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触媒の探索方法及び製造方法、並びに新規に見出される触媒材料

国内特許コード P110003321
整理番号 B16P05
掲載日 2011年6月20日
出願番号 特願2004-089589
公開番号 特開2005-270852
登録番号 特許第4351097号
出願日 平成16年3月25日(2004.3.25)
公開日 平成17年10月6日(2005.10.6)
登録日 平成21年7月31日(2009.7.31)
発明者
  • 蔡 安邦
  • 石井 靖
  • 亀岡 聡
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 独立行政法人物質・材料研究機構
発明の名称 触媒の探索方法及び製造方法、並びに新規に見出される触媒材料
発明の概要

【課題】 特定の触媒を代替する触媒を容易に探索することができる方法を提供する。
【解決手段】 金属又は金属間化合物のフェルミーエネルギーから、金属又は金属間化合物の電子のエネルギーを減じた値をエネルギー差とし、該エネルギー差が+10eVより小さい領域において、代替元の触媒の電子のうちエネルギー差が最低となる値をE1、触媒の電子のうちエネルギー差が最高となる値をE2とし、触媒の代替候補物質の電子のうちエネルギー差が最低となる値をE1s、代替候補物質の電子のうちエネルギー差が最高となる値をE2sとしたとき、式:ΔE1=|E1-E1s|、及びΔE2=|E2-E2s|の値に基づいて、触媒の代替物を判定する。
【選択図】 図5

従来技術、競合技術の概要


従来、種々の化学反応に用いる触媒として、酸化物等の担体に遷移元素の金属を担持させた触媒が広範囲に用いられている。触媒金属としては、例えば貴金属(白金、パラジウム、ルテニウム等)の他、銅、ニッケル等が用いられ、用途に応じて、いずれの金属を用いるかを決定している。



触媒として使用可能か否かを評価するための指標としては、選択率が挙げられる。例えば、水蒸気改質反応は、下記式1
CHOH + HO → 3H + CO (1)
で表され、COとHが生成する。一方、メタノール分解反応が生じると、下記式2
CHOH → CO + 2H (2)
で表されるように、COとHが生成する。従って、水蒸気改質反応の選択率(%)は、
[CO]/[CO+CO]×100
で表され、この値が大きい触媒の使用が好ましい。例えば、Cu系触媒の場合、上記選択率はほぼ100%となる(300℃以下)。



ところで、触媒特性を決定する因子として、触媒元素の電子構造(バンド構造)が重要であると言われている(例えば、非特許文献1参照)。そして、触媒のバンド構造に着目した技術として、伝導帯底部の電子のエネルギーレベルと価電子帯頂上の電子のエネルギーレベルがそれぞれ異なる酸化物半導体を接合した光触媒塗料が報告されている(例えば、特許文献1参照)。




【非特許文献1】「触媒講座 触媒学会編 固体物性と触媒作用(基礎編2)」 講談社サイエンティフィク 1985年7月10日 p.88

【特許文献1】特開2003-171604号公報

産業上の利用分野


本発明は、触媒作用を有する物質を探索する方法及び触媒の製造方法、並びに新規に見出される触媒材料に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属又は金属間化合物のフェルミーエネルギーから該金属又は金属間化合物の電子のエネルギーを減じた値をエネルギー差とし、該エネルギー差が+10eVより小さい領域において、
代替元の触媒の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値をE1、前記触媒の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値をE2とし、
前記触媒の代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値をE1s、前記代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値をE2sとしたとき、式:
ΔE1=|E1-E1s|、及びΔE2=|E2-E2s|の値に基づいて、前記触媒の代替物を判定することを特徴とする触媒の探索方法。

【請求項2】
前記ΔE1≦0.8eV、及び前記ΔE2≦1.5eVの関係を満たすものを前記触媒の代替物と判定することを特徴とする請求項1記載の触媒の探索方法。

【請求項3】
前記電子のエネルギーを光電子分光測定又はバンド計算から得ることを特徴とする請求項1又は2記載の代替触媒の探索方法。

【請求項4】
前記触媒は貴金属元素又は貴金属元素を含み、前記代替候補物質は金属間化合物又は合金であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の触媒の探索方法。

【請求項5】
金属又は金属間化合物のフェルミーエネルギーから該金属又は金属間化合物の電子のエネルギーを減じた値をエネルギー差とし、該エネルギー差が+10eVより小さい領域において、
代替元の触媒の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値をE1、前記触媒の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値をE2とし、
前記触媒の代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値をE1s、前記代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値をE2sとしたとき、
前記代替候補物質のうち、ΔE1=|E1-E1s|、及びΔE2=|E2-E2s|が所定の値となる金属又は金属間化合物を触媒として製造することを特徴とする触媒の製造方法。

【請求項6】
金属又は金属間化合物のフェルミーエネルギーから該金属又は金属間化合物の電子のエネルギーを減じた値をエネルギー差とし、該エネルギー差が+10eVより小さい領域において、
代替元の触媒の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値をE1、前記触媒の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値をE2としたとき、
式:
ΔE1≦0.8eV、及びΔE2≦1.5eV
(但し、ΔE1=|E1-E1s|、ΔE2=|E2-E2s|、前記触媒の代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最低となる値:E1s、前記代替候補物質の電子のうち前記エネルギー差が最高となる値:E2s)
の関係を満たす金属又は金属間化合物の触媒機能を利用することを特徴とする新規に見出される触媒材料。
産業区分
  • その他無機化学
  • 冶金、熱処理
  • 合金
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004089589thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成13年度採択課題
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