[发明专利]用于TWC的非铜二元尖晶石及其储氧容量

说明书

公开了各种二元尖晶石氧化物的零稀土金属(ZREM)和零铂族金属(ZPGM)组合物作为用在TWC系统内的储氧材料(OSM)。该ZREM‑ZPGM OSM系统包含Co‑Fe、Fe‑Mn、Co‑Mn或Mn‑Fe的二元非Cu尖晶石氧化物。使用等温OSC振荡条件测试测定与该非CuZREM‑ZPGM OSM系统相关的储氧容量(OSC)性质。此外，OSC试验结果比较了包括Cu‑Mn二元尖晶石氧化物的ZREM‑ZPGM参比OSM系统和包括Ce基OSMs的PGM参比催化剂的OSC性质。非Cu尖晶石氧化物ZREM‑ZPGM OSM系统表现出显著改进的OSC性质，这高于Ce基OSM PGM参比系统的OSC性质。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月11日提交的美国临时申请No.62/334,605的优先权，其内容全部经此引用并入本文。

背景

公开领域

本公开大体上涉及储氧材料(OSM)，更具体涉及包括尖晶石氧化物组合物的零稀土金属和零铂族金属(ZREM-ZPGM)系统。

背景信息

传统的汽油机排气系统使用三元催化剂(TWC)技术并被称作TWC系统。TWC系统将CO、HC和NO_X转化成危害较低的污染物。通常，TWC系统包括基底结构，将载体氧化物和有时助催化氧化物的层沉积在其上。然后在载体氧化物上沉积基于铂族金属(PGM)的催化剂。传统PGM材料包括铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铱(Ir)或其组合。一些传统TWC系统已经发展为包含大多基于稀土(RE)金属氧化物的储氧材料(OSM)，其在发动机运行周期的较稀燃期间储存氧气，然后在发动机运行周期的较富燃期间释放储存的氧气。

尽管PGM/RE金属氧化物基OSM对有毒排放物控制有效并已由排放控制行业商品化，但PGM/RE金属氧化物基OSM是稀缺和昂贵的。高成本对PGM/RE金属氧化物基OSM的广泛应用而言仍是关键因素。由于催化剂配方的改变持续提高TWC转化器的成本，对催化性能显著的催化剂的需要已将努力引向开发能够提供所需协同效应以实现更高催化性能的催化材料。另外，遵守更严格的环境法规和对更低制造成本的需求需要新型TWC系统。因此，仍然需要提供表现出与使用PGM/RE金属氧化物基OSM的传统TWC系统所表现的催化性质基本类似或更高的催化性质的不含PGM/RE金属氧化物基OSM的TWC系统。

概述

本公开涉及包括非铜(Cu)二元尖晶石氧化物组合物的零稀土金属和零铂族金属(ZREM-ZPGM)储氧材料(OSM)，在本文中称为ZREM-ZPGM Type 1、Type 2、Type 3和Type 4OSM系统，其可使用任何传统合成方法制造。此外，本公开描述了确定上述ZREM-ZPGM OSM系统的储氧容量(OSC)性质的方法。在一些实施方案中，将上述ZREM-ZPGM OSM系统的O₂和CO延迟时间与包括铜(Cu)-锰(Mn)二元尖晶石结构的ZREM-ZPGM OSM参比系统以及PGM OSM参比系统比较。