公开了由包括铜‑锰材料组合物和PGM催化剂的催化剂体系的组合所形成的协同效应。测试了催化剂体系构造的变体，来确定用于最佳的协同的PGM(SPGM)催化剂体系的最有效的材料组成，配料和构造。所选择的SPGM催化剂体系的协同效应是在稳态和振荡测试条件测定的，由其最佳的NO/CO交换R‑值显示了与目前的用于TWC应用的PGM催化剂相比，所选择的SPGM催化剂体系的增强的催化行为。根据本发明专利技术的原理，将Pd作为外涂层施用到氧化铝基载体上和将负载在Nb2O5‑ZrO2上的Cu‑Mn尖晶石结构作为活化涂层施用到合适的陶瓷基底上，产生了与市售的PGM催化剂相比更高的催化活性，效率和在TWC条件中，特别是在贫含条件下更好的性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉参考的相关申请这个国际专利申请要求2013年11月26日提交的美国专利申请No.14/098861的优先权，其全部公开内容在此以引文形式并入。本专利技术涉及美国专利申请No.14/090887，标题为“OxygenStorageCapacityandThermalStabilityofSynergizedPGMCatalystSystems”，和美国专利申请No.14/090915，标题为“MethodforImprovingLeanperformanceofPGMCatalystSystems：SynergizedPGM”，以及美国专利申请No.14/090938，标题为“SystemsandMethodsforManagingaSynergisticRelationshipbetweenPGMandCopper-ManganeseinaThreeWayCatalystSystems”，全部都是2013年11月26日提交的，其全部公开内容在此以引文形式并入。专利技术背景
本专利技术通常涉及三效催化剂(TWC)体系，和更具体的涉及协同的PGM催化剂的TWC性能。背景信息许多现代功能材料是由多相实体制成的，在其中需要不同组分之间的协作行为来获得最佳的性能。协作行为的典型情形是现代TWC体系，其用于车辆排气中来降低废气排放。TWC体系将车辆排气中三种主要的污染物一氧化碳(CO)，未燃烧的烃(HC)和氮的氧化物(NOx)转化成H2O，CO2和氮气。典型的TWC体系包括氧化铝载体，在其上沉积了铂族金属(PGM)材料和促进性氧化物二者。对于期望的催化转化来说关键的是促进性氧化物和PGM金属之间的结构-反应性相互影响，特别是涉及在加工条件下的氧的存储/释放。目前的TWC曝露于高的运行温度，这归因于使用了接近于发动机的闭路偶合催化剂。此外，TWC对于PGM和稀土金属的需求持续增加，这归因于它们在除去内燃机排气中的污染物中的效力，这同时导致了PGM金属的供给紧张，其抬高了它们的成本和催化剂应用的成本。因为PGM催化剂通常在接近于化学计量比的条件工作，因此期望的是增加它们在接近于化学计量比条件的贫含条件下的活性。在贫含条件下，NOX转化率可以通过协同的PGM来增加。这种协同效应改进了燃料消耗和提供了燃料经济性。由于前述原因，需要组合的催化剂体系，其可以表现出最佳的协同行为，产生增强的活性和性能，并且高到实际催化剂的理论限度。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种包括钯(Pd)的PGM催化剂，其可以协同的加入Cu1.0Mn2.0O4尖晶石来增加具体处于贫含条件下的PGM催化剂的TWC性能，和用于催化剂体系在TWC条件中的最佳性能。根据一种实施方案，一种催化剂体系可以包括基底，活化涂层(WC)，外涂层(OC)和浸渍层。该优化的催化剂体系可以使用具有氧化铝基载体的PGM催化剂，在多个催化剂构造中施用具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu1.0Mn2.0O4化学计量比的尖晶石来实现，其包括不同的活化涂层(WC)，外涂层(OC)或者浸渍(IM)层。在氧化铝基载体上的PGM催化剂和具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu1.0Mn2.0O4尖晶石二者可以使用本领域已知的合适的合成方法来制备。根据本专利技术的实施方案，协同的PGM(SPGM)催化剂体系可以配置有WC层(其包括具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn化学计量比的尖晶石)，OC层(其包括具有氧化铝基载体的PGM催化剂)和合适的陶瓷基底；或者WC层(其包括具有氧化铝基载体的PGM催化剂)，OC层(其包括具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn化学计量比的尖晶石)和合适的陶瓷基底；或者仅仅具有氧化铝基载体的WC层，OC层(其包括具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn化学计量比的尖晶石)，IM层(其包括本专利技术的PGM，Pd)和合适的陶瓷基底；或者仅仅WC层(其包括具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn化学计量比的尖晶石，其是用Pd/氧化铝共研磨的)和合适的陶瓷基底。所公开的SPGM催化剂体系的最佳的NO/CO交换R-值可以通过使用根据本专利技术的实施方案所制备的新和水热老化的催化剂样品，进行等温稳态扫描测试来测定。该稳态测试可以使用在多个空速从富含条件到贫含条件的11点R-值，在所选择的入口温度来开发。来自于等温稳态测试的结果可以比较来显示对于在TWC条件下，特别是在贫含条件下的最佳性能来说，所公开的SPGM催化剂体系的最佳的组成和构造，其用于降低使用所公开的SPGM催化剂体系的燃料消耗。根据一种实施方案，在稳态和振荡条件下，在所选择的NO/CO交换R-值(其可以产生NO，CO和HC转化中增强的催化性能)进行TWC标准起燃测试。从本专利技术可以发现虽然催化剂的催化活性和热和化学稳定性在实际使用过程中会受到因素例如催化剂的化学组成的影响，如PGM催化剂通常是接近于化学计量比的条件来工作的，但是令人期望的是在接近于化学计量比的条件的贫含条件下增加催化剂活性。在贫含条件下，NOX转化率可以通过协同PGM催化剂来增加。这种PGM催化剂上的协同效应可以改进燃料消耗和提供燃料经济性。所公开的SPGM催化剂体系的TWC性能可以提供指示，其用于催化剂应用，和更具体的用于在接近于化学计量比的条件的贫含条件下运行的催化剂体系，所公开的SPGM催化剂体系的化学组成可以是更运行有效的，并且从催化剂制造商的观点来说，基本的优点给出了所涉及的经济因素。本专利技术的许多其他方面，特征和益处可以从下面的具体实施方式和结合附图而显而易见。附图说明本专利技术可以参考下图来更好的理解。图中的部件不必需是按照尺寸绘制的，代替的，将重点放在说明本专利技术的原理上。在图中，附图标记表示了整个的不同图中相应的零件。图1显示了根据一种实施方案，被称作SPGM催化剂体系类型1的一种SPGM催化剂体系构造。图2显示了根据一种实施方案，被称作SPGM催化剂体系类型2的一种SPGM催化剂体系构造。图3显示了根据一种实施方案，被称作SPGM催化剂体系类型3的一种SPGM催化剂体系构造。图4显示了根据一种实施方案，被称作SPGM催化剂体系类型4的一种SPGM催化剂体系构造。图5显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入口温度是大约450℃和空速(SV)是大约40000h-1，SPGM催化剂体系类型1新样品的TWC性能。图6显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入口温度是大约450℃和空速(SV)是大约40000h-1，SPGM催化剂体系类型2新样品的TWC性能。图7显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入口温度是大约450℃和空速(SV)是大约40000h-1，SPGM催化剂体系类型3新样品的TWC性能。图8显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入口温度是大约450℃和SV是大约40000h-1，SPGM催化剂体系类型4新样品的TWC性能。图9显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入口温度是大约450℃和SV是大约40000h-1，SPGM催化剂体系类型1，类型2，类型3，类型4和PGM催化剂的新样品的NO转化率的性能比较。图10显示了根据一种实施方案，在等温稳态扫描条件，在入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种催化剂体系，其包含：至少一种基底；至少一种活化涂层，其包含至少一种储氧材料，进一步包含具有铌‑氧化锆载体氧化物的Cu‑Mn尖晶石；和至少一种外涂层，其包含至少一种铂族金属催化剂和Al2O3。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 14/090,8611.一种催化剂体系，其包含：至少一种基底；至少一种活化涂层，其包含至少一种储氧材料，进一步包含具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn尖晶石；和至少一种外涂层，其包含至少一种铂族金属催化剂和Al2O3。2.权利要求1的催化剂体系，其中该Cu-Mn尖晶石包含CuMn2O4。3.权利要求1的催化剂体系，其中该Cu-Mn尖晶石是化学计量比的。4.权利要求1的催化剂体系，其中该铌-氧化锆载体氧化物包含Nb2O5-ZrO2。5.权利要求1的催化剂体系，其进一步包含至少一种浸渍层。6.权利要求1的催化剂体系，其中该至少一种基底包含陶瓷。7.权利要求1的催化剂体系，其中NO的转化是在贫含排气条件下基本完成的。8.权利要求1的催化剂体系，其中CO的转化是在贫含排气条件下基本完成的。9.权利要求1的催化剂体系，其中NO的转化率在贫含排气条件下接近95％。10.权利要求1的催化剂体系，其中NO的转化率是在这样的催化剂体系上改进的，其包含至少一种铂族金属催化剂和基本上没有Cu-Mn尖晶石。11.权利要求1的催化剂体系，其中该NO交换R-值是大约0.950。12.权利要求1的催化剂体系，其中该CO交换R-值是大约0.96...
【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉·纳扎普尔，史蒂芬·J·戈尔登，
申请(专利权)人：克林迪塞尔技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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