用于TWC应用的协同的PGM紧耦合催化剂的制作方法

背景技术：
：发明领域本发明通常涉及用于三效催化剂(three-waycatalyst，twc)应用的催化剂材料，并且更具体地，涉及用于降低来自于发动机排气系统的排放的协同的铂族金属(pgm)twc催化剂构造。背景信息用于处理发动机废气的三效催化剂(twc)转化器的效率受到供给到发动机的空气与燃料比(a/f)的影响。在化学计量比a/f比时，燃烧会产生燃料的完全消耗，这是因为对于氧化和还原转化二者来说催化转化效率都是高的。保持有效的燃料消耗需要使用燃料控制系统，其被设计用来将a/f比保持在接近于化学计量比的窄的范围。a/f比的波动称作a/f扰动(perturbation)。标准twc系统图1是一个方块图，其显示了发动机系统的常规的三效催化剂(twc)系统部分，其包括具有pgm和ce基储氧的标准铂族金属(pgm)紧耦合催化剂(close-coupledcatalyst，ccc)和pgm地板下催化剂(underfloorcatalyst)。在图1中，发动机系统100包括发动机104和twc系统110。twc系统110进一步包括标准pgmccc102、pgm地板下催化剂106和分析点p108。在图1中，发动机104机械耦合到twc系统110上并与之流体连通。在twc系统110中，标准pgmccc102机械耦合到pgm地板下催化剂106上并与之流体连通。在图1中，点p108位于标准pgmccc102的入口端口。在点p108处，当初始贫含间隔的a/f比大于化学计量比值时，产生了空气-燃料(a/f)扰动。这个初始贫含间隔之后是一系列的富含间隔的a/f比，其低于化学计量比值。所述系列的富含间隔的a/f比与贫含间隔的a/f比交替，这是因为发动机控制系统对位于twc系统之前的废气传感器(未示出)做出反应。在常规的twc系统中，标准pgmccc102的催化转化能力的效率值是基于初始贫含间隔之后的a/f扰动的数目来确定的。因为a/f扰动典型地在分析点p108在低频率时具有高的振幅，因此标准pgmccc102的催化转化效率受到来自于发动机104的a/f比的这些宽的波动的影响。因此，需要这样的twc系统，其具有改进的性能来满足对于汽车排气系统的严格的政府法规。还需要以成本有效方式来这样做。技术实现要素：本发明描述了用于协同的铂族金属(spgm)催化剂系统的三效催化剂(twc)系统构造。在一些实施方案中，twc系统被配置为包括：spgm系统，其具有充当了预催化剂的前尖晶石区，其目的是增加spgm系统作为预储氧材料的储氧功能，和标准紧耦合催化剂(ccc)，其含有铂族金属(pgm)和ce基储氧材料；和地板下或者清除催化剂，其包括pgm材料。在另一实施方案中，该twc系统被配置为包括spgm系统，其具有充当了预催化剂的前尖晶石区，其同样目的是增加spgm系统作为预储氧材料的储氧功能，和标准紧耦合催化剂(ccc)，其包括pgm和ce基储氧材料。在这些实施方案中，在到达标准ccc之前，该前尖晶石区将空气/燃料(a/f)比振荡衰减到在前尖晶石区输出处所测量的低振幅a/f比振荡。a/f比振荡的衰减显示了前尖晶石区对于标准ccc的作用，因为标准ccc的催化转化效率明显增强，甚至与含有低pgm负载量的标准ccc相比也是如此。除了这些实施方案之外，可以产生包括多个二元尖晶石组合物的前尖晶石区。可以产生这些二元尖晶石结构的合适材料的实例是铝、镁、锰、镓、镍、铜、银、钴、铁、铬、钛、锡或者其混合物。仍然除了这些实施方案之外，该前尖晶石区体现为约1或2英寸的涂层，其采用任何常规的合成方法使用可以提供明显热稳定性的尖晶石材料组合物的配料来制备。在一个示例性实施方案中，该前尖晶石区包含cu-mn尖晶石结构。在一些实施方案中，a/f比的λ振荡波形显示了所公开的包括前尖晶石区和标准ccc的twc系统的协同效应。在其他实施方案中，spgm系统样品是使用对于标准ccc的各种pgm负载量来制备的。该spgm系统样品包括但不限于钯(pd)和铑(rh)的pgm材料组合物的组合，或者单独的pd的pgm材料组合物。在这些实施方案中，所公开的spgm系统的ccc被配置为包括pgm催化剂材料层和ce基储氧材料层。在一个示例性实施方案中，前尖晶石区是使用对于高热稳定性的二元尖晶石来说合适的负载量的cu和mn溶液来制备的，其可以使用任何常规的化学技术来合成，并随后涂覆到ccc上。在一些实施方案中，所制备的多个催化剂样品包括但不限于：包括负载量是6g/ft3的pd和6g/ft3的rh的ccc样品，包括负载量是12g/ft3的pd和6g/ft3的rh的ccc样品；和包括负载量是20g/ft3的pd的ccc样品。在一些实施方案中，该前尖晶石区材料以不同的量涂覆到ccc上，来产生几个重量比，其表达为前尖晶石区的质量与前尖晶石区和ccc的总质量之比。在这些实施方案中，对于ccc样品的每个pgm负载量生产了样品，如前所述，并且重量比是60％前尖晶石区和40％pgm，在此分别称作spgm系统类型1a、类型2a和类型3a，并且重量比是40％前尖晶石区和60％pgm，在此分别称作spgm系统类型1b、类型2b和类型3b。除了这些实施方案之外，制备了参照样品，用来催化转化比较和确定所公开的spgm系统的明显催化转化效率。所制备的参照样品包括但不限于，样品构造：60重量％的空白前区和40重量％的ccc样品，其包括多个前述pgm负载量，在此分别称作ccc参照样品类型1c、类型2c和类型3c；40重量％的空白前区和60重量％的ccc样品，其包括多个前述pgm负载量，在此分别称作ccc参照样品类型1d、类型2d和类型3d；100重量％的ccc样品，其包括多个前述的pgm负载量，在此分别称作ccc参照样品类型1e、类型2e和类型3e；和100％的零-pgm催化剂样品，其包括cu-mn尖晶石，在此分别称作zpgm参照样品类型1。在一些实施方案中，测试了前尖晶石区和所公开的催化剂系统构造的催化性能的协同效应，并且与所制备的催化剂系统样品的全部其他变量进行了比较。在这些实施方案中，测试是通过使用标准twc气体组合物(其在约550℃的等温温度供入测试反应器中)的模拟排气，在约0.125hz的频率和约±0.8a/f比跨度下进行一系列等温振荡测试来进行的。在这些实施方案中，λ振荡显示了催化转化效率对于co和hc转化率的作用，以及no氧化-还原转化率的作用。除了这些实施方案之外，显示了当前尖晶石区不包括标准ccc时的催化转化效率。取决于催化转化效率水平，包括含有pgm的地板下或者清除催化剂作为排气系统的组分，其具有所公开的任何协同的pgm紧耦合催化剂构造。但是，所公开的spgm系统构造的增强的和显著的催化转化效率和所提供的a/f比扰动的衰减允许在常规的twc系统中不包括地板下或者清除催化剂。本发明的许多其他方面、特征和益处可以从下面的具体实施方式结合附图而变得显而易见。附图说明本发明可以通过参考下图来更好地理解。图中的部件不必需按照尺寸绘制，代之以重点在于说明本发明的原理。在图中，附图标记表示了整个不同图中相应的零件。图1是一个方块图，其显示了发动机系统的常规的三效催化剂(twc)系统部分，其包括具有pgm和ce基储氧的标准铂族金属(pgm)紧耦合催化剂(ccc)和pgm地板下催化剂。图2是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的发动机系统的协同的pgm(spgm)twc系统部分，其包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc，并进一步包括pgm地板下催化剂。图3是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的spgmtwc系统，其包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc。图4是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的spgmtwc系统中的分析点，该系统包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc。图5a是一个图示，其显示了根据一种实施方案的在废气排放物进入前尖晶石区之前，在图4的示例性spgmtwc系统的点q处的a/f扰动的λ振荡波形。图5b是一个图示，其显示了根据一种实施方案的在废气排放物离开前尖晶石区之后和该废气排放物到达标准ccc之前，在图4的示例性spgmtwc系统的点r处的a/f扰动的λ振荡波形。图6是一个图示，其显示了根据一种实施方案的作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第一pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。图7是一个图示，其显示了根据一种实施方案的作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第二pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。图8是一个图示，其显示了根据一种实施方案的作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第三pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。图9是一个图示，其显示了根据一种实施方案的λ振荡区，其表征了来自于常规的twc系统和所公开的spgmtwc系统的催化转化率。具体实施方式本发明在此参考附图所示的实施方案来详细描述，其形成了其的一部分。可以使用其他实施方案和/或可以进行其他改变，而不脱离本发明的范围或者主旨。具体实施方式中所述的示例性实施方案并非表示对所提出的主题的限制。定义作为本文所用的，下面的术语具有下面的定义：“催化剂”指的是一种或多种这样的材料，其可以用于转化一种或多种其他材料。“铂族金属(pgm)”指的是铂、钯、钌、铱、锇和铑。“零pgm(zpgm)催化剂”指的是完全或者基本上没有铂族金属的催化剂。“协同的pgm(spgm)催化剂”指的是通过不同构造下的zpgm化合物来协同的pgm催化剂系统。“催化剂系统”指的是包括催化剂的任何系统，例如至少两层的pgm催化剂或zpgm催化剂，其包含基底、活性涂层(washcoat)和/或顶涂层。“储氧材料(osm)”指的是从富氧气流中吸收氧气，并且进一步能够将氧气释放到贫氧气流中的材料。“合成方法”指的是这样的方法，通过其进行化学反应来形成不同于前体材料的催化剂。“三效催化剂”指的是这样的催化剂，其能够进行三种同时的任务：将氮氧化物还原成氮气和氧气，将一氧化碳氧化成二氧化碳，和将未燃烧的烃氧化成二氧化碳和水。“尖晶石”指的是通式ab2o4的任何矿物，这里a离子和b离子每个选自矿物氧化物，例如镁、铁、锌、锰、铝、铬或者铜等。“紧耦合催化剂或者紧耦合催化转化器或者预催化剂”指的是这样的催化剂，其与发动机的排气集管紧邻布置，并且通过烧掉来自于用于启动冷发动机的额外富含混合物的烃来减少冷发动机排放物。“空气/燃料比或者a/f比”指的是燃烧方法中存在的空气与燃料的质量比。“r值”指的是催化剂的氧化势除以催化剂的还原势所获得的值。“富含条件”指的是r值大于1的废气条件。“贫含条件”指的是r值小于1的废气条件。“λ”指的是(a)在一定时间点实际供给到发动机的以重量计的空气的量除以重量计的燃料的量的比，与(b)空气/燃料化学计量比的比率。“转化率”指的是至少一种材料向一种或多种其他材料的化学转变。“催化转化效率”指的是在催化转化器中所除去的所关注的具体成分的质量流量与进入催化转化器的所述成分的质量流量的比率。附图说明本发明描述了用于处理发动机废气的催化转化器系统的部件。该催化转化器系统部件包括协同的铂族金属催化剂(spgm)系统构造，其任选地包括pgm地板下催化剂。该spgm系统构造进一步包括前尖晶石区和标准pgm紧耦合催化剂(ccc)。具有前尖晶石区的紧耦合pgm催化剂的构造图2是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的发动机系统的协同的铂族金属催化剂(spgm)三效催化剂(twc)系统部分，其包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc并进一步包括pgm地板下催化剂。在图2中，发动机系统200包括发动机104和spgmtwc系统210。spgmtwc系统210进一步包括spgm系统220和pgm地板下催化剂106。spgm系统220包括标准pgmccc102和前尖晶石区202。应当理解发动机系统200可以包括更多的部件、更少的部件或者不同的部件，这取决于期望的目标。在图2中，具有与前面的图相同的元件编号的元件是以基本类似的方式作用的。在图2中，发动机104机械耦合到spgmtwc系统210上，并且与之流体连通。在spgmtwc系统210中，spgm系统220机械耦合到pgm地板下催化剂106上，并且与之流体连通。在一些实施方案中，spgmtwc系统210被配置为接收发动机104的废气，将所接收的气体加工成地板下处理的废气，并将该地板下处理的废气排入大气中。在这些实施方案中，spgmtwc系统210内的spgm系统220被配置为接收发动机104的废气，将所接收的气体加工成spgm处理的气体，并将该spgm处理的气体排入pgm地板下催化剂106用于另外的加工。除了这些实施方案之外，前尖晶石区202被配置为接收发动机104的废气，将所接收的气体加工成尖晶石处理的气体，并将该尖晶石处理的气体排入标准pgmccc102用于进一步加工。在图2中，spgm系统220中的前尖晶石区202包含金属氧化物的混合物，并且起到了储氧材料以及用于标准pgmccc102的标准预催化剂二者的作用。在一些实施方案中，前尖晶石区202是使用任何常规的合成方法来制造的。根据这些实施方案，前尖晶石区可以形成为包含多个二元尖晶石组合物。这些尖晶石结构可以包含的合适的材料的例子是铝、镁、锰、镓、镍、铜、银、钴、铁、铬、钛、锡或者其混合物。在示例性实施方案中，前尖晶石区202包含cu-mn尖晶石结构。除了这些示例性实施方案之外，前尖晶石区202是使用用于约1或2英寸的cu-mn尖晶石涂层的合适负载量的cu和mn形成的。在一些实施方案中，在配制后，前尖晶石区202随后涂覆到标准pgm紧耦合催化剂上，例如标准pgmccc102。在运行中，在到达标准pgmccc102之前，前尖晶石区202将接收自发动机104的废气内的空气-燃料(a/f)比振荡衰减到低振幅振荡。在一些实施方案中，a/f比振荡的衰减具有与标准pgmcccc102的协同效应，这是因为催化转化效率明显增强，甚至对于含有低pgm负载量的标准pgmccc也是如此。图3是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的发动机系统的twc系统部分，其包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc。在图3中，发动机系统300包括发动机104和spgm系统220。spgm系统220包括标准pgmccc102和前尖晶石区202。应当理解发动机系统300可以包括更多的部件、更少的部件或者不同的部件，这取决于期望的目标。在图3中，具有与前面的图相同的元件编号的元件是以基本类似的方式作用的。在图3中，发动机104机械耦合到spgm系统220上，并且与之流体连通。在一些实施方案中，spgm系统220被配置为接收发动机104的废气，将所接收的气体加工成spgm处理的气体，并将该spgm处理的气体排入大气中。在这些实施方案中，spgm系统220中的前尖晶石区202被配置为接收发动机104的废气，将所接收的气体加工成尖晶石处理的气体，并将该尖晶石处理的气体排入标准pgmccc102来进一步加工。在图3中，spgm系统220中的前尖晶石区202充当了预催化剂。在这种作用中，当使用尖晶石区202中的尖晶石与标准pgmccc102中的pgm的质量比和特别是标准pgmccc102中的pgm材料负载量来实施时，实现了增强的催化转化效率，其消除了对于作为twc系统的一部分的地板下催化剂的需要。如上面的图2所示，在一些实施方案中，在达到标准pgmccc102之前，前尖晶石区202将接收自发动机104的废气内的a/f比振荡衰减到低振幅振荡。接收自发动机的废气内a/f比振荡衰减的益处进一步描述在下面的图4、5a和5b中。下图6-8描述了尖晶石区202中的尖晶石与标准pgmccc102中的pgm的质量比与标准pgmccc102中pgm材料具体负载量的结合。图4是一个方块图，其显示了根据一种实施方案的spgmtwc系统中的分析点，该系统包括前尖晶石区和具有pgm和ce基储氧的标准pgmccc。在图4中，发动机系统400包括发动机104，spgm系统220和分析点q402。spgm系统220包括标准pgmccc102、前尖晶石区202和分析点r404。应当理解发动机系统400可以包括更多的部件、更少的部件或者不同的部件，这取决于期望的目标。在图4中，具有与前面的图相同的元件编号的元件是以基本类似的方式作用的。在图4中，分析点q402位于前尖晶石区202的入口端口，并且分析点r404位于前尖晶石区202的尖晶石材料层和标准pgmccc102的pgm层的结合处。在图4中，当初始贫含间隔的a/f比大于化学计量比值时，在分析点q402处产生a/f扰动。初始贫含间隔之后是一系列富含间隔的a/f比，其低于化学计量比值。该一系列富含间隔的a/f比是与贫含间隔的a/f比交替的，因为发动机控制系统对于位于spgm系统220之前的废气传感器(未示出)做出了反应。在图4中，spgm系统220的催化转化能力的效率值可以基于初始贫含间隔之后的a/f扰动的数目来确定。如上所述，在分析点q402处，a/f扰动具有在低频率的高振幅。在分析点r404处，a/f扰动的振幅由于前尖晶石区202所产生的协同效应而降低。a/f扰动降低是因为前尖晶石区202的金属氧化物充当了高效预储氧材料。所以，a/f比振幅λ降低到明显较低的值。空气-燃料扰动图5a和5b显示了根据一种实施方案在废气排放物进入前尖晶石区之前和然后在废气排放物离开前尖晶石区之后到达标准pgmccc之前，在具体点的spgmtwc系统的a/f扰动的λ振荡波形。在图5中，图5a和5b显示了根据一种实施方案在废气排放物进入前尖晶石区之前(图5a)和然后在废气排放物离开前尖晶石区之后到达标准pgmccc之前(图5b)，在具体点的a/f扰动的λ振荡波形500和550。图5a是一个图示，其显示了根据一种实施方案在发动机104的废气排放物进入前尖晶石区202之前，图4的示例性spgmtwc系统在点q402处的a/f扰动的λ振荡波形502。在图5a中，y轴代表了校正到初始值1的λ振荡的振幅值(λq)，以及x轴代表了λ振荡的频率。图5b是一个图示，其显示了根据一种实施方案在发动机104的废气排放物进入前尖晶石区202之前，图4的示例性spgmtwc系统在点r404处的a/f扰动的λ振荡波形504。在图5b中，y轴代表了校正到初始值1的λ振荡的振幅值(λr)，以及x轴代表了λ振荡的频率。因为前尖晶石区202中的金属氧化物材料明显高的储氧能力，当废气送过前尖晶石区202时，在到达标准pgmccc102之前在分析点r404处，图5a的λ振荡波形502衰减到振幅λr水平，其具有低频率，如图5b的λ振荡波形504所示。因为λr远低于λq，因此在贫含和富含条件运行过程中，当扰动引起的a/f比振荡保持在接近于化学计量比点的非常低的振幅时，所公开的twc系统的催化转化效率增强。用于twc系统构造的变量的材料组成和样品制备twc系统例如图2和3所述的twc系统的协同效应和催化转化效率是基于标准pgmccc的pgm负载量和具体的spgm催化剂构造的组合而变化的。为了在本发明中评估twc系统，可以使用常规化学技术、沉积方法和处理系统来形成所公开的twc系统样品。在一些实施方案中，对于标准pgmccc以及不同的spgm催化剂构造而言，twc系统样品使用不同的pgm负载量来制备。在这些实施方案中，twc系统样品包括钯(pd)和铑(rh)的pgm材料组成的组合。在其他实施方案中，twc系统样品包括pd的pgm材料组成的组合。根据这些实施方案，所公开的twc系统中标准pgmccc可以被配置为包括覆盖ce基储氧材料基底的至少一层pgm催化剂材料。在一些实施方案中，所制备的多个催化剂样品包括：包括负载量是约6g/ft3的pd和约6g/ft3的rh的标准pgmccc样品；包括负载量是约12g/ft3的pd和约6g/ft3的rh的标准pgmccc样品；和包括负载量是约20g/ft3的pd的标准pgmccc样品。在一些示例性实施方案和图2和3所述，该cu-mn尖晶石涂覆到标准pgmccc上。在这些示例性实施方案中，twc系统样品被制备为包括上述每个pgm负载量和用于标准pgmccc样品。除了这些实施方案之外，使用60％的cu-mn尖晶石与40％的pgmccc的重量比，在此分别称作spgm系统类型1a、类型2a和类型3a。在其他示例性实施方案中，twc系统样品被制备为包括上述每个pgm负载量和用于标准pgmccc样品。除了这些示例性实施方案之外，使用40％的cu-mn尖晶石与60％的pgmccc的重量比，在此分别称作spgm系统类型1b、类型2b和类型3b。在一些实施方案中，制备了参照样品用于催化转化率比较和确定所公开的twc系统构造的显著的催化转化效率。在这些实施方案中，所生产的参照样品包括这样的样品构造：60重量％的不具有尖晶石材料的前区(空白前区)和40重量％的包含多个前述pgm负载量的标准pgmccc样品。这些样品在此分别称作标准pgmccc参照样品类型1c、类型2c和类型3c。在其他实施方案中，所制备的参照样品包括这样的样品构造：40重量％的空白前区和60重量％的包含多个前述pgm负载量的标准pgmccc样品。这些样品在此分别称作标准pgmccc参照样品类型1d、类型2d和类型3d。在仍然的其他实施方案中，所制备的参照样品包括这样的样品，其包括100重量％的包含多个前述的pgm负载量的标准pgmccc样品。这些样品在此分别称作标准pgmccc参照样品类型1e、类型2e和类型3e。在其他示例性实施方案中，制备参照样品以包括100％的cu-mn尖晶石，在此称作zpgm参照样品。根据一些实施方案，可以对于所制备的样品的全部变量测试和比较前尖晶石区和所公开的催化剂系统的催化性能的协同效应。在这些实施方案中，测试是通过使用在所选择的等温温度和频率供入流动反应器的模拟的twc废气组合物，使用合适的a/f比跨度和空速进行一系列等温振荡测试来进行的。twc等温振荡测试程序根据实施方案，twc等温振荡测试是使用流动反应器来进行的。在测试过程中，温度是以约40℃/min的速度从约100℃增加到约500℃。在一些实施方案中，将8000ppm的co，400ppm的c3h6，100ppm的c3h8，1000ppm的nox，2000ppm的h2，10％的co2，10％的h2o和约0.3％-约0.45体积％的o2振荡的气体组合物供入流动反应器中。在这些实施方案中，流动反应器中的温度和气体组合物代表了排气系统中的控制回路的三效条件，其中在富含和贫含条件的空气-燃料比(a/f)振荡每个分别是约4秒。平均r值是约1.05，空速是约40000h-1。在频率约0.125hz，±0.8a/f比跨度和入口温度约550℃进行了twc等温振荡测试。具有前尖晶石区的紧耦合催化剂的催化转化效率图6是一个图示，其显示了根据一种实施方案作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第一pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。在一些实施方案中，该多个系统样品包括spgm系统样品类型1a和类型1b，标准pgmccc参照样品类型1c、1d和1e以及zpgm参照样品，如下表1详述。表1.包括pgm负载量是6g/ft3的pd和6g/ft3的rh的每个测试样品的nox、co和thc转化率％。样品类型污染物转化率％相关元件ccc参照样品类型1cnox64604ccc参照样品类型1dnox70606ccc参照样品类型1enox76608zpgm参照样品nox83610spgm系统类型1anox99612spgm系统类型1bnox98614ccc参照样品类型1cco81618ccc参照样品类型1dco86620ccc参照样品类型1eco89622zpgm参照样品co98624spgm系统类型1aco97626spgm系统类型1bco96628ccc参照样品类型1cthc82632ccc参照样品类型1dthc89634ccc参照样品类型1ethc94636zpgm参照样品thc72638spgm系统类型1athc92640spgm系统类型1bthc97642在图6中，转化率比较条602、转化率比较条616和转化率比较条630分别显示了表1详述的催化剂样品的nox、co和thc转化率。在图6中，如从图2和3所述的相关twc系统的每个转化率比较条可以观察的，spgm系统类型1a和spgm系统类型1b表现出显著的催化转化效率水平。spgm系统类型1a表现出99％的nox转化率(条612)，97％的co转化率(条626)和92％的thc转化率(条640)。spgm系统类型1b表现出98％的nox转化率(条614)，96％的co转化率(条628)和97％的thc转化率(条642)。当这些转化效率与其他样品的结果比较时，观察到获得了具体物质的污染物(即，nox、co和thc)的转化的特性选择性。对于zpgm参照样品，也观察到对于转化具体物质的这种特性选择性，如条610(表现出nox转化率83％)和条624(表现出co转化率是98％)所示。标准pgmccc参照样品类型1e分别表现出nox转化率是76％，co转化率是89％和thc转化率是94％，如图6的条608、条622和条636所示。这些显著的转化效率证实了所公开的twc系统构造中cu-mn尖晶石的前尖晶石区和标准pgmccc之间的协同行为。热振荡测试证实了spgm系统类型1b可以提供高于spgm系统类型1a的催化转化效率。图7是一个图示，其显示了根据一种实施方案作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第二pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。在这种实施方案中，该多个系统样品包括spgm系统样品类型2a和类型2b，标准pgmccc参照样品类型2c、2d和2e，以及zpgm参照样品，如下表2详述的。表2.包括pgm负载量是12g/ft3的pd和6g/ft3的rh的每个测试样品的nox、co和thc转化率％。在图7中，转化率比较条702，转化率比较条716和转化率比较条730分别显示了表2详述的催化剂样品的nox、co和thc转化率。在图7中，如从图2和3所述的相关twc系统的每个转化率比较条可以观察的，spgm系统类型2a和spgm系统类型2b表现出显著的催化转化效率水平。spgm系统类型2a表现出99％的nox转化率(条712)，97％的co转化率(条726)和93％的thc转化率(条740)。spgm系统类型2b表现出98％的nox转化率(条714)，97％的co转化率(条728)和98％的thc转化率(条742)。当这些转化效率与其他样品的结果比较时，观察到获得了具体污染物的转化的特性选择性。对于zpgm参照样品，也观察到对于转化具体物质的这种特性选择性，如条710(表现出nox转化率83％)和条724(表现出co转化率是98％)所示。标准pgmccc参照样品类型2e分别表现出nox转化率是77％，co转化率是89％和thc转化率是95％，如图7的条708、条722和条736所示。这些显著的转化效率证实了所公开的twc系统构造中cu-mn尖晶石的前尖晶石区和标准pgmccc之间的协同行为。热振荡测试证实了spgm系统类型2b可以提供高于spgm系统类型2a的催化转化效率。图8是一个图示，其显示了根据一种实施方案作为多个spgm催化剂构造的一部分的标准pgmccc的第三pgm负载量的等温振荡测试所形成的spgm系统的nox、co和thc转化率的催化转化效率比较。在这种实施方案中，该多个系统样品包括spgm系统样品类型3a和类型3b，ccc参照样品类型3c、3d和3e，以及zpgm参照样品，如下表3详述的。表3.包括pgm负载量是20g/ft3的pd的每个测试样品的nox、co和thc转化率％。在图8中，转化率比较条802，转化率比较条816和转化率比较条830分别显示了表3详述的催化剂样品的nox、co和thc转化率。在图8中，如从图2和3所述的相关twc系统的每个转化率比较条可以观察的，spgm系统类型3a和spgm系统类型3b表现出显著的催化转化效率水平。spgm系统类型3a表现出85％的nox转化率(条812)，94％的co转化率(条826)和91％的thc转化率(条840)。spgm系统类型3b表现出97％的nox转化率(条814)，94％的co转化率(条828)和98％的thc转化率(条842)。当这些转化效率与其他样品的结果比较时，观察到获得了具体物质的污染物的转化的特性选择性。对于zpgm参照样品，也观察到对于转化具体物质的这种特性选择性，如条810(表现出nox转化率83％)和条824(表现出co转化率是98％)所示。标准pgmccc参照样品类型3e分别表现出nox转化率是74％，co转化率是77％和thc转化率是95％，如图8的条808，条822和条836所示。这些显著的转化效率证实了所公开的twc系统构造中cu-mn尖晶石的前尖晶石区和标准pgmccc之间的协同行为。热振荡测试证实了spgm系统类型3b可以提供高于spgm系统类型3a的催化转化效率。当比较全部类型的spgm系统样品的催化转化效率时，在图6-8中可以观察到spgm系统类型2a和类型2b提供了最明显的系统性能，随后是spgm系统类型1a和类型1b，以及随后是spgm系统类型3a和类型3b。但是，取决于排气系统的设计因素，全部所公开的spgm系统可以用于不同的twc应用，因为在多个spgm系统样品上进行的twc等温振荡测试产生了明显的转化效率。取决于包括所公开的协同pgmccc构造的twc系统期望的转化率水平，可以作为目标排气系统的部件包括地板下或者清除pgm基催化剂。但是，所公开的spgm系统构造的增强的和显著的催化转化效率和所提供的a/f扰动衰减能够除去目前的twc系统所用的常规地板下或者清除pgm基催化剂。图9是一个图示，其显示了根据一种实施方案的λ振荡区，其表征了来自于常规的twc系统和所公开的spgmtwc系统的催化转化率。在图9中，转化率曲线902表示twc系统构造，例如诸如twc系统100构造的nox转化率，转化率曲线904表示hc转化率，以及转化率曲线906表示co转化率，如图1所述。在一些实施方案中，所述系统在a/f比λ区910中运行，其中a/f扰动是高的，其是通过线908所标记的化学计量比点周围的宽范围的a/f比的结果。如转化率曲线902中所观察的，对于贫含条件，在r值约0.96-小于约0.99，在nox转化率方面的催化性能保持在约100％转化率。在这些实施方案中，对于富含条件，在r值大于约1.005(接近于化学计量比)到r值小于约1.03，nox转化率下降到约40％或更低。在图9中，a/f比λ区920表示了所公开的spgmtwc系统构造的运行，如图2和3所述。在这个区域，在r值非常接近于化学计量比点时，对于贫含和富含条件二者，在nox转化率、hc转化率和co转化率方面的催化性能是明显高的和稳定的。在这个区域运行的r值范围大于约0.99和小于约1.005。当所公开的twc系统构造在a/f比λ区920运行时，所述系统提供了衰减的a/f扰动和热稳定性，其给出了前尖晶石区中的cu-mn尖晶石的协同效应和与标准pgmccc结合的协同行为。如在nox转化率曲线902，hc转化率曲线904和co转化率曲线906中所观察的，所公开的spgmtwc系统在a/f比λ区920中的运行产生了明显高的催化转化效率。该高的催化转化效率是通过图6-8中的结果来证实的。本发明证实了单独的pgm催化剂和单独的二元尖晶石zpgm催化剂不能提供如所公开的spgm系统所提供的显著高的催化转化效率，其包括协同的标准pgmccc与前尖晶石区。所公开的用于twc应用的spgm系统是显著高的催化转化效率和衰减的a/f扰动的催化剂系统。虽然已经公开了不同的方面和实施方案，但是可以预期其他方面和实施方案。本文公开的不同的方面和实施方案目的是说明而并非意在限制，并且真正的范围和主旨在下面的权利要求中示出。当前第1页12