[发明专利]排气控制催化剂

说明书

提供了排气控制催化剂，其包括：基底(21)；和布置在基底上的催化剂层(22)，其中催化剂层(22)包括：包含钯、氧化铝、二氧化铈‑氧化锆固溶体以及镧、铁和锆的复合氧化物的钯区(23)，和沿着催化剂层的平面方向与钯区相邻布置且包含铑、氧化铝和二氧化铈‑氧化锆固溶体的铑区(24)。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及排气控制催化剂。

2.相关技术描述

汽车的排气控制催化剂使烃(HC)和一氧化碳(CO)氧化成水和二氧化碳，并使氮氧化物(NO_x)还原成氮气，其中烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)包含在由发动机排放的排气中。作为排气控制催化剂，通常使用贵金属负载型催化剂，其中包含催化贵金属如钯(Pd)、铑(Rh)和铂(Pt)颗粒的催化剂层负载在耐热金属载体上。

除上述催化贵金属颗粒外，贵金属负载型催化剂的催化剂层还包含具有储氧能力(在下文中也称为“OSC”)的OSC材料作为助催化剂。OSC材料储存并释放氧气以通过所述催化贵金属促进排气控制反应。作为OSC材料，广泛使用二氧化铈(CeO₂)-氧化锆(ZrO₂)固溶体，但已开发了各种OSC材料用于进一步性能改进。

例如，日本专利No.4670603描述了具有储存和释放氧气的功能的催化剂颗粒，颗粒包括：铁化合物，其中具有2价的Fe以外的元素固溶于具有3价的Fe的氧化物中；作为主要组分的由具有3价的Fe的氧化物形成的芯部分，其中铁化合物构成在芯部分的外围表面上形成的层。

日本专利No.4666006描述了其中在载体上形成催化剂层的排气控制催化剂，催化剂层包括：具有储氧能力的含Ce氧化物颗粒；和由选自Pt、Pd和Rh的至少一种贵金属形成的催化金属。大量氧化铁颗粒分散且包含在催化剂层中，至少一部分氧化铁颗粒为具有300nm或更小的粒度的细氧化铁颗粒，细氧化铁颗粒与含Ce氧化物颗粒接触，当用电子显微镜观察时，细氧化铁颗粒的面积与氧化铁颗粒的总面积之比为30％或更高。

日本专利No.4525909描述了用于水煤气变换反应的催化剂，其由复合氧化物形成。该催化剂包含钙和铝作为主要组分，并且包含相对于铝为0.001摩尔％至10摩尔％的量的铁。在该催化剂中，在500℃下的储氧能力为20微摩尔/克至200微摩尔/克，且BET比表面积值为20m²/g或更高。

如上所述，已开发了各种包含氧化铁的材料作为用于排气控制催化剂的OSC材料。然而，当包含含氧化铁材料作为OSC材料的排气控制催化剂长时间使用时，催化贵金属的催化活性可能降低，和/或OSC材料的储氧能力可能降低。

发明概述

本发明提供了能够显著抑制在长时间使用以后的催化活性降低和/或OSC材料的储氧能力降低的排气控制催化剂。

发明人发现，在其中氧化铁用作催化剂层的OSC材料的排气控制催化剂中，催化活性降低和/或OSC材料的储氧能力降低可通过沿着催化剂层的平面方向彼此相邻地布置包含氧化铁的区和包含催化贵金属的区而被显著抑制，由此完成了本发明。

根据本发明一方面，提供了排气控制催化剂，其包括：基底；和布置在基底上的第一催化剂层，其中第一催化剂层包括包含钯、氧化铝、二氧化铈-氧化锆固溶体、以及镧、铁和锆的复合氧化物的钯区，和沿着第一催化剂层的平面方向与钯区相邻布置且包含铑、氧化铝和二氧化铈-氧化锆固溶体的铑区。

在排气控制催化剂中，第一催化剂层的最上表面上的钯区的表面积可占第一催化剂层的总表面积的20％至40％。

排气控制催化剂可进一步包括布置在基底与第一催化剂层之间的一个或多个第二催化剂层。

根据本发明，可提供能够显著抑制在长时间使用以后的催化活性降低和/或OSC材料的储氧能力降低的排气控制催化剂。