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JPH09225317A - Nickel/noble metal binary metal cluster and catalyst made from the cluster and its preparation - Google Patents

Nickel/noble metal binary metal cluster and catalyst made from the cluster and its preparation

Info

Publication number
JPH09225317A
JPH09225317A JP8063686A JP6368696A JPH09225317A JP H09225317 A JPH09225317 A JP H09225317A JP 8063686 A JP8063686 A JP 8063686A JP 6368696 A JP6368696 A JP 6368696A JP H09225317 A JPH09225317 A JP H09225317A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nickel
cluster
noble metal
metal
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8063686A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Toshima
直樹 戸嶋
Naohiko Fukuoka
直彦 福岡
Hei Shika
萍 鹿
Toru Yonezawa
徹 米澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KEMIPURO KASEI KK
Chemipro Kasei Kaisha Ltd
Original Assignee
KEMIPURO KASEI KK
Chemipro Kasei Kaisha Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KEMIPURO KASEI KK, Chemipro Kasei Kaisha Ltd filed Critical KEMIPURO KASEI KK
Priority to JP8063686A priority Critical patent/JPH09225317A/en
Publication of JPH09225317A publication Critical patent/JPH09225317A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a catalyst which functions as an effective hydrogenation catalyst over a wide range of a Ni/noble metal mole ratio by protecting a binary cluster consisting of noble metal and nickel with water soluble polymer. SOLUTION: This nickel/noble metal cluster and its dispersion liquid is prepared by a method in which the water soluble and/or organic solvent soluble salt and/or complex of noble metal and the water soluble and/or organic solvent soluble salt and/or complex of Ni(II) and/or Ni(III) are mixed in a form of an organic solvent solution, the mixture is mixed with water soluble polymer, the pH of the mixture is adjusted at 9-11, and the mixture is heated and refluxed in an inactive atmosphere under normal pressure or increased pressure. A catalyst is prepared from the cluster or its dispersion liquid. As the noble metal, Pd, Pt, Rh, Ru, Ir, etc., can be named, and polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, etc., can be named as the water soluble polymer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル/貴金属
二元金属クラスター、その分散液、それを用いた触媒、
とくに水素化触媒およびその製法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nickel / noble metal binary metal cluster, a dispersion thereof, a catalyst using the same,
In particular, it relates to a hydrogenation catalyst and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、実用触媒として多用されている担
持金属触媒で、無機担体の影響を受けない裸の金属粒子
の触媒作用が注目され、金属超微粒子触媒が開発されて
いる。特に小さな金属クラスターとよばれるものでは、
バルクの金属とも、金属原子とも異なる、いわば“金属
分子”ともよぶべき領域の特異な性質に興味が集まって
いる。これについては、量子効果など理論物理学の立場
からの研究が先行し、実際に粒子径の揃った超微粒子の
金属クラスターの合成はそれほど容易でなかった。最近
このような金属クラスターの安定化のために高分子が有
用であることが明らかとなった。従来の高分子に保護さ
れた金属コロイド触媒からさらに発展した高分子を利用
した金属クラスター分散系触媒である。これは見かけ上
均一な触媒であるが、高分子がまわりをとりまいている
ので、これをさらに架橋高分子に固定化することも可能
となるなど多方面への展開が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a supported metal catalyst which has been widely used as a practical catalyst, attention has been paid to the catalytic action of bare metal particles that are not affected by an inorganic carrier, and ultrafine metal particle catalysts have been developed. Especially in what are called small metal clusters,
I am interested in the unique properties of a region that should be called a "metal molecule", which is different from both a bulk metal and a metal atom. Regarding this, research from the standpoint of theoretical physics such as quantum effect preceded, and it was not so easy to synthesize metal clusters of ultrafine particles with a uniform particle size. Recently, it has been revealed that polymers are useful for stabilizing such metal clusters. It is a metal cluster dispersion type catalyst using a polymer further developed from a conventional metal colloid catalyst protected by a polymer. This catalyst is apparently uniform, but since the polymer surrounds it, it is possible to further immobilize it on a cross-linked polymer, and it is expected to develop in various fields.

【0003】最近、1つの粒子中に2種の金属を含む二
元金属コロイドが注目されている。金属触媒の活性や選
択性は、第二、第三の成分の添加によってしばしば劇的
な向上を示す。これらは、添加金属の“リガンド効果”
や“アンサンブル効果”として説明されている。たとえ
ば、アルコール還元法によって2種の貴金属イオンを同
時に還元することにより、二元金属クラスターコロイド
分散液の調製が可能である。ポリビニルピロリドン(P
VP)の存在下、エタノール/水(1/1、v/v)中
で塩化パラジウム(II)と塩化白金(IV)酸の混合溶液
を加熱還流すると、分散状態がよく、安定な高分子に保
護された二元金属クラスターコロイド分散液が得られ
る。UV−VIS(紫外・可視吸収)スペクトルや、電
子顕微鏡によると、こうして得られたコロイド微粒子は
粒径がよくそろっており、それぞれの粒子が、パラジウ
ムと白金原子を含んでいることが明らかになった。この
金属超微粒子の構造は白金が中心核(コア)を形成し、
パラジウムがその周りを囲んだ殻(シェル)となった構
造であることが触媒活性の検討およびEXAFS(Ex
tended X−ray Absorption F
ine Structure, 広域X線吸収微細構
造)解析の結果明らかとなった〔N. Toshima
外2名, J.Chem.Soc.Faraday
Trans. 84, 2537(1993), M.
Harada 外3名, J.Phys.Chem.
, 9730(1992)参照〕。
Recently, binary metal colloids containing two kinds of metals in one particle have been attracting attention. The activity and selectivity of metal catalysts often show dramatic improvements with the addition of second and third components. These are the "ligand effect" of added metals.
Or "ensemble effect". For example, a binary metal cluster colloidal dispersion can be prepared by simultaneously reducing two types of noble metal ions by the alcohol reduction method. Polyvinylpyrrolidone (P
When a mixed solution of palladium (II) chloride and platinum (IV) chloride is heated to reflux in the presence of VP) in ethanol / water (1/1, v / v), the polymer is dispersed well and becomes a stable polymer. A protected binary metal cluster colloidal dispersion is obtained. From the UV-VIS (ultraviolet / visible absorption) spectrum and electron microscope, it was revealed that the colloidal fine particles thus obtained have a uniform particle size, and that each particle contains palladium and platinum atoms. It was In the structure of the ultrafine metal particles, platinum forms a central nucleus (core),
Examination of catalytic activity and EXAFS (Ex
tended X-ray Absorption F
ine Structure, wide-range X-ray absorption fine structure) analysis results [N. Toshima
Outside two, J. Chem. Soc. Faraday
Trans. 84 , 2537 (1993), M.A.
3 people from Harada, J. Phys. Chem. 9
6 , 9730 (1992)].

【0004】Au/Pt二元金属クラスターのコロイド
分散液も同様の方法で得られる〔N. Toshima
外1名, Makromol. Chem., Ma
cromol. Symp., 59, 281(19
92), T.Yonezawa 外1名, J.Mo
l.Catal., 83, 167(1993)〕。
PVPは、水溶液中で疎水性コロイド超微粒子を保護す
るだけでなく、クラスター表面の金属組成を決定する役
割ももつ。すなわち、PVPは金よりも白金と強い相互
作用をもつと考えられるので、まず、最初に金原子が還
元され、凝集し、その後、白金原子が金クラスターを核
とし、この周りに堆積するものであることが、反応中の
UV−VISスペクトルの変化より明らかとなった。す
なわち、“金コア−白金シェル”構造である。同様の二
元金属コロイドがAu/Pd〔N.Toshima 外
3名、J.Phys, Chem., 96, 992
7(1992)〕、Pt/Rh〔M.Harada 外
2名, J.Phys.Chem., 98, 265
3(1994)〕、Pd/Rh〔同, J.Phys,
Chem., 97, 10742(1993)〕で
も調製され、EXAFSによる構造解析がなされてい
る。
A colloidal dispersion of Au / Pt binary metal clusters can be obtained by the same method [N. Toshima
Outside 1 person, Makromol. Chem. , Ma
cromol. Symp. , 59 , 281 (19
92), T.W. Yonezawa Outside 1 person, J. Mo
l. Catal. , 83 , 167 (1993)].
PVP not only protects the hydrophobic colloidal ultrafine particles in an aqueous solution, but also plays a role in determining the metal composition of the cluster surface. That is, since PVP is considered to have stronger interaction with platinum than gold, first, the gold atoms are reduced and aggregated, and then the platinum atoms are deposited around the gold clusters as nuclei. It was revealed from the change of the UV-VIS spectrum during the reaction. That is, a "gold core-platinum shell" structure. A similar binary metal colloid is Au / Pd [N. 3 people from Toshima, J. Phys, Chem. , 96 , 992
7 (1992)], Pt / Rh [M. 2 people from Harada, J. Phys. Chem. , 98 , 265
3 (1994)], Pd / Rh [the same, J. Phys,
Chem. , 97 , 10742 (1993)] and subjected to structural analysis by EXAFS.

【0005】江角らは、熱分解によって、保護剤のな
い、裸のCu/Pd二元金属コロイドを調製した〔K.
Esumi外3名,Chem.Mater.,,56
4(1990)〕。Bradleyらは、江角らの方法
を改良し、高分子に保護されたCu/Pd二元金属クラ
スターのコロイド分散液を調製した〔J.S.Brad
ley外4名,Chem.Mater.,,254
(1993)〕。PVP存在下、パラジウムと銅の酢酸
塩を2−エトキシエタノール(b.p.135℃)中で
還元することによって、まず、Pd(II)を金属に還元
することができ、このバラジウムの表面で、Cu(II)
を還元することができると考えられている。この方法に
よつて得られた二元金属は単分散であり、こうして得ら
れたPd70Cu30クラスターの平均粒径は4.0±0.
4nmである。
Esaku et al. Prepared a bare Cu / Pd binary metal colloid without a protective agent by pyrolysis [K.
3 people from Esumi, Chem. Mater. , 2 , 56
4 (1990)]. Bradley et al. Improved the method of Esaku et al. To prepare a colloidal dispersion of polymer-protected Cu / Pd bimetallic clusters [J. S. Brad
4 people outside ley, Chem. Mater. , 5 , 254
(1993)]. By reducing palladium and copper acetate in 2-ethoxyethanol (bp 135 ° C.) in the presence of PVP, first, Pd (II) can be reduced to a metal. , Cu (II)
It is believed that can be reduced. The binary metal obtained by this method is monodisperse, and the average particle size of the Pd 70 Cu 30 clusters thus obtained is 4.0 ± 0.
4 nm.

【0006】一方、本発明者らは、PVPに保護された
Cu/Pd二元金属クラスターの調製も行った〔N.T
oshima外1名,Adv.Mater.,,24
5(1994)〕。この方法では、まず水酸化ナトリウ
ムによって、溶液のpHを9〜11に調整し、Cu/P
dの二元水酸化物コロイドを調製することによって、C
uとPdの酸化還元電位の差を克服した。還元反応は、
いわゆるポリオールプロセス、すなわちエチレングリコ
ール中での加熱によって進められる。この二元金属の粒
径分布は、1〜4nmである。PVPに保護されたパラ
ジウムの粒径分布が1〜3.5nm(平均1.2nm)
と狭く、一方、PVPに保護された銅の粒径分布が3〜
250nmと広いことと比較すると、この二元金属は、
PdコロイドとCuコロイドの混合物ではない。二元金
属クラスターの生成は、UV−VISスペクトルやX線
回析からも明らかであり、XPSおよびオージュスペク
トルから銅が0価であることも確認された。
On the other hand, the present inventors have also prepared PVP-protected Cu / Pd binary metal clusters [N. T
1 person outside of Shima, Adv. Mater. , 6 , 24
5 (1994)]. In this method, first, the pH of the solution is adjusted to 9 to 11 with sodium hydroxide, and Cu / P
By preparing a binary hydroxide colloid of d
The difference in redox potential between u and Pd was overcome. The reduction reaction is
It is carried out by the so-called polyol process, ie heating in ethylene glycol. The particle size distribution of this binary metal is 1 to 4 nm. PVP-protected palladium particle size distribution is 1 to 3.5 nm (average 1.2 nm)
On the other hand, the particle size distribution of copper protected by PVP is 3 ~
Compared to the wideness of 250 nm, this binary metal
It is not a mixture of Pd colloid and Cu colloid. The formation of binary metal clusters was also clear from the UV-VIS spectrum and X-ray diffraction, and it was also confirmed from XPS and Auger spectra that copper was zero-valent.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
な二元金属クラスター分散系触媒、すなわちニッケル/
貴金属二元金属クラスター分散系触媒とその製法を提供
する点にある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel bimetallic cluster dispersion catalyst, namely nickel /
The point is to provide a noble metal bimetallic cluster dispersion catalyst and a method for producing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、(A)
貴金属と(B)ニッケル、とからなる二元金属クラスタ
ーを、水溶性高分子で保護することにより得られたニッ
ケル/貴金属二元金属クラスターまたはその分散液に関
する。
Means for Solving the Problems The first aspect of the present invention is that (A)
The present invention relates to a nickel / noble metal binary metal cluster obtained by protecting a binary metal cluster composed of a noble metal and (B) nickel with a water-soluble polymer, or a dispersion liquid thereof.

【0009】本発明の第二は、(a)貴金属の水溶性お
よび/または有機溶媒可溶性の塩および/または錯体、
(b)Ni(II)および/またはNi(III)の水溶性
および/または有機溶媒可溶性の塩および/または錯体
を水溶液または有機溶媒溶液の形で混合し、これに水溶
性高分子を加えた後、系のpHを9〜11に調節し、不
活性雰囲気下、常圧または加圧下で加熱還流することを
特徴とする請求項1記載のニッケル/貴金属二元金属ク
ラスターまたはその分散液の製法に関する。
The second aspect of the present invention is (a) a water-soluble and / or organic solvent-soluble salt and / or complex of a noble metal,
(B) Ni (II) and / or Ni (III) water-soluble and / or organic solvent-soluble salts and / or complexes were mixed in the form of an aqueous solution or an organic solvent solution, to which a water-soluble polymer was added. After that, the pH of the system is adjusted to 9 to 11 and the mixture is heated to reflux under an inert atmosphere under normal pressure or pressure, and the nickel / noble metal binary metal cluster or a dispersion thereof is prepared. Regarding

【0010】本発明の第三は、請求項1記載のニッケル
/貴金属二元金属クラスターまたはその分散液よりなる
ことを特徴とする触媒に関する。
A third aspect of the present invention relates to a catalyst comprising the nickel / noble metal binary metal cluster according to claim 1 or a dispersion thereof.

【0011】本発明の第四は、請求項1記載のニッケル
/貴金属二元金属クラスターまたはその分散液よりなる
ことを特徴とする水素化触媒に関する。
A fourth aspect of the present invention relates to a hydrogenation catalyst comprising the nickel / noble metal bimetallic cluster according to claim 1 or a dispersion thereof.

【0012】本発明の二元金属クラスターにおけるNi
と貴金属は、そのほとんどが合金化あるいは固溶体化し
ているものと推定される。
Ni in the binary metal cluster of the present invention
Most of the precious metals are presumed to be alloyed or solid solution.

【0013】前記(A)貴金属としては、Pd、Pt、
Rh、Ru、Ir、AgおよびAuを挙げることができ
る。
As the noble metal (A), Pd, Pt,
Mention may be made of Rh, Ru, Ir, Ag and Au.

【0014】前記水溶性高分子としては、ポリビニルピ
ロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、シ
クロデキストリン、アミノペクチン、メチルセルロース
などを挙げることができるが、環状アミド構造をもつビ
ニル系ポリマー、とくにポリビニルピロリドン、とりわ
けポリN−ビニル−2−ピロリドンがもっとも活性の高
い触媒となるので好ましい。これらの水溶性高分子は、
界面活性剤よりも金属コロイドを保護安定化する能力を
有しているのみでなく、水溶性高分子を含まないクラス
ターのみを用いた場合に較べて高い触媒活性を示すこと
は驚くべきことである。
Examples of the water-soluble polymer include polyvinylpyrrolidone, polyvinylalcohol, polyacrylic acid, cyclodextrin, aminopectin, methylcellulose and the like. Vinyl polymers having a cyclic amide structure, especially polyvinylpyrrolidone, especially Poly N-vinyl-2-pyrrolidone is preferred because it is the most active catalyst. These water-soluble polymers are
It is surprising that not only does it have the ability to protect and stabilize metal colloids than surfactants, but it also shows higher catalytic activity than when only clusters containing no water-soluble polymer are used. .

【0015】本発明のニッケル/貴金属二元金属クラス
ター分散液における水溶性高分子の使用量は、水溶性高
分子を構成するモノマー対全金属のモル比で0.1〜1
00、好ましくは1〜20である。
The amount of the water-soluble polymer used in the nickel / noble metal binary metal cluster dispersion of the present invention is 0.1 to 1 in terms of the molar ratio of the monomer constituting the water-soluble polymer to the total metal.
00, preferably 1 to 20.

【0016】本発明のニッケル/貴金属二元金属クラス
ターの粒径は、0.5〜100nm、好ましくは1〜1
0nm、特に好ましくは1〜5nmである。
The particle size of the nickel / noble metal binary metal cluster of the present invention is 0.5-100 nm, preferably 1-1.
It is 0 nm, particularly preferably 1 to 5 nm.

【0017】本発明のニッケル/貴金属二元金属クラス
ターにおけるニッケル/貴金属比(元素比)は、とくに
制限はなく、すべての割合で使用できる。貴金属が含ま
れていない場合は空気中で酸化が進んだりして不安定と
なる。貴金属が多い場合は安定性に優れている。一般に
は、1/5〜7/3の割合で使用する。
The nickel / noble metal binary metal cluster of the present invention has no particular limitation on the nickel / noble metal ratio (element ratio), and all ratios can be used. If no precious metal is contained, oxidation will proceed in the air and become unstable. The stability is excellent when there are many noble metals. Generally, it is used at a ratio of 1/5 to 7/3.

【0018】前記(a)貴金属の水溶性および/または
有機溶媒可溶性の塩および/または錯体としては、酢酸
塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩
あるいはこれらの錯体を挙げることができる。パラジウ
ムに例をとれば、酢酸パラジウム、硫酸パラジウム、硝
酸パラジウム、塩化パラジウム、リン酸パラジウム、塩
化パラジン酸、パラジウムベンゾトリル錯体、パラジウ
ムアセチルアセトナート錯体、パラジウムシクロオクタ
ジエン錯体、パラジウムエチレンジアミン錯体、パラジ
ウムトリフェニルホスフィン錯体などを挙げるこができ
る。
Examples of the (a) water-soluble and / or organic solvent-soluble salt and / or complex of the noble metal include acetates, chlorides, sulfates, nitrates, sulfonates, phosphates and complexes thereof. be able to. Taking palladium as an example, palladium acetate, palladium sulfate, palladium nitrate, palladium chloride, palladium phosphate, palladic acid chloride, palladium benzotolyl complex, palladium acetylacetonate complex, palladium cyclooctadiene complex, palladium ethylenediamine complex, palladium trioxide. Examples thereof include a phenylphosphine complex.

【0019】前記(b)Ni(II)および/またはNi
(III)の水溶性および/または有機溶媒可溶性の塩お
よび/または錯体としては、硫酸ニッケル、硝酸ニッケ
ル、塩化ニッケル、リン酸ニッケル、ニッケルアンミン
錯体、ニッケルエチレンジアミン錯体、ニッケルアセチ
ルアセトナート錯体などを挙げることができる。
(B) Ni (II) and / or Ni
Examples of the water-soluble and / or organic solvent-soluble salt and / or complex of (III) include nickel sulfate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel phosphate, nickel ammine complex, nickel ethylenediamine complex, nickel acetylacetonate complex and the like. be able to.

【0020】前記(a)の貴金属の塩または錯体を溶解
するのに適した溶媒としては、水および水やアルコール
と混和性の有機溶剤を挙げることができる。これら有機
溶剤の例としてはジオキサン、テトラヒドロフラン、N
−メチルピロリドン、アセトンなどを挙げることができ
る。
Suitable solvents for dissolving the noble metal salt or complex (a) include water and organic solvents miscible with water and alcohol. Examples of these organic solvents include dioxane, tetrahydrofuran, N
-Methylpyrrolidone, acetone and the like can be mentioned.

【0021】前記(b)のニッケルの塩または錯体を溶
解するのに適した溶媒としては、水および第1級または
第2級アルコールが好ましく、とりわけ沸点の高いアル
コールが好ましい。例えば、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、イソアミルアルコール、n−アミル
アルコール、sec−ブチルアルコール、n−ブチルア
ルコール、イソブチルアルコール、アリルアルコール、
n−プロピルアルコール、2−エトキシエチルアルコー
ルなどを挙げることができるが、エチルアルコールのよ
うな沸点の低いものでも加圧下で実施すれば使用可能で
ある。これらの溶剤の選択により、水溶性高分子が前記
二元金属クラスターを含む状態が微妙に異なっており、
これが触媒活性の変化に関係する。
As the solvent suitable for dissolving the above-mentioned nickel salt or complex (b), water and primary or secondary alcohols are preferable, and alcohols having a high boiling point are particularly preferable. For example, ethylene glycol, propylene glycol, isoamyl alcohol, n-amyl alcohol, sec-butyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, allyl alcohol,
Although n-propyl alcohol, 2-ethoxyethyl alcohol, etc. can be mentioned, even those having a low boiling point such as ethyl alcohol can be used if they are carried out under pressure. Depending on the selection of these solvents, the state in which the water-soluble polymer contains the binary metal cluster is slightly different,
This is related to changes in catalytic activity.

【0022】本発明の製法における還元反応において
は、系中の金属イオンが金属原子に還元され、その後金
属原子が凝集して金属コロイド粒子を形成するものと推
定されるが、合金化あるいは固溶体化が何時行われるか
は未だ明確ではない。本発明のニッケル/貴金属二元ク
ラスターまたはその分散液を製造する場合、使用される
溶媒が低沸点のものである場合には、加熱時に溶媒が沸
騰しないよう加圧下で反応を実施することができる。勿
論反応に必要な温度で沸騰の場合は常圧下で反応を行う
ことができる。
In the reduction reaction in the production method of the present invention, it is presumed that the metal ions in the system are reduced to metal atoms, and then the metal atoms aggregate to form metal colloid particles, which may be alloyed or solid solution. It is still unclear when will happen. When producing the nickel / noble metal binary cluster of the present invention or a dispersion thereof, when the solvent used has a low boiling point, the reaction can be carried out under pressure so that the solvent does not boil during heating. . Of course, when boiling at the temperature required for the reaction, the reaction can be carried out under normal pressure.

【0023】つぎに触媒とくに水素化触媒として使用す
る場合の態様について説明する。
Next, a mode of using as a catalyst, especially as a hydrogenation catalyst will be explained.

【0024】水素化反応に用いる溶媒は、水素化を受け
る基質を溶解するものであることが基本であるが、前記
水溶性高分子が極性であるので、この触媒も何らかの極
性を有することが大切である。したがって、溶媒として
は、極性を有する有機溶剤あるいは非極性溶剤に極性溶
剤を加えた混合物などが好ましい。これを満足できるも
のであれば格別の制限はない。具体例としては、水とア
ルコール類との混合物、テトラヒドロフラン、酢酸メチ
ル、酢酸エチルなどのエステル類、ヘキサンとブチルア
ルコールの混合物などを挙げることができる。ニトロベ
ンゼンの水素化の場合にはエチルアルコールのようなア
ルコール類が好ましい。
The solvent used for the hydrogenation reaction is basically one that dissolves the substrate to be hydrogenated. Since the water-soluble polymer is polar, it is important that this catalyst also has some polarity. Is. Therefore, the solvent is preferably a polar organic solvent or a mixture of a non-polar solvent and a polar solvent. There are no special restrictions as long as this can be satisfied. Specific examples thereof include a mixture of water and alcohols, esters such as tetrahydrofuran, methyl acetate and ethyl acetate, and a mixture of hexane and butyl alcohol. In the case of hydrogenation of nitrobenzene, alcohols such as ethyl alcohol are preferred.

【0025】触媒は、請求項2の方法で得られたものを
そのまゝ水素化反応系に投入して使用することもでき
る。請求項2の方法で用いるのに好都合の溶媒系と水素
化反応系に用いるのに好都合の溶媒が同じものであれ
ば、勿論そのまま使用するが、それぞれのプロセスに用
いる好ましい溶媒が異なるときは、得られた触媒系を真
空乾燥し、水素化反応系の溶剤と同一の溶剤あるいはこ
れと混和性の反応に好都合の溶剤、例えばエチルアルコ
ールを用いて触媒を再分散し、この分散液を水素化反応
系に投入することもできる。
As the catalyst, the catalyst obtained by the method of claim 2 can also be used by adding it to the hydrogenation reaction system. If the solvent system convenient for use in the method of claim 2 and the solvent convenient for use in the hydrogenation reaction system are the same, of course, they are used as they are, but when the preferred solvent used for each process is different, The catalyst system obtained is vacuum dried, and the catalyst is redispersed using the same solvent as the solvent for the hydrogenation reaction system or a solvent that is compatible with the solvent, such as ethyl alcohol, and the dispersion is hydrogenated. It can also be added to the reaction system.

【0026】水素化触媒として使用する場合のNi/貴
金属とくにNi/Pdの元素比で1/5〜7/3の範囲
が好ましい。
When used as a hydrogenation catalyst, the element ratio of Ni / noble metal, especially Ni / Pd, is preferably 1/5 to 7/3.

【0027】基質(原料化合物)/全金属は、モル基準
で1〜10,000、好ましくは3〜100である。
Substrate (raw material compound) / total metal is 1 to 10,000, preferably 3 to 100 on a molar basis.

【0028】水素化のさいの水素圧はとくに制限はない
が、通常1〜5気圧を採用できる。
The hydrogen pressure during hydrogenation is not particularly limited, but usually 1 to 5 atm can be adopted.

【0029】反応系における基質濃度は、一般に0.0
01〜10Mの範囲で行うが、好ましくは0.01〜
1.0Mである。
The substrate concentration in the reaction system is generally 0.0
It is carried out in the range of 01 to 10 M, preferably 0.01 to
It is 1.0M.

【0030】水素化時の反応温度は通常0〜100℃、
好ましくは20〜50℃である。
The reaction temperature during hydrogenation is usually 0 to 100 ° C.,
Preferably it is 20-50 degreeC.

【0031】基質としては、ニトロ基含有炭化水素化合
物やオレフィンなどを挙げることができる。
Examples of the substrate include nitro group-containing hydrocarbon compounds and olefins.

【0032】[0032]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれにより限定されるものではない。
The present invention will be described below with reference to examples.
The present invention is not limited to this.

【0033】実施例1〜7 硫酸ニッケルのエチレングリコール溶液と酢酸パラジウ
ムのジオキサン溶液を表1に示す所定の割合で混合し
(全金属量2.5mmol)、ポリ(N−ビニル−2−
ピロリドン)(PVP、K−30、平均分子量40,0
00)4.006gを加え、アルカリ水溶液でpHを9
〜11に調整した後、窒素気流下で2時間198℃で加
熱還流することにより安定なニッケル/パラジウム二元
金属クラスター分散液(コロイド状分散液)を合成し
た。
Examples 1 to 7 An ethylene glycol solution of nickel sulfate and a dioxane solution of palladium acetate were mixed at a predetermined ratio shown in Table 1 (total metal amount 2.5 mmol) to prepare poly (N-vinyl-2-).
Pyrrolidone) (PVP, K-30, average molecular weight 40,0)
00) 4.006 g, and adjusted to pH 9 with an alkaline aqueous solution.
After adjusting to -11, a stable nickel / palladium binary metal cluster dispersion (colloidal dispersion) was synthesized by heating and refluxing at 198 ° C for 2 hours under a nitrogen stream.

【0034】比較例1〜2 硫酸ニッケルのエチレングリコール溶液のみ(比較例
2)または酢酸パラジウムのジオキサン溶液のみ(比較
例1)を表1に示す量で使用する以外は、実施例1〜7
の方法と同様にしてニッケル単独クラスター分散液(比
較例2)およびパラジウム単独クラスター分散液(比較
例1)を合成した。
Comparative Examples 1 to 2 Examples 1 to 7 except that only an ethylene glycol solution of nickel sulfate (Comparative Example 2) or a palladium acetate dioxane solution (Comparative Example 1) was used in the amounts shown in Table 1.
A nickel single cluster dispersion liquid (Comparative Example 2) and a palladium single cluster dispersion liquid (Comparative Example 1) were synthesized in the same manner as in the above method.

【0035】[0035]

【表1】 1:硫酸ニッケル *2:酢酸パラジウム *3:ポリ(N−ビニル−2−ピロリドン) 平均分子量40,000 *4:エチレングリコール[Table 1] * 1 : Nickel sulfate * 2 : Palladium acetate * 3 : Poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) Average molecular weight 40,000 * 4 : Ethylene glycol

【0036】実施例8〜14、比較例3〜4 実施例1〜7および比較例1、2で調製したクラスター
分散液を溶媒留去、150℃、24時間で完全に真空乾
燥した後、エタノールを用いて濃度が20mMであるそ
れぞれのクラスターのエタノール分散液を調製した。そ
して、閉鎖系常圧水素化装置を用いて、それぞれの分散
液を30℃、1気圧の水素雰囲気下でのニトロベンゼン
の水素化反応の触媒に用いた。具体的な操作は以下に示
す通りである。まず50cm3のフラスコを30℃に保
たれた恒温槽に取り付け、フラスコ内を数回脱気した
後、水素で置換する。このフラスコにシリンジを用い
て、水素化反応溶媒エタノール10mlおよびニッケ
ル、パラジウム、バイメタリッククラスターあるいはそ
のモロメタリッククラスター分散液(20mm)10m
lを注入し、数時間マグネチックステイラーで撹拌して
溶媒を水素飽和(予備吸着)させる。その後、基質であ
るニトロベンゼン0.1mlをシリンジで注入して、水
素化を開始した。また、水素吸収量を時間に対してプロ
ットした図から水素吸収初期速度および全水素吸収消費
量を求めた。その結果を表2に示す。この結果をまとめ
たのが図1である。
Examples 8 to 14, Comparative Examples 3 to 4 The cluster dispersions prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were evaporated to remove the solvent, completely dried in vacuum at 150 ° C. for 24 hours, and then ethanol. Was used to prepare an ethanol dispersion of each cluster having a concentration of 20 mM. Then, each dispersion was used as a catalyst for the hydrogenation reaction of nitrobenzene in a hydrogen atmosphere at 30 ° C. and 1 atm using a closed atmospheric pressure hydrogenation apparatus. The specific operation is as shown below. First, a 50 cm 3 flask is attached to a thermostat kept at 30 ° C., the inside of the flask is degassed several times, and then replaced with hydrogen. Using a syringe in this flask, 10 ml of hydrogenation reaction solvent ethanol and 10 m of nickel, palladium, bimetallic cluster or its morometallic cluster dispersion (20 mm)
1 is injected and the solvent is saturated with hydrogen (pre-adsorption) by stirring with a magnetic stirrer for several hours. Then, 0.1 ml of nitrobenzene as a substrate was injected with a syringe to start hydrogenation. In addition, the initial rate of hydrogen absorption and the total hydrogen absorption consumption were determined from a diagram in which the hydrogen absorption was plotted against time. Table 2 shows the results. The results are summarized in FIG.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】以上の結果から、Ni/Pd二元金属クラ
スターは、ニッケルまたはパラジウムのみの単独クラス
ターよりずっと高い触媒活性を示すことが分った。ま
た、その水素化初期速度はNi/Pd組成に依存し、N
i/Pd(1/4)のところで一番高い触媒活性を示す
ことが分った。
From the above results, it was found that the Ni / Pd bimetallic cluster shows much higher catalytic activity than the single cluster of nickel or palladium alone. The initial hydrogenation rate depends on the Ni / Pd composition,
It was found that the highest catalytic activity was exhibited at i / Pd (1/4).

【0039】また、水素化反応終了後の溶液の少量(2
μl)をマイクロシリンジを用いて採取し、反応生成物
をガスクロマトグラフにより検察した。その測定条件は
以下に示す通りである。 装置:Shimadzu GC−14A カラム:CBP−20−M25−025(PEG20相
当) インジェクター/温度 :200℃ DETECTOR/温度 :200℃ キャリアガス:ヘリウム(He) 検出口:FID 昇温ファイル(カラム温度):50℃で5分間保持後、
5℃/分の昇温速度で140℃に昇温し、この温度で1
5分間保持し、つぎに10℃/分の昇温速度で200℃
に昇温し、この温度で10分間保持した。
In addition, a small amount of the solution (2
μl) was collected using a microsyringe, and the reaction product was examined by gas chromatography. The measurement conditions are as shown below. Device: Shimadzu GC-14A Column: CBP-20-M25-025 (equivalent to PEG20) Injector / Temperature: 200 ° C DETECTOR / Temperature: 200 ° C Carrier gas: Helium (He) Detection port: FID Temperature rising file (column temperature): After holding at 50 ° C for 5 minutes,
The temperature is raised to 140 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, and at this temperature, 1
Hold for 5 minutes, then 200 ℃ at a heating rate of 10 ℃ / min.
The temperature was raised to 10 minutes and held at this temperature for 10 minutes.

【0040】前記測定の結果、触媒組成にかかわらず、
生成物は主にアニリンであることが分った。したがっ
て、ニッケル/パラジウム二元金属クラスター分散液は
温和な条件下でのニトロベンゼンのアニリンへの水素化
に対して有効に作用していることが分った。
As a result of the above measurement, regardless of the catalyst composition,
The product was found to be predominantly aniline. Therefore, it was found that the nickel / palladium bimetallic cluster dispersion effectively acts on the hydrogenation of nitrobenzene to aniline under mild conditions.

【0041】[0041]

【効果】【effect】

(1)本発明の触媒は、Ni/貴金属のモル比の広い範
囲にわたって有効な水素化触媒として機能する。 (2)本発明の製法により、触媒成分中のNiと貴金属
は、単なる混合物ではなく、そのほとんどが合金または
固溶体の状態になっていると推定される。 (3)本発明における水溶性高分子の作用は、ニッケル
/貴金属クラスターを安定に分散させるための保護剤と
して有用であるのみならず、触媒としての効率をいちじ
るしく向上させる。 (4)本発明の触媒を用いた水素化反応は非常に温和な
条件で行うことができるので、反応の制御が容易であ
り、不純物の生成が少ない。
(1) The catalyst of the present invention functions as an effective hydrogenation catalyst over a wide range of Ni / noble metal molar ratio. (2) According to the production method of the present invention, it is presumed that Ni and the noble metal in the catalyst component are not merely a mixture, but most of them are in an alloy or solid solution state. (3) The action of the water-soluble polymer in the present invention is not only useful as a protective agent for stably dispersing nickel / noble metal clusters, but also significantly improves the efficiency as a catalyst. (4) Since the hydrogenation reaction using the catalyst of the present invention can be carried out under extremely mild conditions, the reaction is easy to control and the amount of impurities produced is small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水素吸収初期速度とNiモル含量(%)との関
係を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the initial rate of hydrogen absorption and the Ni molar content (%).

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(A)貴金属と(B)ニッケル、とからな
る二元金属クラスターを、水溶性高分子で保護すること
により得られたニッケル/貴金属二元金属クラスター。
1. A nickel / noble metal binary metal cluster obtained by protecting a binary metal cluster consisting of (A) a noble metal and (B) nickel with a water-soluble polymer.
【請求項2】(a)貴金属の水溶性および/または有機
溶媒可溶性の塩および/または錯体、(b)Ni(II)
および/またはNi(III)の水溶性および/または有
機溶媒可溶性の塩および/または錯体を水溶液または有
機溶媒溶液の形で混合し、これに水溶性高分子を加えた
後、系のpHを9〜11に調節し、不活性雰囲気下で加
熱還流することを特徴とする請求項1記載のニッケル/
貴金属二元金属クラスターの製法。
2. A water-soluble and / or organic solvent-soluble salt and / or complex of a noble metal, and (b) Ni (II).
And / or Ni (III) water-soluble and / or organic solvent-soluble salt and / or complex are mixed in the form of an aqueous solution or an organic solvent solution, and a water-soluble polymer is added thereto, and then the pH of the system is adjusted to 9 Nickel / Claim 1 according to claim 1, characterized in that it is adjusted to -11 and heated to reflux under an inert atmosphere.
Manufacturing method of precious metal binary metal clusters.
【請求項3】 (A)貴金属と(B)ニッケル、とから
なる二元金属クラスターを、水溶性高分子で保護するこ
とにより得られたニッケル/貴金属二元金属クラスター
分散液。
3. A nickel / noble metal binary metal cluster dispersion obtained by protecting a binary metal cluster consisting of (A) a noble metal and (B) nickel with a water-soluble polymer.
【請求項4】 請求項1記載のニッケル/貴金属二元金
属クラスターよりなることを特徴とする触媒。
4. A catalyst comprising the nickel / noble metal binary metal cluster according to claim 1.
【請求項5】 請求項3記載のニッケル/貴金属二元金
属クラスター分散液よりなることを特徴とする触媒。
5. A catalyst comprising the nickel / noble metal binary metal cluster dispersion according to claim 3.
【請求項6】 請求項1記載のニッケル/貴金属二元金
属クラスターよりなることを特徴とする水素化触媒。
6. A hydrogenation catalyst comprising the nickel / noble metal bimetallic cluster according to claim 1.
【請求項7】 請求項3記載のニッケル/貴金属二元金
属クラスター分散液よりなることを特徴とする水素化触
媒。
7. A hydrogenation catalyst comprising the nickel / noble metal binary metal cluster dispersion according to claim 3.
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