[发明专利]用于氧气储存的混合金属氧化物复合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月15日提交的美国专利申请序列号No.61/660,315在35 U.S.C.§119(e)下的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于制备用于排放处理系统的基质上涂覆的催化修补基面涂层的材料和制备这些材料的方法。还提供降低废气流中的污染物的方法。实施方案涉及任选用稀土金属氧化物促进的二氧化铈-氧化锆-氧化铝基复合材料，其以低氧化铝含量提供高表面积。具体而言，二氧化铈-氧化锆-氧化铝的混合金属氧化物材料可通过使用可溶性铈盐、可溶性锆盐、胶态氧化铝悬浮液和任选至少一种不同于铈的稀土金属盐作为前体而形成。

背景

三效转化(TWC)催化剂用于发动机排气流中以催化未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)的氧化以及氮氧化物(NO_x)至氮气的还原。TWC催化剂中储氧组分(OSC)的存在容许在贫(燃料)条件期间储存氧气以促进吸附在催化剂上的NO_x还原，并在富(燃料)条件期间释放氧气以促进吸附在催化剂上的HC和CO的氧化。TWC催化剂通常包含位于载体，例如高表面积耐熔氧化物载体如高表面积氧化铝或复合载体如二氧化铈-氧化锆复合物上的一种或多种铂系金属(例如铂、钯、铑和/或铱)。二氧化铈-氧化锆复合物还可提供储氧能力。载体载于合适的载体或基质如包含耐熔陶瓷或金属蜂窝结构的整体载体，或者耐熔颗粒如合适耐熔材料的球或短压出片段上。

已实行了氧化铝作为扩散屏障结合到OSC材料中以改进热稳定性(例如Sugiura等人，Bull.Chem.Soc.Jpn.，2005，78，752；Wang等人，J.Phys.Chem.C，2008，112，5113)。在这类氧化铝-二氧化铈-氧化锆复合物的常规合成路线中，可溶性铝盐，例如硝酸铝九水合物通常用作氧化铝前体。对这类材料的表面积的主要贡献来自氧化铝组分。然而，与二氧化铈-氧化锆复合物接触的提高量的氧化铝可导致抑制储氧功能的效率的相互作用。

本领域中仍需要热稳定且有效地使用其成分的催化材料。

概述

提供混合金属氧化物复合物及其制备和使用方法。该混合金属氧化物复合物包含：二氧化铈-氧化锆-氧化铝复合物，其中氧化铝以复合物的1至小于30重量％的量存在，且混合金属氧化物复合物在1050℃下水热老化12小时以后具有在氢气程序升温还原(H₂-TPR)中在达900℃的温度下至少50％的二氧化铈还原性。在一个或多个实施方案中，氧化铝通过使用胶态氧化铝前体形成。此外，这些复合物的表面积在1050℃下水热老化12小时以后为大于24m²/g。

一方面提供混合金属氧化物，其中使用二氧化铈-氧化锆固溶体，所述固溶体可任选进一步包含至少一种不同于二氧化铈的稀土氧化物，和通过使用胶态氧化铝前体形成的氧化铝。该混合金属氧化物复合物可以为二氧化铈-氧化锆固溶体和氧化铝的无规混合物。

另一方面为制备包含二氧化铈、氧化锆和氧化铝的混合金属氧化物复合物，该方法包括：形成包含铈盐、锆盐和任选至少一种不同于铈化合物的稀土金属盐的水溶液；提供产生复合物中1至小于30重量％的氧化铝含量的量的氧化铝来源；将水溶液和氧化铝来源混合以形成混合物；将混合物的pH用碱性试剂调节以形成粗沉淀物；分离粗沉淀物以得到分离的沉淀物；和将分离的沉淀物在至少600℃的温度下煅烧以形成混合金属氧化物复合物。在一个或多个实施方案中，氧化铝来源为胶态氧化铝悬浮液。

另一方面，提供用于处理发动机排气的催化剂，所述催化剂包含涂覆在基质上的催化材料，催化材料包含：用作储氧组分或贵金属载体的如本文所公开的混合金属氧化物，和选自钯、铑、铂及其组合的贵金属组分。本文形成的催化剂可适于三效转化和/或柴油氧化。排放物后处理系统包含如本文所公开的催化剂。处理排气流的方法包括使排气流通过本文所公开的催化剂。

附图简述

本公开内容可考虑以下对公开内容的各实施方案的详细描述连同附图一起更完全地理解，其中：

图1提供根据一个实施方案由胶态氧化铝制备的混合金属氧化物复合物的扫描电子显微镜图像；

图2提供由源自可溶性盐的铝前体制备的对比混合金属氧化物复合物的扫描电子显微镜图像；

图3提供例如在1050℃下水热老化12小时以后作为通过Hg孔隙率测定法得到的孔半径的函数，累积孔体积的图；