[发明专利]钯催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，其是能够用于净化从两轮或四轮机动车等的内燃机排出的尾气的催化剂，特别是催化剂活性物质的主要成分为钯(Pd)的钯催化剂。

背景技术

在以汽油为燃料的机动车的尾气中含有烃(THC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害成分，因此需要利用催化剂对各种有害成分进行净化，使上述烃(THC)发生氧化而转化成水和二氧化碳、使上述一氧化碳(CO)发生氧化而转化成二氧化碳、使上述氮氧化物(NOx)发生还原而转化成氮。

作为这样的用于处理尾气的催化剂(下文中称为“尾气净化催化剂”)，使用可以将CO、THC和NOx氧化还原的三元催化剂(Three way catalysts：TWC)，该三元催化剂通常以转换器的形式安装在排气管的发动机与消声器的中间位置。

作为这种三元催化剂，已知有：将贵金属担载于具有高比表面积的耐火性氧化物多孔质体(例如具有高比表面积的氧化铝多孔质体)，并将由此形成的物质担载于基材(例如耐火性陶瓷或以金属制蜂窝结构形成的整体式(monolithic)基材)上、或者担载于耐火性颗粒上。

对于这种三元催化剂而言，贵金属具有将尾气中的烃氧化而转换成二氧化碳和水，将一氧化碳氧化而转换成二氧化碳，而将氮氧化物还原成氮的功能，为了同时有效地对这两种反应产生催化作用，优选使燃料与空气之比(空燃比)保持恒定(理论空燃比)。

对于机动车等的内燃机而言，空燃比根据加速、减速、低速行驶、高速行驶等运行情况而发生较大变化，因此使用氧传感器(氧化锆)使随着发动机的工作条件而发生变动的空燃比(A/F)控制为恒定。但是，仅通过如上所述控制空燃比(A/F)，催化剂还不能充分发挥净化催化性能，因此要求催化剂层自身也具有控制空燃比(A/F)的作用。因此，出于利用催化剂本身的化学作用防止因空燃比的变化而产生的催化剂净化性能下降的目的，使用了对作为催化剂活性成分的贵金属添加了助催化剂的催化剂。

作为这种助催化剂，已知在还原气氛中放出氧、在氧化气氛中吸收氧这样的具有储氧能力(OSC：Oxygen Storage capacity)的助催化剂(称作“OSC材料”)。作为具有储氧能力的OSC材料已知有例如二氧化铈(氧化铈，CeO₂)、二氧化铈-氧化锆复合氧化物等。

二氧化铈(CeO₂)具有如下特性：其依赖于尾气中的氧分压的高低而可以进行氧化铈中的吸附氧和晶格氧的脱离和吸收，从而扩大能够高效净化CO、THC和NOx的空燃比的范围(窗口)。即，尾气为还原性时，氧化铈使氧脱离〔CeO₂→CeO_2-x+(x/2)O₂〕而向尾气中供给氧从而发生氧化反应；另一方面，尾气为氧化性时，相反地氧化铈在氧缺陷中吸入氧〔CeO_2-x+(x/2)O₂→CeO₂)而使尾气中的氧浓度减少，从而发生还原反应。如此，氧化铈发挥作为减小尾气的氧化性、还原性的变化的缓冲剂的功能，具有维持催化剂的净化性能的功能。

另外，在这种二氧化铈中固溶有氧化锆的二氧化铈-氧化锆复合氧化物的储氧能力(OSC)更加优异，因此被添加在许多催化剂中作为OSC材料。

关于使用了二氧化铈、二氧化铈-氧化锆复合氧化物等OSC材料的三元催化剂，以往以来公开有如下所述的发明。

例如在专利文献1(日本特开平6-219721号公报)中，作为新型的具有催化特性的金属-金属氧化物催化剂，公开了一种在金属氧化物颗粒中均匀地含有金属颗粒的催化剂，其含有Pt、Pd、Rh、Au中的任一种作为贵金属，并含有CeO₂作为金属氧化物。

在专利文献2(日本特开2011-140011号公报)中，作为能够在包括低温的大范围的温度下显示出CO氧化活性的CO氧化催化剂，公开了在CeO₂载体颗粒上担载Pd并在氧化性气氛中于850～950℃范围的温度下进行加热处理而成的CO氧化催化剂。

在专利文献3(日本特开平10-277394号公报)中，作为烃、一氧化碳和氮氧化物的转换率良好、并且具有卓越的耐热性和抗老化性的只含有钯的催化剂，公开了在惰性基材上具有一层具有催化作用的涂膜层的机动车尾气催化剂，所述涂膜层由a)微细且稳定化后的活性氧化铝、b)至少一种微细的储氧成分、c)以及附加的高分散性氧化铈、氧化锆和氧化钡以及d)作为唯一的催化作用贵金属的钯构成。