[发明专利]混合组分材料及其制备方法

说明书

本发明描述了一种混合组分材料，包括底层材料颗粒组分和外层材料颗粒组分，具有分层结构；所述底层材料颗粒组分是：铈、镨、镧等稀土金属氧化物、含锆氧化物、铝氧化物、碱土金属氧化物、碱金属金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物中的一种或多种以上组分的复合组分氧化物；所述外层材料颗粒组分至少有一层；所述外层材料组分是：铈、镨、镧等稀土金属氧化物、锆氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物中的一种或多种以上组分的复合组分氧化物。该混合组分材料的储氧量较高，抗老化性能好，可作为排气污染物净化的功能催化材料。

技术领域

本发明涉及用于净化排放尾气的催化材料的制备方法。其组分可以为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、铝氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的混合组分氧化物材料。

背景技术

汽车产业高速发展的同时，大气污染问题也随之而来。汽车主要气态污染物为CO、HC、NO_x等。目前使用的尾气净化催化剂可以将CO、HC、NO_x三种污染物转化为无毒无害的CO₂和H₂O和N₂。而催化剂中目前使用的催化材料主要有两种，一种为耐高温高比表面材料，另一种为储氧材料。常见的耐高温高比表面材料是活性Al₂O₃，可作为贵金属Pt-Pd-Rh的载体，由于其具有高比表面特点，可以很好的分散贵金属，使贵金属保持高活性态。储氧材料主要是CeO₂-ZrO₂基材料，也常用来负载Pt-Pd-Rh贵金属，其作用有：增加储氧性能，贫燃时存储氧，富燃时释放氧，以有效控制尾气中氧含量，使得CO、HC、NO_x等保持较好的转化。

现在工业化生产中储氧材料和活性氧化铝常常是分开制备的，在催化剂制备过程中采用机械混合方法使用。对于传统的铈锆基储氧材料而言，其高温稳定性，尤其储氧量的耐久性非常重要。铈锆基储氧材料可能在1000-1100℃发生分相，导致材料的各项性能指标严重劣化，难以满足日益提高的寿命要求。

传统的铈锆基储氧材料的制备方法有共沉淀法，水热法，溶胶凝胶法等，且材料的组成一般追求单一物相，分相便意味着结构发生了较大变化，也常常意味着储氧量等性能发生了恶化。而不同组分的CeO₂-ZrO₂基材料各有优劣，其组成的选择与催化剂的组成和应用环境密切相关。对于Pd和Pt而言，CeO₂组分可以起到稳定活性组分的作用，从而抑制了PdPt的烧结，故PdPt倾向使用CeO₂含量较高的储氧材料；对于Rh而言，由于Rh和CeO₂会在高温水热下会发生反应生成CeRhO₃，导致Rh被包埋，Rh分散度下降不利于催化剂性能。故Rh倾向使用CeO₂含量低的储氧材料。因此对实际的Pd(Pt)-Rh催化剂，其基本组成中可能含有不同组成的储氧材料。另外低铈材料热稳定性较好，高铈材料储氧量较大。目前工业化生产的储氧材料一般都是单组分的固溶体材料，难以同时兼顾这两个方面的需求。

鉴于以上不足，提出了一种使用多组分的组合储氧材料制备技术。材料的表面和体相可以选择性为高铈或者低铈，尤其以丰田公司的报道较多。US7314846专利报道了包裹核壳结构的CeO₂-ZrO₂基材料比传统的沉淀法制备的材料更加适合作为Pt的载体材料，无论是Pt的分散度，比表面和HC起燃性能都有明显的提高。CN200580013422.1也报道了利用调节溶胶pH方法制备了不同CeO₂含量的储氧材料，其储氧量和稳定性均有显著的改进，进而制备出了性能更好的Rh催化剂。