[发明专利]结合铂族金属与铜-氧化铝尖晶石的催化剂

说明书

提供了一种氧化催化剂组合物，所述组合物包括浸渍到多孔氧化铝材料上的至少一种铂族金属，其中所述多孔氧化铝材料包含铜‑氧化铝尖晶石相。所述铜‑氧化铝尖晶石相的至少一部分可以靠近于或直接接触至少一种铂族金属微晶，例如具有大约1nm或更大的尺寸的微晶。所述铜‑氧化铝尖晶石相与所述铂族金属微晶的紧密靠近据认为提供一氧化碳氧化的协同增强。还提供了制造和使用所述催化剂组合物的方法，以及包括涂有所述催化剂组合物的催化剂制品的排放物处理系统。

技术领域

本发明涉及一种氧化催化剂组合物，涂有此种组合物的催化剂制品，包括此种催化剂制品的排放物处理系统，以及其使用方法。

背景技术

柴油发动机的排放物包括颗粒物质(PM)、氮氧化物(NO_x)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)。NO_x是用于描述各种化学物种的氮氧化物的术语，尤其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。废气颗粒物质的两种主要组分是可溶性有机级分(SOF)和烟炱级分。SOF呈层状凝结在烟炱上，并一般源于未燃的柴油燃料和润滑油。SOF可以作为蒸气或作为气溶胶(即，液体冷凝物的细滴)存在于柴油机废气中，这取决于所述废气的温度。烟炱主要由碳的粒子构成。

包含分散在耐火金属氧化物载体例如氧化铝上的贵金属例如铂族金属(PGM)的氧化催化剂已知用于处理柴油发动机的废气，以便通过催化烃和一氧化碳气态污染物的氧化而将这些污染物转化成二氧化碳和水。此类催化剂一般包含在被称作柴油机氧化催化剂(DOC)的单元中，所述单元置于柴油动力系统的废气流路中以在废气排出到大气之前处理它。典型地，柴油机氧化催化剂形成在其上沉积了一种或多种催化剂涂层组合物的陶瓷或金属基材上。除了将气态HC和CO排放物以及颗粒物质(SOF部分)转化之外，含PGM的氧化催化剂还促进了NO氧化成NO₂。催化剂典型地由它们的起燃温度或达到50％转化率时的温度(也被称作T₅₀)限定。

铂(Pt)仍然是在DOC中用于氧化CO和HC的最有效的铂族金属。然而，在贫条件下高温老化之后，将Pd添加到Pt基DOC中可能存在优点，因为Pd使Pt对在高温下的烧结稳定。使用钯(Pd)基催化剂的其它主要优点之一是Pd与Pt相比的较低成本。然而，不含Pt的Pd基DOC典型地显示氧化CO和HC的较高起燃温度，特别是当与HC存储材料一起使用时，可能造成HC和/或CO起燃的延迟。因此，必须小心设计催化剂以使正相互作用最大化，而使负相互作用最小化。

使用高级燃烧技术的柴油发动机能够通过降低发动机气缸内的燃烧火焰温度并通过在点火之前增加燃料进料的均匀性和混合来减少NO_x和PM排放物。然而，在改变燃烧过程以降低NO_x和PM排放物的工艺中，CO和HC排放物的总量可能会增加，所形成的烃的性质可能会改变，并且可能会降低废气温度。在一些情况下，来自高级燃烧柴油发动机的CO和HC排放物比来自传统柴油发动机的HC和CO排放物高出50％至大约100％。这些趋势已经推进对降低DOC起燃温度以操控CO和HC排放物的需要。这又进一步增加使用具有高PGM装载量的DOC，而带来DOC成本的增加。

因为这些废气特性对于当前柴油机排放催化剂技术将产生重大的挑战，所以本领域中仍需要满足越来越严格的环境保护法规的新型催化剂制剂。

发明内容

本发明提供一种氧化催化剂组合物，其包含浸渍到多孔氧化铝材料上的至少一种铂族金属，其中所述多孔氧化铝材料包含铜-氧化铝尖晶石相。不希望受操作理论的束缚，据信所述铜-氧化铝尖晶石与所述铂族金属协同作用以提高CO氧化活性，并且尽管存在相对大的铂族金属微晶，这种协同活性也是明显的。铜-氧化铝尖晶石的存在可以通过催化剂材料的微观图像(例如，透射电子显微镜(TEM)图像)的目测检查或通过X射线粉末衍射(XRD)分析来确认。例如，在一个实施方案中，本发明的氧化催化剂组合物的特征在于X射线粉末衍射晶面间距峰，其包括在大约30和大约35度2θ之间的峰以及在大约35度和大约40度2θ之间的峰(例如，图10-12)。