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遷移金属代替金属材料 NEW 新技術説明会

国内特許コード P190015792
整理番号 S2016-1045-N0
掲載日 2019年1月23日
出願番号 特願2017-014554
公開番号 特開2018-123351
出願日 平成29年1月30日(2017.1.30)
公開日 平成30年8月9日(2018.8.9)
発明者
  • 中西 寛
  • 笠井 秀明
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
発明の名称 遷移金属代替金属材料 NEW 新技術説明会
発明の概要 【課題】触媒材料として有用かつ希少な遷移金属を代替する新しい金属材料を提供する。
【解決手段】遷移金属Mに、ホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の群から選ばれる少なくとも一種がドープされ、遷移金属Mと周期律表右隣の遷移金属M+1の間の電子数を持つ、遷移金属M+1を代替しうる遷移金属代替金属材料。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


白金系貴金属は触媒材料として有用である。たとえば、ガソリン内燃機関の排ガス浄化触媒には、排ガスに含まれ3種類の有害成分、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を処理する三元触媒がよく知られている。3つの有害成分のうち、HCとCOは、酸化し、NOは還元することにより無害化する。同じ雰囲気下で酸化と還元を同時に行うことが求められ、現行の三元触媒にはプラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)が使われている。中でも特にNOx還元にはロジウムが必須とされている。



代表的な貴金属の平成26年10月における価格を表1に示す。



【表1】




内燃機関では、環境負荷低減及び二酸化炭素排出を抑制する観点からも、一層の省燃費化が要求され、現状、リーンバーン(理論空燃比より薄い燃料混合気燃焼)化する傾向があり、そのため排ガスは酸化雰囲気になりNOxの還元を担う高価格なロジウムの使用量低減は特に難しい。



一方、特許文献1では、京都大学北川宏教授のグループが、彼らの提唱する「元素間融合技術」を用いて創出した人工ロジウムが提案されている。この人工ロジウムは、周期表においてRhの左右に位置するRuとPdを混合して合金化することで作り出された。ロジウム(Rh)の周りのみを抜粋した表2の周期表の並びからもわかるようにRuは一原子あたり44個の電子、Rhは45個の電子、Pdは46個の電子を持つ。RuとPdを等量、原子レベルで、均等に混合すれば、平均してRhと同じ1原子あたり45の電子を持つことになり、その物質の電子状態はRhと類似するであろうという考え方に基づいている。



【表2】




特許文献1の出願以前にPdRu合金が使われなかったのは、PdRu合金は摂氏845度以下では相分離をおこし、合金を形成できなかったためである。特許文献1の発明者らは、相分離系材料であるPdRu合金において、ナノ粒子化(粒子径5nm程度)することにより、合金相が安定化することを見い出し、PdRuナノ合金を「元素間融合技術」である溶液還元法にて合成し、触媒活性が顕著であることを示している。



しかしながら、表1からもわかる通り、PdRu合金の場合には、その材料となるRuは他の貴金属より比較的安価ではあるものの、Pdは依然として高価な部類の貴金属である。このため、高価な貴金属Pdを用いないで、触媒活性が顕著である新しい材料の実現が望まれる。

産業上の利用分野


本発明は、触媒材料として有用かつ希少なロジウム等の遷移金属を代替する遷移金属代替金属材料及びそれを用いた触媒活性が顕著な触媒に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
遷移金属Mに、ホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の群から選ばれる少なくとも一種がドープされ、遷移金属Mと周期律表右隣の遷移金属M+1の間の電子数を持つ、遷移金属M+1を代替しうる遷移金属代替金属材料。

【請求項2】
前記遷移金属としてのルテニウムに、ホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の群から選ばれる少なくとも一種がドープされた、ロジウム代替ルテニウム金属材料である請求項1記載の遷移金属代替金属材料。

【請求項3】
RuA(0<x<1;Aはホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の中から選ばれる少なくとも一種)で表される請求項2記載の遷移金属代替金属材料。

【請求項4】
RuB0.25である請求項3記載の遷移金属代替材料。

【請求項5】
遷移金属Mに、ホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の群から選ばれる少なくとも一種がドープされた、遷移金属Mと周期律表右隣の遷移金属M+1の間の電子数を持つ、遷移金属M+1を代替しうる遷移金属代替金属材料からなる触媒活性に優れた触媒。

【請求項6】
前記遷移金属としてのルテニウムに、ホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の群から選ばれる少なくとも一種がドープされた、ロジウム代替ルテニウム金属材料である遷移金属代替金属材料からなる請求項5記載の触媒活性に優れた触媒。

【請求項7】
RuA(0<x<1;Aはホウ素、リチウム、ベリリウム及び炭素の中から選ばれる少なくとも一種)で表される遷移金属代替金属材料からなる請求項6記載の触媒活性に優れた触媒。

【請求項8】
RuB0.25である遷移金属代替金属材料からなる請求項7記載の触媒活性に優れた触媒。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017014554thum.jpg
出願権利状態 公開


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