排气控制催化剂的制作方法
【专利说明】排气控制催化剂
[0001]发明背景 1.发明领域
[0002] 本发明涉及用于净化内燃发动机排放的排气的排气控制催化剂。
[0003] 2.相关技术描述
[0004] 汽车等的内燃发动机排放的排气含有有害组分，如一氧化碳(C0)、烃(HC)和氮氧 化物(N0X)。这些有害组分在通过排气控制催化剂净化后排放到空气中。在相关技术中，同 时进行C0和HC的氧化和N0 X的还原的三效催化剂用于排气控制催化剂。作为三效催化剂，广 泛使用贵金属，如铂(Pt)、钯(Pd)或铑(Rh)负载在多孔氧化物载体，如氧化铝(Al 2〇3)、二氧 化硅(Si02)、氧化锆(Zr02)或二氧化钛(Ti0 2)上的催化剂。
[0005] 为了使用这样的三效催化剂有效净化排气中的上述有害组分，必须将空燃比(A/ F)(其是向内燃发动机供应的空气-燃料混合物中的空气/燃料比）设定在理论空燃比(化学 计量比）附近。但是，根据汽车的行驶状态等，实际空燃比以化学计量比为中心变富(燃料过 量条件:A/F〈 14.7)或贫(氧过量条件:A/F> 14.7)，且排气也相应地变富或贫。
[0006] 最近，为了增强随排气中的氧浓度变化而变的三效催化剂的排气净化性能，在排 气控制催化剂的催化剂层中使用0SC材料，其是具有储氧能力(0SC)的无机材料。当空气-燃 料混合物贫燃且排气中的氧浓度高(贫排气)时，0SC材料储存氧气以促进排气中的N0 X的还 原。当空气-燃料混合物富燃且排气中的氧浓度低时，0SC材料释放氧气以促进排气中的C0 和HC的氧化。
[0007] 日本专利申请公开No.2012-152702(JP 2012-152702A)公开了一种排气控制催化 剂，其包括:基底;在基底上形成并含有Pd和Pt中至少一种的底催化剂层;和在底催化剂层 上形成并含有Rh的上催化剂层。在这种排气控制催化剂中，在该排气控制催化剂的排气上 游侧布置了不含上催化剂层的区域，底催化剂层由布置在排气上游侧的前段底催化剂层和 布置在排气下游侧的后段底催化剂层形成，且前段底催化剂层含有储氧材料。JP 2012-152702A描述，借助这种配置，当使用具有烧绿石相（其储氧速率比其它晶体结构慢）的 Ce2Zr2〇7储氧材料时，可以抑制催化金属粒子生长。
[0008] 日本专利申请公开No.2013-130146(JP 2013-130146A)公开了一种包括排气控制 催化剂的排气控制装置，在所述催化剂中在基底上形成催化剂层，该催化剂层含有含具有 储氧能力的0SC材料的载体和负载在所述载体上的贵金属催化剂。在这种排气控制催化剂 中，在该排气控制催化剂的下游侧自催化剂出口侧端部的预定区域中的载体含有具有烧绿 石结构的0SC材料和储氧速率比具有烧绿石结构的0SC材料快的0SC材料。
[0009] 在JP 2013-130146A中，在催化剂层的排气下游部分中一起使用具有烧绿石结构 的0SC材料和储氧速率比具有烧绿石结构的0SC材料快的0SC材料。但是，由于氧气储存和释 放反应在催化剂层的排气上游部分中活跃地发生，排气中的氧气在催化剂层的排气上游部 分中消耗并几乎不能到达催化剂层的排气下游部分。因此，催化反应在催化剂层的排气下 游部分中不活跃地发生。此外，当一起使用上述两种0SC材料时和当储氧速率比具有烧绿石 结构的OSC材料快的OSC材料的量高于具有烧绿石结构的OSC材料的量时，具有烧绿石结构 的0SC材料不能有效利用氧气，因此其效果降低。
[0010] 此外，为了抑制催化剂劣化、为了降低催化剂净化性能的下降（所谓的硫中毒)和 减少NOx排放，需要可在空气-燃料混合物富燃时保持活性的催化剂，硫中毒由排气中的硫 组分涂覆在排气控制催化剂中所含的贵金属（例如Pd)表面上而造成，且NOx排放由空燃比 的波动造成。
[0011] 如上所述，对于催化剂层的排气下游部分，也需要使催化反应活跃地发生的排气 控制催化剂。特别地，当向发动机供应的空气-燃料混合物富燃时，要求提供具有比过去高 的N0 X还原性能的排气控制催化剂。
[0012] 发明概述
[0013] 本发明提供一种甚至在催化剂层的排气下游部分中也使催化反应活跃地发生并 具有改进的N0X还原性能的排气控制催化剂。
[0014] 发明人已经发现，通过在排气上游部分的预定范围内含有具有烧绿石结构的第一 0SC材料和储氧速率比第一 0SC材料快的第二0SC材料的排气控制催化剂的催化剂层，改进 了排气控制催化剂的N0X还原性能，由此完成本发明。
[0015] 本发明的一个方面涉及一种排气控制催化剂，其中在基底上形成有含有Pd和Pt中 至少一种的催化剂层。这种排气控制催化剂包括具有烧绿石结构的第一 0SC材料和储氧速 率比第一 0SC材料快的第二0SC材料。第一 0SC材料和第二0SC材料提供在催化剂层前段中， 催化剂层前段在从催化剂层的排气上游端到催化剂层总长度的50%或更小的长度位置的 范围内。
[0016] 在排气控制催化剂中，第一0SC材料和第二0SC材料在催化剂层前段中的总含量可 以为80克或更少/1升基底。
[0017] 在排气控制催化剂中，第一0SC材料在催化剂层前段中的含量可以为第一0SC材料 和第二0SC材料的总含量的2重量％至10重量％。
[0018] 排气控制催化剂可进一步包括在催化剂层上形成的贵金属催化剂层。
[0019] 根据本发明，提供了具有改进的N0X还原性能的排气控制催化剂。
[0020]附图简要说明
[0021]下面参考附图描述本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业意义， 其中类似数字是指类似元件，且其中：
[0022]图1是举例说明本发明的排气控制催化剂的一个实施方案的排气控制催化剂的放 大截面视图；
[0023]图2是举例说明本发明的排气控制催化剂的另一实施方案的排气控制催化剂的放 大截面视图；
[0024]图3是举例说明根据实施例1的排气控制催化剂的一个实施方案的排气控制催化 剂的放大截面视图；
[0025] 图4是举例说明实施例1和对比例的排气控制催化剂的N0X还原性能的曲线图；以 及
[0026] 图5是举例说明两种0SC材料的含量和排气控制催化剂的底催化剂层前段中的具 有烧绿石结构的0SC材料的含量对N0X还原性能的影响的曲线图。
[0027] 实施方案详述
[0028] 下面详细描述本发明的优选实施方案。
[0029]本发明的一个实施方案涉及一种排气控制催化剂。图1是举例说明本发明的排气 控制催化剂的一个实施方案的排气控制催化剂的放大截面视图。本发明的排气控制催化剂 包括基底1和在基底1上通过涂布形成的催化剂层2。
[0030] 排气控制催化剂的基底不受特别限制，并可以使用常用于排气控制催化剂中的任 意材料。具体而言，作为基底，可以使用具有许多孔室的蜂窝形材料，其实例包括具有耐热 性的陶瓷材料，如堇青石(2Mg0 · 2Al2〇3 · 5Si02)、氧化铝、氧化锆和碳化硅;和由金属箱如 不锈钢形成的金属材料。
[0031] 排气控制催化剂的催化剂层在基底上形成。供往排气控制催化剂的排气在流经基 底的流道的同时与催化剂层接触。因此净化有害内容物。例如，通过催化剂层的催化功能将 排气中所含的C0和HC氧化成水(H 20)、二氧化碳(C02)等，并通过催化剂层的催化功能将N0X 还原成氮气(N2)。
[0032] 催化剂层的总长度不受特别限制，但从适当减少排气中的有害组分、生产成本和 设备设计自由度的角度看例如为2厘米至30厘米，优选5厘米至15厘米，更优选大约10厘米。 [0033]排气控制催化剂的催化剂层包括Pd和Pt中的至少一种催化金属并且在从催化剂 层的排气上游端到催化剂层总长度的50%或更小的长度位置的范围（催化剂层前段）内包 括具有烧绿石结构的0SC材料和储氧速率比具有烧绿石结构的0SC材料快的0SC材料。通过 含有这两种具有不同晶体结构的0SC材料的排气控制催化剂，氧气甚至到达催化剂层的排 气下游部分并活跃地发生催化反应。因此，可以抑制NOx排放。
[0034]含有这两种具有不同晶体结构的0SC材料的催化剂层的范围从催化剂层的排气上 游端到催化剂层总长度的优选50%或更小的长度位置。但是，例如，该长度位置可以为催化 剂层总长度的40 %或更小或30 %或更小。
[0035]在举例说明本发明的排气控制催化剂的一个实施方案的图1中，在从催化剂层2的 排气上游端2a到催化剂层2总长度的50%或更小的长度位置的范围（催化剂层前段21)内含 有Pd和Pt中的至少一种催化金属、具有烧绿石结构的0SC材料和储氧速率比具有烧绿石结 构的0SC材料快的0SC材料。此外，如下所述，催化剂层前段21以外的催化剂层2排气下游部 分(催化剂层后段22)含有Pd和Pt中的至少一种催化金属，并可进一步含有储氧速率比具有 烧绿石结构的0SC材料快的0SC材料。
[0036]催化剂层含有Pd和Pt中至