[发明专利]包含胶体铂族金属纳米粒子的催化剂组合物

说明书

本发明涉及有效进行三元转化的催化剂组合物，其包括铂族金属纳米粒子(例如Pt、Pd、Au、Ru、Rh、其合金及其混合物的纳米粒子)，所述纳米粒子具有15至50纳米的平均粒度，其中将所述纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上。在一些这样的催化剂组合物中，显著部分，例如至少90％的纳米粒子具有在这一范围内的粒度。在本文中也提供了制备和使用这样的催化剂组合物的方法以及包含这样的催化剂组合物的催化剂制品和排放处理系统。

发明领域

本发明涉及用于排放处理系统的包含铂族金属纳米粒子的催化剂组合物和制造这样的催化剂组合物的方法。还提供了减少排气料流中的污染物的方法，如处理来自汽车发动机的排气烃和NO_x排放物的方法。

发明背景

铂族金属(PGMs)是催化剂组合物(例如三元转化(TWC)催化剂组合物)的常见组分并可以各种形式并入其中。例如，某些催化剂组合物包含粒子(例如纳米粒子)形式的PGMs。参见U.A.Paulus,T.J.Schmidt,H.A.Gasteiger,R.J.Behm,J.Electroanal.Chem.,134,495(2001)；J.W.Yoo,D.J.Hathcock,M.A.El-Sayed,J.Catalysis,214,1-7(2003)和P.K.Jain,X.Huaung,M.A.Ei-Sayed,Acc.Chem.Res.,41,1578-1586(2008)。例如，具有受控尺寸和形状的铂(Pt)纳米粒子提供了开发高性能工业Pt催化剂的巨大机会。参见M.Q.Zhao,R.M.Crooks,Adv.Mater.,11,217-220(1999)；M.Oishi,N.Miyagawa,T.Sakura,Y.Nagasaki,React.Funct.Polym.67,662-668(2007)和K.Peng,X.Wang,X.Wu,S.Lee,NanoLett.,9,3704-3709(2009)。

如果铂族金属以粒子(例如纳米粒子)形式并入催化剂组合物内，在升高的温度下的粒子生长以致表面积降低是催化剂组合物的主要失活途径。因此，有利的是提供不容易发生这种表面积损失的包含PGMs的催化剂组合物，以实现在高温使用条件下的持续高催化效率。仍然需要提供高效利用金属(例如PGMs)并且特别在这样的高温条件下保持有效以符合管制的HC、NO_x和CO转化率的TWC催化剂组合物。

发明概述

在一个方面中，本公开提供包含一种或多种铂族金属(PGMs)的纳米粒子的催化剂组合物。PGMs在某些实施方案中选自Pt、Pd、Au、Rh、它们的合金和它们的混合物。在这样的催化剂组合物中，纳米粒子通常与耐火金属氧化物载体结合并如本文中公开提供有效的三元转化(TWC)催化活性。

在一个方面中，本公开提供一种三元转化催化剂组合物，其包含：选自Pt、Pd、Au、Rh、其合金及其混合物的纳米粒子的多数铂族金属(PGM)纳米粒子，其中所述纳米粒子具有15至50纳米的平均粒度，其中将所述纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上，并且其中所述催化剂组合物为煅烧形式并有效用于进行三元转化。在另一方面中，本公开提供一种三元转化催化剂组合物，其包含：选自Pt、Pd、Au、Rh、其合金及其混合物的纳米粒子的多数铂族金属(PGM)纳米粒子，其中所述纳米粒子具有15至50纳米的平均粒度并且至少90％的纳米粒子具有在这一范围内的粒度，其中将所述纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上，并且其中所述催化剂组合物为煅烧形式并有效用于进行三元转化。这些方面中的平均粒度在一些实施方案中是在煅烧后(例如在空气中在约400-550℃的温度下热处理约1-3小时后)的平均粒度。这样的平均粒度通常是在老化前的平均粒度，即其中所述组合物尚未经受老化条件(例如在蒸汽/空气中在高温下，如在大于约700℃下，大于约800℃下，大于约900℃下，或大于约900℃下，处理至少约3小时)。