包含胶体铂族金属纳米粒子的催化剂组合物制造技术

本发明专利技术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。

Catalyst composition containing colloidal platinum group metal nanoparticles

The invention relates to a catalyst composition for effective ternary conversion, which comprises platinum group metal nanoparticles (such as Pt, PD, Au, Ru, Rh, nanoparticles of its alloy and its mixture), said nanoparticles having an average particle size of 15 to 50 nm, wherein said nanoparticles are dispersed on the refractory metal oxide component. In some such catalyst compositions, significant portions, such as at least 90% of nanoparticles, have a particle size within this range. A method for preparing and using such a catalyst composition and a catalyst product and an emission treatment system including such a catalyst composition are also provided herein.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含胶体铂族金属纳米粒子的催化剂组合物专利
本专利技术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NOx排放物的方法。专利技术背景铂族金属(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、NOx和CO转化率的TWC催化剂组合物。专利技术概述在一个方面中，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)。在一些实施方案中，所述多数PGM纳米粒子包含多数Pt纳米粒子、Pd纳米粒子、Rh纳米粒子或其组合。在一些实施方案中，所述耐火金属氧化物组分选自活性氧化铝、氧化镧-氧化铝、氧化镧-氧化锆、氧化钡-氧化铝、氧化铈-氧化铝、氧化铈-氧化镧-氧化铝、氧化锆-氧化铝、氧化铈-氧化锆、氧化铈-氧化锆-氧化铝及其组合。某些示例性实施方案包括但不限于其中PGM纳米粒子包含钯纳米粒子且耐火金属氧化物组分包含氧化铝的催化剂组合物和其中PGM纳米粒子包含钯纳米粒子且耐火金属氧化物组分包含氧化铈-氧化锆的催化剂组合物，PGM纳米粒子的尺寸可变并在一些实施方案中，PGM纳米粒子具有15至40纳米的平均粒度。在一些实施方案中，PGM纳米粒子具有20至50纳米或20至40纳米的平均粒度。在一些实施方案中，至少95％的纳米粒子具有在给定粒度范围内(分别例如15至50纳米、15至40纳米、20至50纳米或20至40纳米)的粒度。在一些实施方案中，至少95％的PGM纳米粒子具有在平均粒度的50％内的粒度。本公开在一些方面中进一步提供一种催化剂制品，其包含具有多个适合气体流动的通道的催化剂基底，各通道上具有涂层，所述涂层包含如本文中公开的三元转化催化剂组合物。所述基底可变，并在一些实施方案中是金属或陶瓷蜂窝基底。所述基底在一些实施方案中是壁流式过滤器或流通型基底。在某些实施方案中，所述三元转化催化剂组合物以至少约0.5g/in3或1.0g/in3的载量存在于基底上。所述涂层在一些实施方案中可包含单个含所述三元转化催化剂组合物的层。在另一些实施方案中，所述涂层包含两个或更多个层并且其中所述涂层的顶层或底层包含所述三元转化催化剂组合物。所述三元转化催化剂组合物在一些实施方案中在催化剂基底的一端或两端上分区以使所述三元转化催化剂组合物延伸小于催化剂基底的全长。所述催化剂制品在某些实施方案中进一步包含第二催化剂组合物，其包含通过传统浸渍法浸渍在第二耐火金属氧化物组分上的一种或多种铂族金属。在一些实施方案中，所述三元转化催化剂组合物和第二催化剂组合物在混合物中。在一些实施方案中，所述三元转化催化剂和第二催化剂组合物分层。在另一方面中，本公开提供一种排气处理系统，其包含在汽车发动机下游的本文中公开的催化剂制品。在再一方面中，本公开提供一种制造三元转化催化剂组合物的方法，其包括：a)在分散介质和水溶性聚合物悬浮稳定剂存在下制备选自Pt、Pd、Au、Rh及其合金的盐的铂族金属(PGM)前体的溶液，其中所述PGM前体基本不含卤化物、碱金属、碱土金属和硫化合物；b)将所述溶液与还原剂合并以提供PGM纳米粒子；c)将所述PGM纳米粒子分散在耐火金属氧化物载体上以提供负载型PGM纳米粒子；和煅烧所述负载型PGM纳米粒子。本公开另外提供一种制造三元转化催化剂组合物的方法，其包括：a)在分散介质和水溶性聚合物悬浮稳定剂存在下制备选自Pt、Pd、Au、Rh及其合金的盐的铂族金属(PGM)前体的溶液，其中所述PGM前体基本不含卤化物、碱金属、碱土金属和硫化合物；b)将所述溶液与耐火金属氧化物载体和还原剂合并以提供包含分散在耐火金属氧化物载体上的PGM纳米粒子的负载型PGM纳米粒子；和c)煅烧所述负载型PGM纳米粒子。在一些实施方案中，所述PGM前体是Pt、Pd或其合金的盐。示例性的铂族金属前体包括但不限于选自烷醇胺盐、羟基盐、硝酸盐、羧酸盐、铵盐和氧化物的前体。固体载体材料在某些实施方案中选自活性氧化铝、氧化镧-氧化铝、氧化镧-氧化锆、氧化钡-氧化铝、氧化铈-氧化铝、氧化铈-氧化镧-氧化铝、氧化锆-氧化铝、氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元转化催化剂组合物，其包含：/n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，/n其中纳米粒子具有15至50纳米的平均粒度，/n其中将纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上，和/n其中催化剂组合物为煅烧形式并有效用于进行三元转化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170127 US 62/451,1301.一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，
其中纳米粒子具有15至50纳米的平均粒度，
其中将纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上，和
其中催化剂组合物为煅烧形式并有效用于进行三元转化。


2.一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15至50纳米的粒度，
其中将纳米粒子分散在耐火金属氧化物组分上，和
其中催化剂组合物为煅烧形式并有效用于进行三元转化。


3.根据权利要求1或2的三元转化催化剂组合物，其中多数PGM纳米粒子包含多数Pt纳米粒子、Pd纳米粒子、Rh纳米粒子或其组合。


4.根据权利要求1-3中任一项的三元转化催化剂组合物，其中耐火金属氧化物组分选自活性氧化铝、氧化镧-氧化铝、氧化镧-氧化锆、氧化钡-氧化铝、氧化铈-氧化铝、氧化铈-氧化镧-氧化铝、氧化锆-氧化铝、氧化铈-氧化锆、氧化铈-氧化锆-氧化铝及其组合。


5.根据权利要求1或2的三元转化催化剂组合物，其中PGM纳米粒子包含钯纳米粒子且耐火金属氧化物组分包含氧化铝。


6.根据权利要求1或2的三元转化催化剂组合物，其中PGM纳米粒子包含钯纳米粒子且耐火金属氧化物组分包含氧化铈-氧化锆。


7.根据权利要求1-6中任一项的三元转化催化剂组合物，其中PGM纳米粒子具有20至40纳米的平均粒度。


8.根据权利要求2-7中任一项的三元转化催化剂组合物，其中至少95％的纳米粒子具有15至50纳米的粒度。


9.根据权利要求1-8中任一项的三元转化催化剂组合物，其中至少95％的PGM纳米粒子具有在平均粒度的50％内的粒度。


10.一种催化剂制品，其包含具有多个适合气体流动的通道的催化剂基底，各通道上具有涂层，涂层包含权利要求1-9中任一项的三元转化催化剂组合物。


11.根据权利要求10的催化剂制品，其中催化剂基底是金属或陶瓷蜂窝基底。


12.根据权利要求10的催化剂制品，其中催化剂基底是壁流式过滤器或流通型基底。


13.根据权利要求10的催化剂制品，其中三元转化催化剂组合物以至少约0.5g/in3的载量存在于催化剂基底上。


14.根据权利要求10的催化剂制...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆添，M·迪巴，Y·谷，S·多伊尔莱因，E·梁，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US