包括含镍催化剂的排气处理系统技术方案

本公开提供了“包括含镍催化剂的排气处理系统”。提供了用于车辆的排放控制的方法。在一个示例中，一种催化器可包括铈基载体材料和装载在所述载体材料上的过渡金属催化剂，所述过渡金属催化剂包括镍和铜，其中所述过渡金属催化剂中的镍包括在装载在所述载体材料上的单原子层中。在一些示例中，将镍限制于所述单原子层可减轻归因于较厚镍涂层的烧结的广泛过渡金属催化剂劣化。此外，通过利用所述铈基载体材料，可防止涉及所述过渡金属催化剂中的镍与其他载体材料的副反应。

【技术实现步骤摘要】
包括含镍催化剂的排气处理系统
本说明书总体上涉及用于处理来自车辆发动机的排气排放物的系统和方法。
技术介绍
为了减少来自车辆发动机的某些排放物的释放，已经开发了排气处理系统的组分催化剂来与这类排气处理系统的其他组分催化剂结合而缓解发动机排气中的一种或多种化学物质。作为示例，可经由这类催化剂控制氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放物。例如，含镍(Ni)的过渡金属(TM)催化剂可用作含铂族金属(PGM)(例如，Pt、Pd、Rh)的三元催化剂(TWC)的低成本替代物，并且还已经发现其在高操作温度下主动地转化车辆排气污染物(例如，NOx、HC和CO排放物)。在一些示例中，已经表明此类TM催化剂表现出比基于PGM的TWC更大的氧存储和水煤气变换(WGS)功能性。在一种示例性方法中，如由Jen等人在美国专利号9,403,157中所示，公开了一种提供这种增强的氧存储和WGS功能的镍-铜涂覆的TWC。然而，本专利技术人已认识到上述方法的问题。例如，较厚的Ni涂层可能在典型的使用条件下烧结，从而导致催化剂活性显著降低。此外，尽管铜(Cu)可促进Ni的较低温度活性，但是Cu还促进不期望地由排气排放物中存在的氨(NH3)形成一氧化氮(NO，即NOx物质)，这可能减少或消除Cu对排放物控制的前述积极的促进效果。另外，当TM催化剂涂层设置在某些载体材料(例如，氧化铝)上时，不期望的副反应可能使Ni失活(例如，铝酸镍的形成)。
技术实现思路
因此，本专利技术人已经提供了至少部分解决以上问题的系统和方法。一个示例包括：包括载体材料的催化器，所述载体材料包括铈金属、二氧化铈和高铈铈锆氧化物中的一者或多者；以及装载在载体材料上的过渡金属催化剂，所述过渡金属催化剂包括镍和铜，其中所述过渡金属催化剂中的镍包括在装载在所述载体材料上的单原子层中。以这种方式，提供了一种含镍过渡金属催化剂，其提高氧存储容量和水煤气变换功能性，并且在宽温度范围内减轻氨和一氧化氮的产生。作为一个示例，通过使用铈基载体材料，可防止TM催化剂中包括的Ni与其他载体材料(例如，氧化铝)的不期望的反应，所述反应可能使Ni失活。作为另一个示例，通过在单原子层中包括Ni，可显著减少归因于较厚Ni涂层的烧结的TM催化剂劣化。另外，在一些示例中，TM催化剂中的Cu可被限制为Cu:Ni比为1:49，从而在提供较低温度TM催化剂活性的同时阻碍NOx的形成。应理解，提供以上
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了具有示例性排气处理系统的多缸发动机的示例性气缸的示意图。图2示出了车辆内的示例性排气处理系统的示意图。图3A示出了包括装载在载体材料上的镍的催化器的第一示例的示意图。图3B示出了包括装载在载体材料上的镍的催化器的第二示例的示意图。图3C示出了包括装载在载体材料上的镍的催化器的第三示例的示意图。图4示出了铈基载体材料上的镍的各种示例性装载量的示意图。图5A示出了三种示例性催化器在500℃下的各种催化功能的示例性图表。图5B示出了三种示例性催化器在600℃下的各种催化功能的示例性图表。图6示出了由各种金属氧化物与氨(NH3)的相应反应形成一氧化氮(NO)的吉布斯自由能的示例性图表。图7示出了包括各种相应的铜:镍比的示例性过渡金属催化剂涂层的NO转化和NO生成的示例性图表。图8A示出了各种排气处理系统根据排气温度变化的NH3转化的示例性图表。图8B示出了各种排气处理系统根据排气温度变化的NO转化的示例性图表。具体实施方式以下描述涉及用于用包括镍基催化剂的排气处理系统处理排气排放物的系统和方法。例如，发动机(诸如图1中所示的发动机系统)可包括排气处理系统，诸如图1和图2中所示的排气处理系统，其包括镍基催化剂。在图3A至图3C中描绘了镍基催化剂的各种实施例。此外，图4中描绘了镍基催化剂的各种可能的镍装载量。图5A和图5B中分别描绘了图3A至图3C的镍基催化剂在500℃和600℃的排气温度下的各种催化功能。图6中描绘了由各种金属氧化物与氨(NH3)的相应反应引起的一氧化氮(NO)形成的示例性吉布斯自由能。图7中描绘了改变镍基催化剂的铜:镍比对NO转化和NO生成的影响。图8A和图8B分别描绘了各种排气处理系统相对于排气温度的NH3转化和NO转化。图1至图3C示出了具有各种部件的相对定位的示例性配置。如果被示为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，此类元件可分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻接或相邻的元件可以分别是彼此邻接或相邻的。作为一个示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此间隔开地定位使得在其间仅具有一定空间而没有其他部件的元件可以被称作如此。作为又一个示例，被示出为在彼此上方/下方、在彼此相对侧或在彼此左侧/右侧的元件相对于彼此可以被称作如此。另外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖直轴线而言，并且用于描述图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件上方。作为另一个示例，图内所描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如像圆形的、直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等)。另外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，被示出为在另一个元件内或被示出为在另一个元件外部的元件可以被称作如此。应当明白，被称为“基本上类似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差而彼此不同(例如，在1％至5％的偏差内)。此外，如本文所使用的，“约”可指具有高达10％的公差或偏差的数值。现在参考图1，描绘了包括在车辆5的发动机系统7中的内燃发动机10的气缸的示例。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和来自车辆操作员130经由输入装置132的输入来控制。在该示例中，输入装置132包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的气缸14(在本文中可称为燃烧室)可包括活塞138定位在其中的燃烧室壁136。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转化为曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器系统联接到乘用车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140以实现发动机10的起动操作。气缸14可经由一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146还可与发动机10的除了气缸1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车辆的系统，其包括：/n第一排放处理装置，其包括装载在铈基载体材料上的过渡金属催化剂涂层，所述过渡金属催化剂涂层包括镍和铜，其中所述过渡金属催化剂涂层中的镍仅包括在装载在所述铈基载体材料上的单原子层中；以及/n第二排放处理装置，其包括第一三元催化器。/n

【技术特征摘要】
20190715 US 16/512,3051.一种用于车辆的系统，其包括：
第一排放处理装置，其包括装载在铈基载体材料上的过渡金属催化剂涂层，所述过渡金属催化剂涂层包括镍和铜，其中所述过渡金属催化剂涂层中的镍仅包括在装载在所述铈基载体材料上的单原子层中；以及
第二排放处理装置，其包括第一三元催化器。


2.如权利要求1所述的系统，其中所述铈基载体材料包括铈金属、二氧化铈和高铈铈锆氧化物中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的系统，其中所述铈基载体材料上的所述过渡金属催化剂涂层中的镍的装载量大于0.001g/m2且小于0.002g/m2。


4.如权利要求1所述的系统，其中镍在所述第一排放处理装置中以约12重量％的量存在。


5.如权利要求1所述的系统，其中在所述第一排放处理装置中铜与镍的重量比为约1:49。


6.如权利要求2所述的系统，其中所述高铈铈锆氧化物是Ce0.75Zr0.25O2。


7.如权利要求1所述的系统，其中氧化铝在所述第一排放处理装置中以小于0.20的氧化铝与镍的摩尔比存在。


8.如权利要求1所述的系统，其中在所述第一排放处理装置中不存在氧化铝。


9.如权利要求1所述的系统，其中所述第二排放处理装置在所述车辆的排气通道中设置在所述第一排放处理装置的上游。


10.如权利要求9所述的系统，其还包括第三排放处理装置，所述第三排放处理装置包括第二三元催化器，其中所述第三排放处...

【专利技术属性】
技术研发人员：蕾切尔·珍·哈林顿，伊娃·塔纳西乌，洪文·珍，乔瓦尼·卡瓦塔奥，杰弗里·斯科特·赫本，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US