、(3)前記Au化合物、前記Rh化合物及び純水を含有する混合物を作製する工程1bと、前記工程1aの前記混合物と前記工程1bの混合物とを混合する工程1cと、を有し、
前記工程1aにおいて、前記有機溶媒がエチレングリコールであり、かつ、加熱温度が100℃以上180℃以下であり、
前記工程1bの混合物は、(1)前記Pd化合物及び前記Ru化合物が純水に溶解した溶液、(2)前記Ag化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液、又は、(3)前記Au化合物及び前記Rh化合物が純水に溶解した溶液であり、
前記工程1cは、前記工程1aの加熱温度を保ちながら行うことを特徴とする担持触媒の製造方法。 In a method for producing a supported catalyst in which Pd-Ru alloy particles, Ag-Rh alloy particles, or Au-Rh alloy particles are supported on a carrier as nanoparticles.
At least, the Ru compound and the Pd compound which are the synthetic raw materials of the Pd-Ru alloy particles, the Ag compound and the Rh compound which are the synthetic raw materials of the Ag-Rh alloy particles, or Au which is the synthetic raw material of the Au-Rh alloy particles. There is step 1 of synthesizing the nanoparticles using the compound and the Rh compound, the carrier, and an organic solvent having a reducing property having 2 or more carbon atoms, and supporting the nanoparticles on the carrier. death,
The step 1 is a step 1a of heating a mixture containing the carrier and the organic solvent, and (1) the Pd compound, the Ru compound and pure water, (2) the Ag compound, the Rh compound and pure. It comprises (3) a step 1b for producing a mixture containing the Au compound, the Rh compound and pure water, and a step 1c for mixing the mixture of the step 1a and the mixture of the step 1b. death,
In the step 1a, the organic solvent is ethylene glycol and the heating temperature is 100 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
The mixture of the step 1b is (1) a solution in which the Pd compound and the Ru compound are dissolved in pure water, (2) a solution in which the Ag compound and the Rh compound are dissolved in pure water, or (3) the Au. It is a solution in which the compound and the Rh compound are dissolved in pure water.
The step 1c is a method for producing a supported catalyst, characterized in that the step 1c is performed while maintaining the heating temperature of the step 1a .
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