[发明专利]气体传感器元件和气体传感器

说明书

通过组合多个种类的贵金属而实现期望的传感器特性，并且抑制由合金化导致的催化剂特性的变化而稳定地维持传感器特性。气体传感器元件具备固体电解质体、第1电极、第2电极以及保护层。保护层至少具备：第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，第1催化剂层和第2催化剂层不直接接触，在从外部朝向第1电极供给被测量气体的路径上排列地配置。

技术领域

本发明涉及气体传感器元件和气体传感器。

背景技术

以往，公知有用于对从汽车的内燃机等排出的废气中的特定气体成分的浓度进行检测的气体传感器。这样的气体传感器通常具备固体电解质层以及在固体电解质层的每个面配置的基准电极和检测电极，向基准电极供给基准气体(例如大气)，向检测电极供给被测量气体。

废气包含一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳化氢(HC)、氢气(H₂)等混合成分。若存在混合成分，则在燃烧时所消耗的氧气量与完全燃烧时不同，因此，气体传感器的检测精度变差。在到达检测电极之前使废气与催化剂接触而氧化/还原混合成分并对其进行净化，从而能够提高气体传感器的检测精度。作为催化剂层所具备的催化剂金属，通常使用贵金属。贵金属作为催化剂的性质根据其种类而有所不同，因此，提出有以下技术：组合多个种类的贵金属而形成催化剂层，并调节催化剂层的特性(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-256112号公报

专利文献2：日本特开2017-223495号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，当在同一催化剂层担载有多个种类的贵金属的情况下，在气体传感器的制造过程或者气体传感器的使用过程中，能够使在催化剂层内混合的多个种类的贵金属合金化。若贵金属合金化，则与合金化之前相比较，作为催化剂的特性发生变化，因此，存在无法获得通过组合多个种类的贵金属而得到的期望的催化剂特性的可能性。此时，本发明的发明人通过研究而得到以下见解：在促进CO、HC的氧化反应的催化剂金属(例如，Pt、Pd等)彼此合金化的情况下，对催化剂特性的影响比较小，但在促进NOx的还原反应的催化剂金属(例如，Rh、Ru、Ir)与Pt、Pd等促进氧化反应的催化剂金属合金化的情况下，NOx还原作用显著降低。

此外，在不同的种类的贵金属担载于相邻的催化剂层的情况下，在各自的催化剂层内，不产生合金化，但在相邻的催化剂层的界面，有可能产生合金化。

本发明的课题是抑制用于促进NOx还原反应的催化剂的合金化，维持催化剂特性。

用于解决问题的方案

本发明是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的技术方案来实现。

(1)根据本发明的一技术方案，气体传感器元件具备：固体电解质体；第1电极，其设于所述固体电解质体的暴露于所述被测量气体的面上；第2电极，其设于所述固体电解质体的面上；以及保护层，其设于从气体传感器元件的外部朝向所述第1电极供给所述被测量气体的路径上，以陶瓷为主要成分，所述保护层至少具备：第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，所述第1催化剂层和所述第2催化剂层不直接接触，在所述路径上排列地配置。

根据该技术方案的气体传感器元件，由于在第2催化剂层仅担载有第2催化剂金属，而且，第1催化剂层和第2催化剂层不直接接触，因此，能够抑制促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属和其他的金属种类的合金化，稳定地维持保护层的催化剂特性。