本発明は、ナノ粒子、結晶性チタニアから得られるものなどのナノ細孔性担体に提供される金の触媒活性を制御または調節するための技術を提供する。実践的な態様において、本発明の触媒システムに組み込まれるナノ粒子媒体の表面には、結果として生じる触媒システムが水素を酸化させる能力を劇的に抑制する、表面の化学修飾が提供される。しかしながら、このシステムはさらに一酸化炭素を容易に酸化させる。換言すれば、本発明の原理を通じてナノ粒子表面を選択および／または修正することにより、ＰＲＯＸ触媒は、触媒活性金およびナノ粒子媒体を含む物質から容易に作製される。さらに、ナノ粒子担体は任意に熱処理されてもよく、水素に対する一酸化炭素の酸化の選択性をさらに強化する。かかる熱処理は化学修飾の前または後に行ってもよいが、望ましくは、触媒活性金をナノ粒子を組み込む担体へ付着する前に行う。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を生成するためのシステムであって、
ａ）担体上に付着した触媒活性金を含む触媒システムを保持する触媒容器であって、前記担体は複数個のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして前記担体に存在する、触媒容器；
ｂ）前記触媒容器の入り口に流動的に結合したガス供給の供給物であって、前記ガス供給がＣＯおよび水素を含む、供給物；並びに
ｃ）前記触媒容器下流の、前記触媒容器の出口に流動的に結合した電気化学電池、を含むシステム。
【請求項２】
電気を生成するためのシステムであって、
ａ）担体上に付着した触媒活性金を含む触媒システムを保持する触媒容器であって、前記担体は複数個のチタニアナノ粒子を含み、前記チタニアナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして前記担体に存在し、前記チタニアは少なくとも部分的に結晶性である、触媒容器；
ｂ）前記触媒容器の入り口に流動的に結合したガス供給の供給物であって、前記ガス供給はＣＯおよび水素を含む、供給物；並びに
ｃ）前記触媒容器下流の、前記触媒容器の出口に流動的に結合した電気化学電池、を含むシステム。
【請求項３】
水素に対してＣＯを選択的に酸化させるシステムであって、
ａ）担体上に付着した触媒活性金を含む触媒システムを保持する触媒容器であって、前記担体は複数個のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして前記担体に存在する、触媒容器；並びに
ｂ）前記触媒容器の入り口に流動的に結合したガス供給の供給物であって、前記ガス供給はＣＯおよび水素を含む、供給物、を含むシステム。
【請求項４】
前記多重ドメインの表面は、前記金が付着する前記表面に近位の２つ以上の組成的に異なるドメインを含み、前記ドメインは、５ｎｍ未満の厚さおよび１０ｎｍ未満の幅を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記多重ドメインの表面はチタニウムオキソ化合物を含む第１のドメインと、少なくとも１つの付加的な金属オキソ化合物を含む第２のドメインとを含む、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項６】
前記付加的な金属オキソ化合物はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｅ、またはこれらの組み合わせから選択される金属のオキソ化合物を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記付加的な金属オキソ化合物は亜鉛オキソ化合物を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ナノ粒子は少なくとも部分的に結晶性であるチタニアを含む、請求項３〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記ナノ粒子は亜鉛をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記多重ドメインの表面は高チタン領域および高亜鉛領域を含む、請求項３〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記多重ドメインの表面は前記金の不動化を促す、請求項３〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記担体はナノ細孔をさらに含む、請求項３〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ナノ細孔は１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の大きさを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ナノ細孔は前記金の不動化を促す、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記担体は前記ナノ粒子が担持されるホストをさらに含む、請求項３〜１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ホストは複数個のホスト粒子を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記触媒システムは前記金、前記ナノ粒子および前記ホストの総重量に基づいて０．００５〜１．５重量パーセントの金を含む、請求項１５または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ナノ粒子クラスタは０．２ミクロン〜３ミクロンの範囲の大きさを有する、請求項３〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記金は約０．５ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲の大きさを有するクラスタを含む、請求項３〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
水素に対してＣＯを選択的に酸化するための触媒システムであって、担体に付着した触媒活性金を含み、前記担体は複数個のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして存在する、触媒システム。
【請求項２１】
前記ナノ粒子は少なくとも部分的に結晶性であるチタニアを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
触媒システムを作製する方法であって、触媒活性金を担体上に付着させるための物理的蒸着技術を使用する工程を含み、前記担体は複数個のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして前記担体に存在する、方法。
【請求項２３】
前記金を前記担体上に付着することに先立って、前記ナノ粒子に熱処理を施す工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記熱処理は前記ナノ粒子が前記担体に組み込まれる前に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記熱処理は、前記ナノ粒子が前記担体に組み込まれた後に行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記熱処理は、２００℃〜６００℃の範囲の温度で、３０秒間〜１５時間の期間にわたって行われる、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記金を前記担体上に付着させることに先立って、前記ナノ粒子が多重ドメインの表面を有するようにする工程をさらに含む、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノ粒子が多重ドメインの表面を有するようにする工程は、少なくとも１つのオキソ化合物を前記ナノ粒子上へ付着させることを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノ粒子が多重ドメインの表面を有するようにする工程は、前記熱処理の前に行われる、請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノ粒子が多重ドメインの表面を有するようにする工程は、前記熱処理の後に行われる、請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記金が付着した後に、前記触媒システムを熱処理する工程をさらに含む、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノ粒子は少なくとも部分的に結晶性であるチタニアを含む、請求項２２〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノ粒子は少なくとも１つの金属オキソ化合物をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属オキソ化合物は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｅ、またはこれらの組み合わせから選択される金属のオキソ化合物を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属オキソ化合物は亜鉛オキソ化合物を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノ粒子をホスト上へ担持する工程をさらに含む、請求項２２〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記ホストは複数個のホスト粒子を含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記担体はナノ細孔をさらに含む、請求項２２〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノ細孔は１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の大きさを有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
電気を生成するための方法であって、
ａ）担体上に付着した触媒活性金を含む触媒システムに接触するＣＯおよび水素ガスを含む混合流体を生じる工程であって、前記担体は複数個のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は多重ドメインの表面を有するとともに前記触媒活性金が付着する凝集ナノ粒子のクラスタとして、前記担体に存在する、工程；並びに
ｂ）前記ガスを前記触媒システムに接触させた後、前記ガスを使用して電気を生成する工程、を含む方法。
【請求項４１】
触媒を調製する方法であって、
ａ）複数個の金属酸化物ナノ粒子を提供する工程と、
ｂ）少なくとも第１および第２の組成的に異なる金属オキソドメインを含む複合粒子を形成するために有効な条件下で、第２の金属を含む物質を前記金属酸化物ナノ粒子へ加水分解する工程と、
ｃ）前記複合粒子を前記複合粒子が触媒担体の表面の少なくとも一部分に凝集粒子のクラスタとして存在する触媒担体へ組み込む工程と、
ｄ）触媒活性金を前記複合粒子へ物理蒸着する工程と、を含む方法。
【請求項４２】
触媒システムを作製する方法であって、
ａ）担体が過酸化物とどのように反応するかを示す情報を提供する工程と、
ｂ）前記情報を使用し、前記担体へ付着した触媒活性金を含む触媒システムを作製する工程と、を含む方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【公表番号】特表２００９−５２６６５０（Ｐ２００９−５２６６５０Ａ）
【公表日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５５３８３（Ｐ２００８−５５５３８３）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００４１３４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７６１３７
【国際公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム　イノベイティブ　プロパティズ　カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】