[发明专利]废气净化催化剂

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及废气净化催化剂，更特别地涉及其中多个不同的催化剂层涂覆在基质上的废气净化催化剂。

2.相关技术描述

同时进行废气中一氧化碳(CO)和烃(HC)的氧化和氮氧化物(NOx)的还原的三效催化剂在汽车应用中用作废气净化催化剂。在广泛可得的三效催化剂中，由多孔氧化物如氧化铝(Al₂O₃)构成的催化剂层涂覆于堇青石蜂窝状基质上，且贵金属如铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等负载于该催化剂层上。

另外，将供入汽车发动机中的空气与燃料之比(空气-燃料比A/F)控制在大约化学计量空气-燃料比(化学计量)对通过三效催化剂的作用实现同时且有效地纯化三种组分CO、HC和NOx是关键的。然而，实际空气-燃料比向化学计量周围的富侧(富燃料气氛)或贫侧(贫燃料气氛)变化，因为例如汽车驱动条件，以及因此废气气氛类似地也向富侧或贫侧变化。因此，高净化性能不能总是恰用单独的三效催化剂保持。因此，为了通过吸收废气中氧浓度的变化而提高三效催化剂的废气净化能力，具有所谓储氧能力(OSC)的储氧材料—其中当废气中的氧浓度高时吸收氧气，当废气中的氧浓度低时释放氧气—用于废气净化催化剂中。二氧化铈-氧化锆(CeO₂-ZrO₂)复合氧化物是这种储氧材料的实例。

然而，最近几年在全世界关于例如汽车等的废气规章变得越来越严格，且与此响应，需要废气净化催化剂的催化性能的另外改进。因此，为产生用于废气净化催化剂中的上述贵金属、储氧材料等的功能的有效表现，提出了废气净化催化剂，其中这些材料以多个各自不同的催化剂层置于基质上(例如参考日本专利申请公开Nos.2007-038072(JP-A-2007-038072)、2006-326428(JP-A-2006-326428)和2010-005592(JP-A-2010-005592))。

还进行了对储氧材料本身的材料的各种研究。例如，由于具有烧绿石相的CeO₂-ZrO₂复合氧化物具有高OSC，还作出了关于使用这种材料的废气净化催化剂的几个提议(例如参考日本专利申请公开Nos.2003-246624(JP-A-2003-246624)和2005-170774(JP-A-2005-170774)和WO2008/093471)。

对于改进三效催化剂的废气净化性能非常重要的是作为三效催化剂的活性金属物种的催化剂金属，例如Pd、Pt、Rh等以高度分散状态负载于催化剂载体上。在作为汽车废气净化催化剂应用的特定情况下，催化剂暴露的温度经历环境温度与约1000℃之间的重复变化，且催化剂暴露的气氛也在具有高HC和CO浓度以及低O₂浓度的还原气氛与具有低HC和CO浓度以及高O₂浓度的氧化气氛之间重复变化。因此，还需要保持以高度分散状态负载于催化剂载体上的催化剂金属例如Pd、Pt、Rh等也在这些条件下。

然而，当这些催化剂金属经受长期暴露于高温下时，它们在载体上迁移并形成粗糙颗粒，即发生烧结。由于烧结而经历粒子生长的催化剂金属不能保持与废气的高接触表面积，催化剂的废气净化性能则最终随着时间消逝而下降。除在高温下烧结引发的粒子生长外，Pt和Rh在强氧化气氛下，例如在燃料切断操作期间转化成氧化物并经历粒子生长，同时Pd也在强还原气氛中，例如在加速期间经历粒子生长，结果是催化剂的废气净化性能最终下降。

JP-A-2007-038072、JP-A-2006-326428和JP-A-2010-005592描述了其中多个不同催化剂层涂覆于基质上的废气净化催化剂，以及甚至在例如冷起动和加热期间可用这些废气净化催化剂实现优异废气净化性能的情况。然而，JP-A-2007-038072、JP-A-2006-326428和JP-A-2010-005592中未必充分检查了催化剂金属粒子生长的抑制，因此仍存在改进该相关技术中所述废气净化催化剂在提高废气净化性能方面的空间。

发明概述

因此，本发明提供一种废气净化催化剂，其中通过催化剂金属的粒子生长可由于新结构而被抑制。