KR20170020422A - 촉매 입자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20170020422A
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데이비드 피. 브라운
올리비에 레이노
안톤 세르게예비치 아니시모브
앨버트 지. 나시불린
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카나투 오와이
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Abstract

촉매 입자의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고, 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 유화되어 있는 용액을 형성하는 단계; 형성된 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하는 단계; 및 상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자를 생성하는 단계를 포함한다. 나노물질의 제조 방법, 촉매 입자의 제조를 위한 장치, 촉매 입자 및 용액 액적이 또한 개시된다.

Description

촉매 입자 및 그의 제조 방법{Catalyst particle and method for producing thereof}
본 발명은 마이크로- 및 나노-규모 입자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 촉매 입자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
나노물질은 필름, 판형, 구형, 및 보다 더 복잡한 형상, 예컨대 나노큐브, 나노콘 및 나노스타를 비롯한 다양한 구조 및 형태들을 포함한다. 이러한 나노물질 중 많은 것들이 표적 나노물질과 상이한 특정 조성의 촉매 입자가 관여하는 촉매 반응으로 제조될 수 있다. 이들 촉매적으로 제조된 나노물질의 특정 하위분류는 고종횡비 분자 구조체 (HARM), 예컨대 탄소 나노튜브 (CNT), 탄소 나노버드 (CNB), 은 나노와이어 (AgNW) 및 기타 나노튜브, 나노와이어 및 나노리본 타입의 구조체이다. HARM에 기반한 투명한 전도성 및 반전도성 박막은 트랜지스터, 인쇄 전자기기, 터치 스크린, 센서, 광 소자, 태양 전지용 전극, 조명, 검출 및 디스플레이 장치와 같은 다양한 적용에 중요하다. 두꺼운 다공성 HARM 필름은 또한 예를 들어, 연료 전지 및 정수용으로 유용하다. 투명한 전극 적용을 위해, 기존의 ITO 박층에 비해 HARM 박막이 가지는 주요 장점 중 하나는 투명도는 유사하면서 유연성은 개선된 것이다. 탄소는 또한 인듐 공급물보다 더 저렴하고 보다 용이하게 이용이 가능하다.
당업계에 공지된 촉매 제조 방법은 일반적으로 에어로졸 촉매 제조를 위한 물리적 증기 핵형성 및 CVD 촉매 제조를 위한 고용체 중 산화물의 환원을 포함한다. 특히, 사전 제조된 촉매 입자를 이미 포함하고 있는 용액을 증발시키는 것 등의 방법이 기상으로 촉매 입자를 제조하는데 사용되어오고 있다. 그러나, 당업계에 공지된 방법은 종종 예측할 수 없는 형태, 크기 및 그밖에 저조한 제어 특성을 갖는 촉매 입자를 생성한다. 당업계에 공지된 촉매 입자는 니켈, 코발트 및 철 입자를 포함한다.
발명의 요약
본 부문에서는 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 주요 실시양태가 설명되고 특정 정의가 주어진다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 촉매 입자의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고, 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 유화되어 있는 용액을 형성하는 단계; 형성된 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하는 단계; 및 상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자를 생성하는 단계를 포함한다.
본원에서 용액은 적어도 하나의 성분이 액체, 겔, 슬러리 또는 페이스트 형태로 존재하는, 하나 이상의 성분의 임의의 조합을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 본 발명에 따라, 용매는 액상에 물질을 분산시키는 물질을 포함한다. 따라서, 용매에는, 예를 들면 유화제가 포함된다. 용매는 예를 들어, 1,1,2-트리클로로트리플루오로에탄, 1-부탄올, 1-옥탄올, 1-클로로부탄, 1,4-디옥산, 1,2-디클로로에탄, 1,4-디옥산, 1-메틸-2-피롤리돈, 1,2-디클로로벤젠, 2-부탄올, 2,2,2-트리플루오로에탄올, 2-에톡시에틸 에테르, 2-메톡시에탄올, 2-메톡시에틸 아세테이트, 아세트산, 아세트산 무수물, 아세토니트릴 (MeCN), 아세톤, 벤젠, 부틸 아세테이트, 벤조니트릴, 사염화탄소, 이황화탄소, 클로로포름, 클로로벤젠, 시트러스 테르펜, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 디클로로메탄, 디에틸 에테르, 디클로로메탄 (DCM), 디에틸 케톤, 디메톡시에탄, 디메틸포름아미드 (DMF), 디메틸 설폭시드, 산화중수소 아세톤, 디에틸 아민, 디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 디메틸 설폭시드 (DMSO), 디메틸포름아미드 (DMF), 에탄올, 에틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜, 포름산, 글리세린, 헥산, 헵탄, 헥사메틸포스포러스 트리아미드, 헥사메틸포스포르아미드, 이소프로판올 (IPA), 이소부틸 알콜, 이소아밀 알콜, m-자일렌, 메탄올, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸렌 클로라이드, 메틸 아세테이트, 니트로메탄, n-부탄올, n-프로판올, 니트로메탄, N,N-디메틸아세트아미드, o-자일렌, p-자일렌, 펜탄, 석유 에테르, 페트롤 에테르, 프로필렌 카보네이트, 피리딘, 프로판산, 테트라하이드로푸란 (THF), 톨루엔, 테레빈, 트리에틸 아민, tert-부틸 메틸 에테르, tert-부틸 알콜, 테트라클로로에틸렌, 및 물의 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 용매도 본 발명에 따라 가능하다.
본원에서 촉매 물질은 기체, 액체, 고체 또는 나노물질의 성장을 촉매화하기 위해 사용될 수 있는 임의의 다른 형태의 모든 물질을 포괄적으로 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 예로서는 철, 니켈, 몰리브덴, 코발트, 백금, 구리, 은 또는 금과 같은 금속 및 이들을 함유하는 혼합물 또는 화합물 (예를 들어 탄화물, 질화물, 염화물, 브롬화물, 황산염, 카보닐 및 산화물)을 들 수 있으나 이들에만 한정되지는 않는다.
제조된 촉매는 중간 상태, 즉 중간 촉매 입자일 수 있다. 이는 입자가 본질적으로 용매가 없고 촉매반응을 위해 아직 활성화 되지 않은 상태를 말한다.
일 실시양태에 따라, 중간 촉매 입자가 생성된 경우, 방법은 추가로 중간 촉매 입자를 처리하여 촉매 입자를 생성하는 단계를 포함한다.
촉매 물질을 함유하는 물질은 촉매 및 촉매 전구체 또는 촉매 공급원을 포함하는 물질 모두를 지칭하며, 본원에서는 기체, 액체, 고체, 또는 처리 또는 가공 시에 기체, 액체 또는 고체 형태의 촉매 물질을 제공하는 임의의 다른 형태의 모든 물질 및/또는 촉매 입자 또는 촉매 물질을 포괄적으로 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 또한, 용매 중에서 예를 들어 용매화 또는 유화에 의해 분산을 허용하도록 그 표면에 계면활성제를 갖는 촉매 공급원 및 촉매 물질도 별도의 설명이 없으면, 본원에서 본 발명에 따른 촉매 물질을 함유하는 물질로 간주된다.
"물질이 용해된"이란 물질 또는 그의 이온이 용매 분자에 의해 확산되고 포위되는 것을 의미한다.
"유화된"이란 본원에서 일반적으로 비혼화성 (비혼합성 또는 비블렌드성)인 2 이상의 액체의 혼합물이 생성되는 것을 의미한다.
형성된 용액을 에어로졸화하여 액적을 생성하고 상기 액적을 처리하여 촉매 입자를 생성하는 것은 그의 크기, 모양, 형태 및 조성과 같이 제조된 촉매 입자의 다양한 특성을 제어하는 기술적 효과를 제공한다. 예를 들어, 더 큰 촉매 입자가 요구되는 경우, 에어로졸화 파라미터는 얻어진 촉매 입자의 크기에 직접 영향을 미치는 더 큰 액적이 생성되도록 선택될 수 있다. 반대로, 더 작은 촉매 입자가 요구되는 경우, 용매 파라미터는 얻어진 촉매 입자의 크기에 직접 영향을 미치는 액적 당 더 적은 촉매 물질이 존재하도록 선택될 수 있다.
일 실시양태에 따라, 형성된 용액은 0.0001 Pa S(Pascal Second) 내지 10 Pa S, 바람직하게는 0.0001 Pa S 내지 1 Pa S의 점도를 갖는다. 일부 경우에, 적합한 점도는 에어로졸 방법 및 바람직한 용액의 액적 크기의 함수이다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 용액은 상기 범위를 벗어나는 임의의 점도를 가질 수 있다. 0.0001 Pa S 내지 10 Pa S 내의 점도는 용액이 본 발명에 사용된 수단에 의해 에어로졸화될 수 있기에 적절히 낮은 것일 수 있다.
일 실시양태에 따라, 용액은 10 내지 99.9 중량%의 용매, 및 바람직하게는 90 내지 99 중량%의 용매를 포함한다.
일 실시양태에 따라, 용액은 0.01 내지 50 중량%의 촉매 물질을 함유하는 물질, 및 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%의 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함한다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 용액은 상기 범위를 벗어나는 임의의 중량%의 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함할 수 있다.
일 실시양태에 따라, 방법은 적어도 일부의 촉진제를 포함하는 촉매 입자를 생성하기 위해 촉진제를 첨가하는 단계를 추가로 포함한다.
촉진제는 본원에서 나노물질의 핵형성 또는 성장 속도를 촉진하거나, 가속화하거나, 또는 그렇지 않으면 증가 또는 향상시키거나, 또는 제조할 나노물질의 하나 이상의 특성을 제어하는데 도움이 되는 기체, 액체, 고체 또는 임의의 다른 형태의 모든 물질을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 촉진제의 예로는 황, 셀레늄, 텔루륨, 갈륨, 게르마늄, 인, 납, 비스무스, 산소, 수소, 암모니아, 물, 알콜, 티올, 에테르, 티오에테르, 에스테르, 티오에스테르, 아민, 케톤, 티오케톤, 알데하이드, 티오알데하이드 및 이산화탄소를 들 수 있나 이들에만 한정되지는 않는다. 본 발명의 목적상, 촉진제 전구체도 촉진제로 간주된다. 예를 들어, 촉진제 황의 경우, 촉진제 황에 대한 전구체 또는 그의 공급원인 티오펜, 페로세닐 설파이드, 고체 황, 이황화탄소, 티오페놀, 벤조티오펜, 이황화수소, 디메틸 설폭시드 등의 화합물이 본원에서 촉진제로 칭해진다.
촉진제는 에어로졸화 도중 또는 후, 또는 처리 동안에 용액에 첨가되고 도입될 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에 따라, 촉진제는 에어로졸화 전에 용액에 존재하지만, 공정 중 나중에 첨가되거나 도입될 수도 있다. 용액 중에 존재하는 촉진제의 기술적 효과는 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질에 대한 그의 농도를 보다 정확하게 제어할 수 있다는 것이다.
일 실시양태에 따라, 액적들을 생성하기 위한 용액의 에어로졸화는 스프레이 노즐 에어로졸화, 공기 보조 분무화, 스피닝 디스크 분사화, 가압 액체 분사화, 전기스프레이, 진동 오리피스 분사화, 음파 처리, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅, 스피닝 디스크 코팅 및/또는 전기스프레이 이온화에 의해 수행된다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 용액은 본 발명에 따라 다른 수단에 의해 에어로졸화 될 수도 있다.
일 실시양태에 따라, 촉매 입자를 생성하기 위한 액적의 처리는 가열, 증발, 열 분해, 음파 처리, 조사 및/또는 화학 반응에 의해 수행된다. 화학 반응은 입자 내부에 화학 변화를 일으키는 시약의 첨가를 포함할 수 있다. 화학 반응 또는 열 분해는 또한 전구체로부터 물질을 방출하기 위해 사용될 수도 있다.
일 실시양태에 따라, 촉매 물질을 함유하는 물질은 유기금속 화합물 및 금속 유기 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 촉매 물질을 포함하는 다른 물질이 본 발명에 따라 가능하다. 촉매 물질을 함유하는 물질은 액적 처리 동안, 예를 들면 화학 반응 또는 열 분해를 통해 촉매 물질을 방출하는 경향이 있을 수 있다.
이러한 화합물의 예로서는 몰리브덴 헥사카보닐, 페로센, 철 펜타카보닐, 니켈레센, 코발토센, 테트라카보닐 니켈, 요오도(메틸)마그네슘 MeMgI, 디에틸마그네슘, 유기마그네슘 화합물, 예컨대 요오도(메틸)마그네슘 MeMgI, 디에틸마그네슘 (Et2Mg), 그리냐르 시약, 메틸코발라민 헤모글로빈, 미오글로빈 유기리튬 화합물, 예컨대 n-부틸리튬 (n-BuLi), 유기아연 화합물, 예컨대 디에틸아연 (Et2Zn) 및 클로로(에톡시카보닐메틸)아연 (ClZnCH2C(=O)OEt) 및 유기구리 화합물, 예컨대 리튬 디메틸큐프레이트 (Li+[CuMe2]-), 금속 베타-디케토네이트, 알콕사이드, 및 디알킬아미드, 아세틸아세토네이트, 금속 알콕사이드, 란탄족 원소, 악티늄족 원소 및 반금속, 트리에틸보란 (Et3B)을 들 수 있나 이들에만 한정되지는 않는다.
상기 임의 실시양태의 방법은 나노물질의 촉매적 합성에 이용될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 방법이 개시된다. 이 방법은 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고, 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 유화되어 있는 용액을 형성하는 단계; 형성된 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하는 단계; 상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자를 생성하는 단계; 나노물질 공급원을 도입하는 단계; 및 나노물질 공급원 및 적어도 하나의 촉매 입자로부터 나노물질을 합성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 용매는 나노물질 공급원으로 작용할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 용매는 나노물질의 핵형성 및/또는 성장 전에 촉매 입자 또는 촉매 전구체 입자로부터 실질적으로 제거된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 촉매 입자는 하나 이상의 촉매 물질 및 하나 이상의 촉진제를 함유한다.
나노물질은 본원에서 0.1 내지 100 nm의 최소 특성 길이를 갖는 임의의 물질로 간주된다. 예를 들어, 나노튜브 또는 나노로드의 경우, 특성 치수는 직경이다.
일 실시양태에 따라, 방법은 형성된 나노물질을 기판 상에 침착시키는 단계를 포함한다.
기판은, 예를 들어, 석영, PC, PET, PE, 규소, 실리콘 또는 유리 기판일 수 있다.
일 실시양태에 따라, 나노물질 공급원은 탄소 나노물질 공급원이다.
나노물질 공급원은 본원에서 나노물질을 구성하는 화합물 또는 원소의 일부 또는 전부를 함유하는 임의의 물질을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 탄소 나노물질의 경우, 나노물질 공급원은 탄소와 일산화탄소, 유기물 및 탄화수소를 비롯한 탄소 함유 화합물을 포함한다. 본 발명에 따라, 탄소 공급원으로서, 각종 탄소 함유 전구체가 사용될 수 있다. 당, 전분 및 알콜이 본 발명에 따른 가능한 탄소 공급원이다. 탄소 공급원은 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌, 아세틸렌과 같은 기체상 탄소 화합물뿐만 아니라 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 트리메틸벤젠, 메탄올, 에탄올 및/또는 옥탄올과 같은 액체 휘발성 탄소 공급원을 포함하지만, 이들에만 한정되지 않는다. 단독으로, 또는 수소 존재하의 일산화탄소 가스를 탄소 공급원으로 사용할 수도 있다. 포화 탄화수소 (예를 들어, CH4, C2H6, C3H8), C2H2로부터 C2H4를 통해 C2H6의 포화 탄소 결합을 가지는 시스템, 방향족 화합물 (벤젠 C6H6, 톨루엔 C6H5-CH3, o-크실렌 C6H4-(CH3)2, 1,2,4-트리메틸벤젠 C6H3-(CH3)3) 벤젠, 풀러렌 분자가 또한 탄소 공급원으로서 사용될 수 있다.
탄소를 포함하는 나노물질은 필름, 판형, 예컨대 그래핀, 구형체 또는 회전타원체, 예컨대 나노어니언, 풀러렌 및 버키볼; 섬유, 튜브, 막대 및 보다 복잡한 형상, 예컨대 탄소 나노트리, 나노혼, 나노리본, 나노콘, 그래핀화 탄소 나노튜브, 탄소 피포드 및 다성분 나노물질, 예컨대 탄소 질소 나노튜브 및 탄소 붕소 나노튜브를 비롯한 다양한 구조 및 형태들을 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따라, 촉매 입자를 제조하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하기 위한 수단; 및 상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자를 생성하기 위한 수단을 포함한다.
일 실시양태에서, 장치는 추가로 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 형성하기 위한 수단을 포함한다.
일 실시양태에서, 장치는 추가로 적어도 일부의 촉진제를 포함하는 촉매 입자를 생성하기 위해 촉매를 첨가하기 위한 수단을 포함한다.
일 실시양태에 따라, 액적들을 생성하기 위한 용액의 에어로졸화 수단은 스프레이 노즐 에어로졸화, 공기 보조 분무화, 스피닝 디스크 분사화, 가압 액체 분사화, 전기스프레이, 진동 오리피스 분사화, 음파 처리, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅, 스피닝 디스크 코팅 및/또는 전기스프레이 이온화를 위한 수단을 포함한다.
일 실시양태에서, 촉매 입자를 생성하기 위한 액적의 처리 수단은 가열, 증발, 열 분해, 조사, 음파 처리 및/또는 화학 반응을 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 따라, 촉매 입자의 제조를 위한 용액 액적이 개시된다. 용액 액적은 용매, 촉매 물질을 함유하는 물질 및 촉진제를 포함한다.
본 발명의 제5 양태에 따라, 촉매 입자를 제조하기 위한 장치가 개시된다. 이 장치는 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하기 위한 에어로졸화기; 및 상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자를 생성하기 위한 반응기를 포함한다.
일 실시양태에서, 장치는 추가로 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 형성하기 위한 믹서 또는 교반기를 포함한다.
본 발명의 일 실시양태에 따라, 용액은 용액의 하나 이상의 성분과 화학적 또는 촉매적으로 반응하여 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 물질을 방출하고/하거나, 촉진제를 생성 또는 활성화할 수 있는 시약을 함유할 수 있다.
활성화는 본원에서 물질의 의도된 효과가 활성화 되거나, 또는 물질이 방출되도록 화학적 또는 물리적 변화를 일으키는 것을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 그 예는 촉진제 전구체 (예를 들어 티오펜)로부터 촉진제 (예를 들어 황)의 방출을 포함한다. 활성화는 예를 들면, 화학 반응 또는 열 분해에 의해 달성될 수 있다.
에어로졸화기는 또한 자기 믹서 또는 교반기, 분무기, 액적 생성기 또는 분사기일 수 있다.
액적을 처리하기 위한 반응기는 가열 장치, UV 처리 장치, 화학 반응 장치, 초음파 장치, 가압 또는 감압 장치, 조사 장치 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 제6 양태에 따라, 촉매 입자가 개시된다. 촉매 입자는 촉매 물질 및 적어도 하나의 촉진제를 포함한다. 촉진제는 황, 셀레늄, 텔루륨, 갈륨, 게르마늄, 인, 납, 비스무스, 산소, 수소, 암모니아, 물, 알콜, 티올, 에테르, 티오에테르, 에스테르, 티오에스테르, 아민, 케톤, 티오케톤, 알데하이드, 티오알데하이드 및 이산화탄소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
촉매 입자는 합성에 사용될 수 있는 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자일 수 있다.
촉진제는 예를 들어, 촉진제를 사용하여 촉매 입자를 제조한 후, 입자의 내부에 남아있을 수 있다. 촉매 물질 및 촉진제를 포함하는 촉매 입자는, 예를 들어 촉매 입자가 나노물질의 합성에 사용되는 경우, 촉매 입자 중에 나노물질의 용해도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 동일한 촉매 입자에 촉매 물질 및 촉진제를 모두 제공하는 경우 기술적 효과는 개선된 환산 수율, 성장 속도 및 나노물질의 특성 제어이다.
일 실시양태에서, 촉매 물질은 철, 니켈, 코발트, 백금, 구리, 은, 금 및 이들의 임의의 조합, 및 이들 물질 중 적어도 하나를 포함하는 임의의 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이러한 화합물은 탄화물, 질화물, 염화물, 브롬화물, 황산염, 카보닐 및 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 촉매 입자는 고체이다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 방법을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 방법을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시양태에 따른 나노물질의 SEM 및 TEM 이미지이다.
도 4는 60 SWCNT의 직경 분포이다.
도 5는 일 실시양태에 따른 상이한 황 농도에 대한 CNT의 직경 분포를 나타낸다.
실시양태의 상세한 설명
이하에 본 발명의 실시양태에 대하여 설명될 것이며, 그의 예는 첨부 도면에 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 방법을 도시한다. 도 1에 도시된 실시양태에서, 방법은 단계 (101)로서 나타낸 바와 같이, 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 용액을 형성하는 단계로 시작한다. 용매 및 촉매 공급원 (촉매 물질을 함유하는 물질)을 믹서 (102)에 첨가하여 용액을 형성할 수 있다. 촉매 공급원은 방법을 계속하기 전에 용매에 용해, 유화 또는 다르게 분산된다. 용매는, 예를 들어, 물, 톨루엔, 에탄올 또는 촉매 공급원이 분산될 수 있도록 하는 임의의 다른 적합한 물질일 수 있고; 촉매 공급원은, 예를 들어, 페로센과 같은 화합물일 수 있다. 용액은 0.0001 Pa S 내지 10 Pa S, 바람직하게는 0.0001 Pa S 내지 1 Pa S의 점도를 가질 수 있다. 이러한 점도는 용액의 효율적인 에어로졸을 허용할 수 있다. 용액은 10 내지 99.9 중량%의 용매, 및 바람직하게는 90 내지 99.9 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 이는 또한 0.001 내지 90 중량%의 촉매 공급원, 및 바람직하게는 0.01 내지 50 중량%의 촉매 공급원 및 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%의 촉매 공급원을 가질 수 있다. 상기 비율 범위는 상이한 조건에서 효율적인 촉매 물질의 생성을 제공할 수 있다.
이어서, 용액을 에어로졸화하여 촉매 공급원을 포함하는 액적 (103)을 생성한다. 이는 예를 들어, 스프레이 노즐 에어로졸화, 공기 보조 분무 또는 분사에 의해 수행될 수 있다. 촉매 공급원을 포함하는 액적 (103)은 에어로졸화의 조건에 따라 크기가 상이할 수 있다. 이들은 또한 크기 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는, 액적 크기 분포의 표준 편차는 5% 이하 및 더욱 바람직하게는 3% 이하, 이보다 더 바람직하게는 2% 이하, 이보다 더욱더 바람직하게는 1.5% 이하이다. 일 실시양태에서, 에어로졸 크기 분포는 단분산이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 액적 또는 입자의 응집 또는 응고의 부재시, 용액의 각 액적이 촉매 입자로 된다. 온도, 용액, 탄소 공급원 및 운반 가스 공급 속도, 용매, 촉매 물질을 함유하는 물질, 용액 내 촉진제 중량 분율, 난류 수준, 반응기 구성 또는 형상, 액적 또는 촉매 입자의 분류 또는 예비-분류, 액적 또는 촉매 입자의 적재 및 압력과 같은 반응기 조건은 응집 및 응고로 이어지는 가스 상에서의 충돌을 최소화하도록 변화될 수 있다. 다른 충돌 제어 수단이 본 발명에 따라 가능하다.
일 실시양태에서, 액적 (103)은 촉매 입자 (104)를 생성하도록 처리된다. 이는 예를 들어 가열, 증발, 열 분해, 음파 처리, 조사 및/또는 화학 반응에 의해 행해질 수 있다. 처리 동안, 용매가 액적 (103)으로부터 증발할 수 있다. 촉매 입자 (104)가 촉매 공급원으로부터 생성되며, 즉, 촉매 물질이 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 방출되고 촉매 입자가 형성된다.
다른 실시양태에서, 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 물질이 완전히 방출되지 않고 중간 촉매 입자 (106)가 형성된다. 이 경우, 용매는 제거되지만, 촉매 물질은 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 방출되지 않을 수 있다. 중간 입자 (106)는 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 물질을 방출하도록 더 처리될 수 있다. 이에 의해 촉매 입자 (104)가 또한 형성될 수 있다.
방법은 또한, 점선 화살표로 도시된, 촉진제 (105)를 첨가하는 임의적인 단계를 포함할 수 있다. 촉진제 (105)는 촉매 입자의 제조 도중 임의의 시점에 믹서 (102) 내 용액에 도입, 즉 첨가되거나, 에어로졸화 도중 또는 처리 도중에 도입될 수 있다. 촉진제는 제조된 촉매 입자가 나노물질의 생성에 사용되는 경우, 나노물질의 성장 속도를 증가 또는 향상시킬 수 있거나, 또는 제조되는 나노물질의 하나 이상의 특성을 제어하는데 도움이 될 수 있다. 촉진제의 일례는 티오펜이다.
일 실시양태에서, 촉진제는 촉진제 전구체로부터 방출되지 않으며, 중간 촉진제 입자가 형성된다 (도 1에 도시되지 않음).
나노물질의 생산율, 품질 관리 및 수율은 물질의 전환 효율 및 촉매 입자의 균일성과 조성의 함수이다. 나노물질의 특정 성질은 합성 동안 그 촉매 입자의 특성에 좌우되기 때문에, 이 방법에 의해 제조된 나노물질은 제어가능한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, CNT 및 CNB와 같은 HARM의 경우, 나노물질의 직경은 촉매 직경과 직접 관련된다.
따라서, 상기 방법에 의해 제조된 촉매 입자 (103)의 크기 및 다른 특성은 상이한 에어로졸화와, 처리 기술 및 조건을 선택함으로써 제어할 수 있다. 촉매 입자는 미리 만들어진 촉매 물질로부터 생성되는 것이 아니라 용매에 용해, 유화 또는 다르게 분산된 촉매 공급원으로부터 생성되기 때문에, 그의 특성은 미리 만들어진 물질의 특성에 의존하지 않으며, 이들이 기상에서 생성되기 전에 응집되지 않도록 조건이 선택될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 나노물질의 합성 방법을 나타낸다. 이 방법도 도 1에 도시된 방법과 마찬가지로 용매 및 촉매 공급원이 용매에 용해, 유화 또는 다르게 분포되어 포함된 용액 (201)을 형성하는 단계로 시작한다. 이어서 용액을 (201)을 에어로졸화하여 촉매 공급원을 포함하는 액적 (202)을 생성하고, 다음에 액적을 처리하여 촉매 입자를 생성한다. 그 후, 나노물질 (204)이 합성된다. 나노물질은 탄소 나노튜브 또는 탄소 나노버드와 같은 탄소 나노물질일 수 있다 (도 2에 도시됨).
도 2에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 나노물질 (204)의 합성을 위해 나노물질 공급원 (205)이 도입되어야 한다. 나노물질 공급원 (205)은 이 방법 도중 임의의 시점에 도입될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 이는 나노물질 (204)의 합성 도중에 도입된다. 탄소 나노물질의 경우, 나노물질 공급원 (205)은 탄소와, 일산화탄소, 탄수화물 및 탄화수소를 포함하는 탄소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용매가 액적으로부터 실질적으로 증발되면 용매가 또한 나노물질의 공급원으로서 작용할 수 있다.
촉진제는 또한 도 2에 도시된 방법 도중 임의의 시점에 첨가될 수 있다. 촉진제는 나노물질 (204)의 합성에 도움을 줄 수 있거나, 이를 가속화할 수 있거나, 또는 나노물질 (204)의 특정 성질을 제어할 수 있다.
본 발명에 따라, 촉매 물질, 촉매 물질을 함유하는 물질 또는 촉진제는 용매화, 계면활성제의 사용을 통한 유화, 또는 이들을 용매에 분산시키기 위한 임의의 다른 수단에 의해 분산될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 나노물질이 촉매 입자로부터 촉매적으로 합성되거나 핵형성되기 전에, 용매를 예를 들어 증발 또는 화학 반응에 의해 제거하여 용매에 유화 또는 다르게 분산된 촉매 물질, 촉매 물질을 함유하는 물질, 및 존재한다면 촉진제 중의 하나 이상이 더 이상 용액 중에 존재하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 촉매는 고체, 액체 또는 용융 상태일 수 있다. 본 발명에 따라, 입자는 촉진제 전구체로부터 촉매 물질 및/또는 촉진제를 방출하여 활성화 되도록 예를 들어, 에너지를 가하거나 화학 반응을 통해 추가 처리될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따라, 액체, 고체 또는 용융된 촉매 입자는 에어로졸 반응기에서 나중의 분산 또는 나노물질의 표면 지지 성장을 위해 기판 상에 침착되도록 중간 상태 (즉 실질적으로 용매가 없으며 촉매반응을 위해 활성화 되기 전의 상태)로 저장하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시양태에 따라, 액체, 고체 또는 용융된 최종 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자는 나중에 나노물질 합성 반응기에서 에어로졸화 되거나, 또는 기판상에 코팅되도록 기판 상에 또는 예를 들어 계면활성제를 이용하여 이들이 분산되는 이차 용액에 저장된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자는 나노물질의 제조를 위해 운반 가스에서 직접 사용되거나, 또는 나노물질의 제조를 위해 운반 가스에서 직접 사용되는 촉매 입자를 생성하도록 운반 가스에서 직접 추가 처리되며, 따라서, 수집되지 않고, 기판 상에 또는 용액에서 나중의 사용을 위해 저장된다.
이어서 합성된 나노물질 (204)은 기판 상에 침착될 수 있다 (도시되지 않음).
실시예
본 발명의 일 실시양태에서, 촉매 전구체 물질 (페로센) 및 촉진제 (티오펜)를 용매 (톨루엔)에 용해하여 액체 공급원료 (용매 및 촉매 공급원을 포함하는 용액)를 형성하고, 질소 (운반 가스) 제트류에 의해 분사하여 에어로졸 액적을 생성하였다. 본 실시예에서, 톨루엔은 또한 나노물질 (이 경우 탄소) 공급원이었다. 이 에어로졸을 고유속 (8 lpm)의 제2 촉진제 (수소 (H2))에 의해 스테인레스강 튜브를 통해 반응기로 연속 운반하였다. 필요에 따라 다른 가스상 반응물 (탄소 공급원 에틸렌 (C2H4) 및 이산화탄소 (CO2))을 도입하고, 가스류와 혼합하였다. 가스상 반응물 흐름을 측정하고, 질량 유량 제어기로 조절하였다. 다른 나노물질 공급원, 용매, 촉진제, 운반 가스, 반응기 물질 및 구성 및 유속이 본 발명의 실시양태에 따라 가능하다.
액적을 컨디셔닝화하고 (본 실시예에서는 페로센의 열분해에 의해), 로 (furnace)에서 철 원자 클러스터를 성장시켜 촉매 입자 (다른 촉매 입자가 본 발명에 따라 가능하더라도, 이 경우는 철)를 얻었다. 촉매 입자 및 다른 촉매 물질 및 전구체를 제조하기 위한 다른 방법이 본 발명에 따라 가능하다. 반응기는 60 ㎝ 길이의 핫존을 갖는 스플릿 튜브로에 의해 가열된 직경 5 cm의 석영 튜브이다. 다른 반응기 물질, 에너지 도입 수단 및 형상이 본 발명에 따라 가능하다.
CNT (탄소 나노튜브)의 합성은 1100 ℃를 포함한 다양한 온도에서 수행하였다. 다른 압력 및 유동 조건 (예를 들어 난류 또는 천이류)이 본 발명에 따라 가능하지만, 합성은 반응기 내부의 층류 조건에서 대기압하에 수행하였다. 임의의 다른 압력이 본 발명에 따라 가능하다. CNT는 직경 11 cm의 니트로셀룰로오스 필터 (Millipore, 0.45 ㎛ 기공 직경)로 반응기 출구에서 수집하였다. 직접 열영동, 관성, 중력 및 전기영동 침착을 비롯한 다른 수집 수단이 본 발명에 따라 가능하다. 반응기 내의 체류 시간은 약 2초였다. 탄소 공급원의 성장에 충분하지만 응집 또는 고갈을 제한하는 다른 체류 시간이 본 발명에 따라 가능하다.
에어로졸의 개수 입도 분포를 정전 미분 이동 분석기 (TSI 모델 3071) 및 응축 입자 계수기 (TSI 모델 3775)로 측정하였다. CNT 박막의 광흡수 스펙트럼 및 투과율 (550 nm에서 측정)을 측정하기 위해, CNT를 니트로셀룰로오스 필터로부터 1 mm 두께의 석영 기판 (핀란드 유리)으로 옮기고, 스펙트럼을 UV-vis NIR 흡수 분광기 (Perkin-Elmer Lambda 950)에 의해 기록하였다. TEM 관측을 위해, CNT를 반응기의 출구에 있는 포집 필터에 놓아 구리 TEM 그리드 (Agar Scientific 제의 레이스 모양 탄소 메쉬) 상에 직접 침착시켰다. 이중 수차 보정 JEOL JEM-2200FS로 고해상 TEM 이미지를 기록하였다. Zeiss Sigma VP 현미경으로 SEM 이미지를 기록하였다. HORIBA Jobin Yvon LabRAM HR 800 분광기 및 633 nm 헬륨 네온 레이저로 라만 스펙트럼을 기록하였다. 4-포인트 선형 프로브 (Jandel 4 포인트-프로브, Jandel Engineering Ltd)로 시트 저항을 측정하였다.
분사기에 의해 생성된 촉매 공급원을 포함하는 에어로졸 액적은 72.4 nm의 기하 평균 직경과 1.7의 로그 표준 편차를 가졌다. 당업계에 공지된 공급원료로부터 에어로졸을 생성하는 다른 수단이 사용될 수 있지만, 본 실시양태의 바람직한 실시에서는 분사기에 의해 에어로졸 입자의 전구체 소적이 형성된다. 분사기는 분사되는 질소 유량을 변화시킴으로써 조정될 수 있는 잘 규정된 크기 분포 및 농도의 에어로졸이 생성되도록 하였다.
예시적인 일 실시양태에서, 합성에 사용되는 온도는 1100 ℃로 설정되었다. 이 온도에서, 필름은 필터로부터 쉽게 박리되고, 건식 이동법에 의해 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 유리 및 석영 기판 상에 성공적으로 이동되었다. SEM (도 3A) 및 TEM (도 3B) 이미지는 긴 CNT와 깨끗한 네트워크를 나타낸다.
단지 소량의 부산물만을 CNT 벽에서 관찰할 수 있었다. 60 SWCNT (단일벽 탄소 나노튜브)의 직경 측정에 의해 얻은 직경 분포는 도 4에 도시되어 있다. 그 측정치로부터 계산된 평균 직경은 2.1 nm이다.
공급원료를 0.5 중량% 내지 4 중량%의 페로센 농도로 제조하였으며, CNT 필름에 대한 우수한 광전자 성능은 시도된 가장 낮은 페로센 농도 (공급원료 내 0.5 중량% 페로센)에서 얻어졌다. 페로센 농도가 증가하면, 특정 투과율의 CNT 필름의 합성 속도가 증가하지만, 시트 저항도 따라서 증가하였다. 나머지 예시적인 실시양태에 대해 0.5 중량%의 페로센 농도가 선정되었다.
티오펜을 CNT 성장을 위한 황 함유 촉진제로서 반응기에 도입하였다. 액체 공급원료 내 상이한 티오펜 농도로 다양한 합성이 수행되었다: 황 대 철 (S/Fe)의 몰비는 0 내지 4:1로 변하였다. 직경 분포에 대한 황 농도 변화의 효과를 알아보기 위해, 전체 CNT 직경 분포의 직접 평가를 허용하는 광 흡수 스펙트럼이 이용되었다. 황이 CNT 직경 분포를 다소 변경시키는 것으로 관찰되었다. 직경 분포의 가우스 피팅을 행하여 상이한 황 농도에 대한 CNT의 평균 직경을 얻었다 (도 5). S/Fe 원자비가 1:1에서 4:1로 증가함에 따라 직경은 1.9에서 2.3 nm로 증가하였다.
탄소 공급원으로서 상이한 에틸렌 흐름 (4 sccm 내지 100 sccm)을 가지는 다양한 CNT 샘플을 제조하여 에틸렌 농도의 효과에 대해 조사하였다. 반응기의 출구에서 CNT의 수집 시간은 모든 샘플에 대해 동일하였기 때문에, 반응기에 더 많은 에틸렌을 도입하는 것이 합성의 수율을 향상시키고, 또한 CNT 분포 직경을 다소 감소시키는 것을 관찰할 수 있었다.
기술의 진보와 함께, 본 발명의 기본적인 방안이 다양한 방법으로 구현될 수 있다는 것이 당업자에게 자명하다. 따라서 본 발명 및 그의 실시형태들은 상기 기재된 실시예들에 한정되지 않으며; 대신 청구범위의 영역 내에서 달라질 수 있다.

Claims (24)

  1. 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고, 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 유화되어 있는 용액을 형성하는 단계;
    상기 형성된 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하는 단계; 및
    상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 입자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 중간 촉매 입자가 생성되고, 상기 중간 촉매 입자를 처리하여 촉매 입자를 생성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 형성된 용액의 점도가 0.0001 Pa S(Pascal Second) 내지 10 Pa S, 바람직하게는 0.0001 Pa S 내지 1 Pa S인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용액이 10 내지 99.9 중량%의 용매, 및 바람직하게는 90 내지 99.9 중량%의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 용액이 0.01 내지 50 중량%의 촉매 물질을 함유하는 물질, 및 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%의 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 일부의 촉진제를 포함하는 촉매 입자를 제조하기 위하여 촉진제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 촉진제가 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 용액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 액적을 생성하기 위한 용액의 에어로졸화가 스프레이 노즐 에어로졸화, 공기 보조 분무화, 스피닝 디스크 분사화, 가압 액체 분사화, 전기스프레이, 진동 오리피스 분사화, 음파 처리, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅, 스피닝 디스크 코팅 및/또는 전기스프레이 이온화에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 입자를 생성하기 위한 액적의 처리가 가열, 증발, 열 분해, 음파 처리, 조사 및/또는 화학 반응에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 물질을 함유하는 물질이 유기금속 화합물 및 금속 유기 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법의 나노물질의 촉매적 합성에서의 용도.
  12. 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고, 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 유화되어 있는 용액을 형성하는 단계;
    상기 형성된 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하는 단계;
    상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자를 생성하는 단계;
    나노물질 공급원을 도입하는 단계; 및
    나노물질 공급원 및 적어도 하나의 촉매 입자로부터 나노물질을 합성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노물질의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 형성된 나노물질을 기판 상에 침착시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 나노물질 공급원이 탄소 나노물질 공급원인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 에어로졸화하여 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하는 액적을 생성하기 위한 수단; 및
    상기 액적을 처리하여 액적에 포함된 촉매 물질을 함유하는 물질로부터 촉매 입자 또는 중간 촉매 입자를 생성하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 입자의 제조 장치.
  16. 제15항에 있어서, 용매 및 촉매 물질을 함유하는 물질을 포함하고 촉매 물질을 함유하는 물질이 용매에 용해 또는 분산되어 있는 용액을 형성하기 위한 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 적어도 일부의 촉진제를 포함하는 촉매 입자를 제조하기 위하여 촉진제를 첨가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 액적을 생성하기 위한 용액의 에어로졸화 수단이 스프레이 노즐 에어로졸화, 공기 보조 분무화, 스피닝 디스크 분사화, 가압 액체 분사화, 전기스프레이, 진동 오리피스 분사화, 음파 처리, 잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅, 스피닝 디스크 코팅 및/또는 전기스프레이 이온화를 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 입자를 생성하기 위한 액적의 처리 수단이 가열, 증발, 열 분해, 조사, 음파 처리 및/또는 화학 반응을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 용매, 촉매 물질을 함유하는 물질 및 촉진제를 포함하는 촉매 입자의 제조를 위한 용액 액적.
  21. 제20항에 있어서, 촉매 물질이 철, 니켈, 코발트, 백금, 구리, 은, 금 및 이들의 임의의 조합, 및 이들 물질 중 적어도 하나를 포함하는 임의의 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 용액 액적.
  22. 촉매 물질 및 적어도 하나의 촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 촉매 입자.
  23. 제22항에 있어서, 촉진제가 황, 셀레늄, 텔루륨, 갈륨, 게르마늄, 인, 납, 비스무스, 산소, 수소, 암모니아, 물, 알콜, 티올, 에테르, 티오에테르, 에스테르, 티오에스테르, 아민, 케톤, 티오케톤, 알데하이드, 티오알데하이드 및 이산화탄소로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 촉매 입자.
  24. 제23항에 있어서, 촉매 물질, 촉매 물질을 함유하는 물질 및 촉진제가 고체, 액체 또는 용융 상태인 것을 특징으로 하는 촉매 입자.
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