协同的PGM催化剂体系的储氧能力和热稳定性制造技术

公开了协同的PGM(SPGM)催化剂体系，其包括ZPGM材料组合物和配料。测试了催化剂体系的变体，来确定加入ZPGM材料到PGM催化剂中的协同效应。该协同效应是在等温振荡条件下测定的，由其增强的OSC性能显示了与具有OSM的，用于TWC应用的市售PGM催化剂相比，所公开的SPGM催化剂体系的增强的催化行为。所公开的SPGM催化剂体系没有稀土金属和特别是Ce，并且可以具有最佳的OSC性能和最佳的热稳定性，其随着温度而增加，甚至在低温时也表现出可接受的储氧水平。

【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.14/090861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.14/090861，标题为“SystemandMethodsforUsingSynergizedPGMasaThree-WayCatalyst”，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催化剂的储氧能力(OSC)性能和热稳定性。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。三效催化剂(TWC)，其包括作为活性位置的铂族金属(PGM)，具有大的比表面积的氧化铝基载体，和金属氧化物促进剂材料(其调控了储氧性能)，将其置于内燃机的废气管线中，来控制NOx，CO和HC的排放。催化剂体系中所包括的储氧材料(OSM)需要在氧化性气氛中存储过量的氧，并且在还原性气氛中释放它。通过储氧和释放，获得了防止在发动机运行过程中废气组成波动的安全保证，使得所述体系能够保持化学计量比气氛，在其中NOx，CO和HC可以有效的转化。最近对于催化剂高性能的环境关注已经增加了对于TWC在它寿命结束时的运行的关注。还改变了用于TWC应用的催化材料，并且该新材料在波动的废气条件下必须是热稳定的废气条件。获得关于监控催化剂的劣化/失活程度的技术的要求需要高度活化和热稳定的催化剂，在其中可以提供了较少的成分来降低制造成本，提供另外的经济选项，和保持高性能材料的最佳OSC性能，同时保持用过的化学组分的氧化还原功能的热稳定性和易实现性。由于前述原因，需要一种协同的PGM催化剂体系，其可以具有最佳的OSC性能，同时保持用过的化学组分的氧化还原功能的热稳定性和易实现性，并且其可以表现出最佳的协同行为，这产生了增强的活性和性能，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，其可以协同加入Cu-Mn化学计量比的尖晶石结构来优化TWC应用中的OSC性能和性能。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催化剂和具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn化学计量比的尖晶石，在多个催化剂构造中施用具有铌-氧化锆载体氧化物的Cu-Mn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Cu-Mn化学计量比的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，其是用包括Pd和氧化铝的浆体研磨的)和合适的陶瓷基底。本专利技术中全部的SPGM催化剂体系可以没有稀土金属。所公开的SPGM催化剂体系的OSC性能可以使用CO和O2脉冲在等温振荡条件下测试(称作OSC测试)，来测定O2和CO延迟时间。所公开的SPGM催化剂体系和市售PGM催化剂的性能可以在等温振荡条件下比较，在其中所公开的SPGM催化剂体系和PGM催化剂的新的和水热老化的样品可以进行等温OSC测试。样品可以使用大约10％蒸汽/空气，在大约700℃-大约1000℃的温度进行大约4小时来水热老化的。根据本专利技术的原理，SPGM催化剂体系的OSC性能可以在大约100℃-大约600℃范围的多个温度，在振荡条件下显示OSC性能的温度依赖性来提供的。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，但是所公开的SPGM催化剂体系的OSC性能可以提供用于催化剂应用，和更具体的用于催化剂体系的指示，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，SPGM催化剂体系类型1的新样品在575℃的OSC等温振荡测试。图6显示了根据一种实施方案，SPGM催化剂体系类型2的新样品在575℃的OSC等温振荡测试。图7显示了根据一种实施方案，SPGM催化剂体系类型3的新样品在不同温度的OSC性能。图8显示了根据一种实施方案，对于SPGM催化剂体系类型1，类型2，类型3，类型4和具有OSM的市售PGM催化剂的新和水热老化的样品，在575℃进行的OSC等温振荡测试的O2延迟时间结果的比较。具体实施方式本专利技术在此参考附图所示的实施方案来详细说明，其形成了此处的一部分。可以使用其他实施方案和/或可以进行其他变化，而不脱离本专利技术的主旨或范围。具体实施方式中所述的示例性实施方案不表示对本文档来自技高网...

【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；其中该至少一种储氧材料的储氧能力随着温度增加而增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 14/090,8871.一种催化剂体系，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；其中该至少一种储氧材料的储氧能力随着温度增加而增加。2.权利要求1的催化剂体系，其中该至少一种储氧材料是在大约900℃水热老化的。3.权利要求1的催化剂体系，其中该水热老化进行了大约4小时。4.权利要求1的催化剂体系，其中该至少一种储氧材料是在大约1000℃水热老化的。5.权利要求1的催化剂体系，其中该水热老化进行了大约4小时。6.权利要求1的催化剂体系，其中该Cu-Mn尖晶石包含CuMn2O4。7.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。8.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。9.权利要求1的催化剂体系，其进一步包含至少一种浸渍层。10.权利要求1的催化剂体系，其中该至少一种基底包含陶瓷。11.一种催化剂体系，其包含：至少一种基底；至少一种活化涂层，其包含至少一种铂族金属催化剂和Al2O...

【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