[发明专利]具有老化抑制催化剂的催化转化器

说明书

一种催化转化器包括催化剂。该催化剂包括载体、分散在载体上的铂族金属(PGM)颗粒和形成在载体上的金属氧化物纳米颗粒。金属氧化物纳米颗粒分散在第一组PGM颗粒和第二组PGM颗粒之间以抑制PGM颗粒的老化。

技术领域

本公开总体上涉及催化转化器，并且更具体地涉及老化抑制催化剂。

背景技术

具有内燃机(ICE)的车辆包括用于处理来自发动机的排气的排气处理系统。处理系统的构造部分地取决于发动机是否是柴油机(其通常在贫燃燃烧下操作并且在所有操作条件下都含有高浓度的排气)还是化学计量火花点火发动机(其在几乎化学计量的空-燃(A/F)比下操作)。用于柴油机的处理系统包括能够氧化一氧化碳(CO)和烃(HC)的柴油氧化催化剂(DOC)。用于化学计量火花点火发动机的处理系统包括三元催化剂(TWC)，其工作原理是通过CO和HC对NO_x进行非选择性催化还原。

发明内容

一种催化转化器包括催化剂。该催化剂包括载体、分散在载体上的铂族金属(PGM)颗粒和形成在载体上的金属氧化物纳米颗粒。金属氧化物纳米颗粒分散在第一组PGM颗粒和第二组PGM颗粒之间以抑制PGM颗粒的老化。

附图说明

通过参考以下详细描述和附图，本公开的实施例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应于相似但可能不相同的部件。为了简洁起见，具有前述功能的附图标记或特征可能会或者可能不会结合它们在其中出现的其它附图来进行描述。

图1是描绘PGM颗粒生长或烧结的两种机制的示意图；

图2A至图2D示意性地描绘了用于制备本文公开的催化剂的实施例的方法的实施例；

图3是本文公开的催化剂的实施例的半示意性顶视图；

图4A是催化转化器的实施例的透视性局部剖视图；

图4B是图4A的一部分的放大图；

图5A和图5B是比较例催化剂(C1)和实施例催化剂(E)的透射电子显微镜(TEM)图像；以及

图6是描绘两种比较例催化剂(C1和C2)和实施例催化剂(E)的一氧化碳(CO)转化和C3H6(丙烯或者另一种丙烯)转化的起燃温度(单位为℃)的图表，其中实施例催化剂(E)包括在PGM颗粒之间形成的金属氧化物纳米颗粒。

具体实施方式

DOC和TWC通常包括负载有铂族金属(PGM)作为活性催化/催化剂材料的载体。随着来自车辆发动机的排气温度的升高(例如，达到150℃至约1000℃范围内的温度)，负载在载体上的PGM可能经历颗粒生长(即烧结)。图1描绘了在车辆操作期间PGM颗粒生长的两种机制。这些机制涉及原子和/或微晶PGM迁移。第一种机制包括经由蒸气相进行的PGM迁移，表示为12，而第二种机制包括经由表面扩散进行的PGM迁移，表示为14。在第一机制中，从负载在载体18上的PGM颗粒16发出的可移动物质(未示出)能够穿过蒸气相12并与蒸气相12中的其它金属颗粒20团聚，以形成较大的PGM颗粒16'。在第二机制中，从PGM颗粒16发出的移动物质(未示出)可以沿着载体18的表面18a扩散，并与表面18a上的其它金属颗粒22团聚以形成较大的PGM颗粒16'。第二种机制可能涉及奥斯特瓦尔德熟化，其中移动物质的迁移是由载体表面18a上的自由能和局部原子浓度的差异所驱使。

PGM颗粒16'的尺寸的增加导致PGM的不良利用和催化剂材料的不期望的老化。更具体地说，增加的粒度减少了PGM分散，其是催化剂中表面PGM原子数与催化剂中PGM原子总数之比。还原的PGM分散体与活性金属表面积的减小直接相关(作为颗粒生长的结果)，因此表明活性催化剂反应位点的损失，这等于催化剂活性的降低。活性催化剂反应位点的损失导致PGM利用效率差，并且表明催化剂不合需要地老化或失活。