过渡金属担载金属间化合物、担载金属催化剂以及氨的制造方法技术

本发明专利技术提供或可利用一种能够更稳定且更容易地得到的电子化合物，其结果，提供一种在使用电子化合物的化学合成中特别有用的催化剂。一种过渡金属担载金属间化合物，是将过渡金属担载于下述通式(1)表示的金属间化合物而得的。A5X3·(1)(通式(1)中，A表示稀土元素，X表示Si或Ge)。

Transition metal supported intermetallic compounds, supported metal catalysts and ammonia manufacturing methods

The present invention provides or utilizes an electronic compound that is more stable and readily available, resulting in a catalyst that is particularly useful in the chemical synthesis of electronic compounds. A transition metal-supported intermetallic compound is obtained by loading the transition metal on the intermetallic compound represented by the following general formula (1). In A5X3 (1) (general formula (1), A represents rare earth elements, X means Si or Ge).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过渡金属担载金属间化合物、担载金属催化剂以及氨的制造方法
本专利技术涉及将过渡金属担载于金属间化合物的过渡金属担载金属间化合物、担载金属催化剂以及使用该催化剂的氨的制造方法。
技术介绍
近年来，发现了被称为电子化合物(electride，也称为电子晶体。)的物质(例如，非专利文献1)。电子化合物是指电子以阴离子形式行动的物质。电子化合物中含有的电子不属于特定的轨道而局部存在，因此具有与1价的阴离子相同的电荷，并且由于其质量微小而表现出量子力学行为，所以其物性受到注目。具体而言，由于其源于低功函数的高供电子能力等特征，对其应用的关注不断提高。本专利技术人通过在2003年使用被称为“钙铝石型化合物”的无机化合物，首次发现了常温下稳定的电子化合物(专利文献1、非专利文献2)。“钙铝石型化合物”是指以Ca、Al、O为构成成分的硅铝酸钙，是称为具有与钙铝石同类型的晶体结构的化合物。上述钙铝石型化合物的代表组成由12CaO·7Al2O3表示，具有在由其晶体骨架形成的笼内空间包含2个氧原子作为“游离氧”的结构。本专利技术人发现将上述钙铝石型化合物中的游离氧用电子置换而得的钙铝石型化合物为电子化合物(以下，称为C12A7电子化合物)。另外，本专利技术人除了发现C12A7电子化合物以外，还发现属于层状化合物的Ca2N(专利文献2、非专利文献4)、Y2C(非专利文献5)之类的常温下稳定的电子化合物。报告了这些物质在其晶体结构中的笼内或晶体的层间限制住电子。发现了本专利技术人迄今为止所发现的电子化合物通过担载Ru等过渡金属，能够作为催化剂使用，成为具有特别良好的氨合成能力的催化剂。(非专利文献3、专利文献3、4)。具体而言，与广泛用作氨合成方法的哈伯-波希法相比，将Ru等过渡金属担载于C12A7电子化合物(以下，有时简记为C12A7：e-)的担载金属催化剂在较低的反应温度、较低的反应压力条件下也具有较高的反应活性的方面而言，是有利的催化剂。此外，发现该担载金属催化剂是不易受到在以往的氨合成用担载金属催化剂中成为问题的氢中毒的催化剂。另一方面，已知有Y5Si3等金属间化合物。已知这些化合物具有吸留氢的性质(例如非专利文献6～8)。实用上报告了作为耐等离子体性部件(专利文献5)、陶瓷部件(专利文献6)的应用。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO2005/000741号专利文献2：日本特开2014-24712号公报专利文献3：国际公开WO2012/077658号专利文献4：国际公开WO2014/034473号专利文献5：日本特开2002-359230号公报专利文献6：日本特表2016-515994号公报非专利文献非专利文献1：J.L.Dye，Science301607-608(2003)非专利文献2：S.Matsuishi，Y.Toda，M.Miyatake，K.hayashi，T.Kamiya，M.Hirano，I.TanakaandH.Hosono，Science301，626(2003).非专利文献3：M.Kitano，Y.Inoue，Y.Yamazaki，F.Hayashi，S.Kanbara，S.Matsuishi，T.Yokoyama，S.Kim，M.HaraandHideoHosono，NatureChem.4，934(2012)非专利文献4：K.Lee，S.W.Kim，Y.Toda，S.MatsuishiandH.Hosono，Nature494，336(2013).非专利文献5：X.Zhang，Z.Xiao，H.Lei，Y.Tioda，S.Matsuishi，T.Kamiya，S.UedaandH.Hosono，Chem.Mat.26，6638(2014).非专利文献6：I.J.McColm，V.KotroczoandT.W.Button，J.Less-CommonMetals115，113(1986).非专利文献7：V.Kotroczo，I.J.McColmandN.J.Clark，J.Less-CommonMetal132，1(1987).非专利文献8：I.J.McColmandJ.M.Ward，J.AlloysandComp.178，91(1992).
技术实现思路
但是，电子化合物存在明显缺乏化学稳定性的课题。非专利文献1中报告的电子化合物存在只能在低温条件下(－40℃以下)存在的课题。尤其尚未发现在常温条件下稳定的电子化合物。而且本专利技术人所发现的C12A7：e-或Ca2N虽然在常温下稳定，但在氧或水分中脆弱，尤其是Ca2N容易在大气中反应而生成氧化物或氢氧化物。这样的化学稳定性存在课题的电子化合物在处理方法上受到制约，此外，如上所述在作为催化剂使用时，具有高反应活性，另一方面，担心对反应条件、外界环境的耐久性。即，正在继续寻求化学上更稳定的电子化合物。另外，电子化合物存在任一制造方法都繁琐的课题。例如C12A7电子化合物的制造方法包含多个在高温且真空中的加热工序，因此反应操作繁琐，而且制造装置方面的制约也较大。即，期待创建能够更简易地合成的电子化合物。另一方面，虽然已经研究了Y5Si3等金属间化合物作为半导体材料或陶瓷的应用，但几乎未研究过将该金属间化合物本身用于化学反应。特别是在催化化学领域，因为金属间化合物一般比表面积较小，所以被认为是不适合的材料，因此通常不作为研究的对象。本专利技术的课题在于：提供或能够利用更稳定且可更容易得到的电子化合物，其结果，提供一种在使用电子化合物的化学合成中特别有用的催化剂。本专利技术人等进行了深入研究，结果发现具有特定组成的金属间化合物意想不到地具有作为电子化合物的性质，发现如果将过渡金属担载于该金属间化合物，则与以往已知的电子化合物同样具有作为催化剂的优异的能力。即，本专利技术提供[1]～[8]。[1]一种过渡金属担载金属间化合物，其中，将过渡金属担载于下述通式(1)表示的金属间化合物。A5X3···(1)(通式(1)中，A表示稀土元素，X表示Si或Ge。)[2]根据上述[1]所述的过渡金属担载金属间化合物，其中，上述金属间化合物的功函数为3.0eV～4.0eV。[3]根据上述[1]或[2]所述的过渡金属担载金属间化合物，其中，上述过渡金属为选自元素周期表第8族、第9族或第10族的过渡金属中的至少1种。[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的过渡金属担载金属间化合物，其中，上述过渡金属与上述金属间化合物的比为0.1质量％～30质量％。[5]一种担载金属催化剂，是使用上述[1]～[4]中任一项所述的过渡金属担载金属间化合物而得的。[6]一种氨的制造方法，其特征在于，使上述[5]所述的担载金属催化剂与氢和氮的混合气体接触。[7]根据上述[6]所述的氨的制造方法，其中，使上述担载金属催化剂与上述混合气体接触时的反应温度为200℃～600℃。[8]根据上述[6]或[7]所述的氨的制造方法，其中，使上述担载金属催化剂与上述混合气体接触时的反应压力为0.01MPa～20MPa。本专利技术中使用的金属间化合物可以通过电弧熔化、固相反应法之类的已知且一般的方法合成，所以能够比以往的电子化合物更容易制造。而且通过使过渡金属化合物担载于该金属间化合物，能够与本专利技术人迄今为止所发现的电子化合物同样地作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属担载金属间化合物，是将过渡金属担载于下述通式(1)表示的金属间化合物而得的，A5X3…(1)通式(1)中，A表示稀土元素，X表示Si或Ge。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-2547821.一种过渡金属担载金属间化合物，是将过渡金属担载于下述通式(1)表示的金属间化合物而得的，A5X3…(1)通式(1)中，A表示稀土元素，X表示Si或Ge。2.根据权利要求1所述的过渡金属担载金属间化合物，其中，所述金属间化合物的功函数为3.0eV～4.0eV。3.根据权利要求1或2所述的过渡金属担载金属间化合物，其中，所述过渡金属为选自元素周期表第8族、第9族或第10族的过渡金属中的至少1种。4.根据权利要求1～3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：细野秀雄，北野政明，多田朋史，横山寿治，户田喜丈，鲁杨帆，李江，
申请(专利权)人：国立研究开发法人科学技术振兴机构，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP