含铂催化剂体系制造技术

本公开提供了一种在高温下操作三效催化剂体系的方法。该方法包括：使离开发动机的高温废气流通过热稳定三效催化剂体系，所述热稳定三效催化剂体系包含：金属氧化物载体；设置在该载体上的两种或更多种催化活性金属，以及设置在该载体的一个或多个暴露表面上的多孔金属氧化物涂层。所述催化活性金属中的至少一种可以是铂（Pt）。该方法进一步包括减少离开热稳定三效催化剂体系的流出流中氮氧化物（NO

【技术实现步骤摘要】
含铂催化剂体系

技术介绍

[0001]本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0002]本公开涉及抗高温失活的催化剂体系以及制备这种催化剂体系的改进方法。
[0003]金属纳米颗粒可以构成用于多种应用的催化剂的活性位点，例如用于生产燃料、化学品和药物的催化剂，以及用于汽车的排放控制的催化剂（例如三效催化剂（“TWC”）体系，用于带有内燃机（“ICE”）的车辆）。催化剂体系通常包含多孔催化剂载体材料，在其上设置有一种或多种催化活性组分（例如，铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh））以及一种或多种任选的促进剂。
[0004]在持续使用之后，特别是在高温下，包含负载的金属颗粒的这些催化剂体系可能由于烧结而失去催化活性（例如，在高温下发生的热诱导的催化剂失活）。通过各种机制，烧结可导致催化剂体系发生若干变化。例如，在高温下暴露时，载体上催化剂金属粒径会增加，导致可用于促进催化反应的活性金属表面积减少。这样的粒径增加可以通过“奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）”机制发生，其中从金属纳米颗粒发射的原子物种在载体表面上移动或扩散，或者与另一纳米颗粒发生气相聚结，导致纳米颗粒生长。失活也可能由于催化剂载体的结构变化而发生，其中催化剂载体的孔会塌陷并且可能包封或包裹分布在表面上的催化剂颗粒。
[0005]在发生烧结或失活过程之后，催化剂活性会降低。已经采用了各种技术来减少金属纳米颗粒催化剂的烧结。例如，金属已经与其他金属形成合金，金属纳米颗粒已经通过例如原子层沉积用无定形涂层包封，并且已经尝试将金属纳米颗粒牢固锚定在载体上。但是，这些技术仅导致有限的成功。因此，仍然需要抵抗热失活的改进的催化剂（和相关方法），特别是在三效催化剂的情况下，其在车辆运行期间往往暴露于高温（例如1000℃或更高）。

技术实现思路

[0006]本节提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
[0007]在各个方面，本公开提供了一种在高温下操作三效催化剂体系的方法。该方法可以包括使离开内燃机的高温废气流通过热稳定三效催化剂体系。高温废气流可以包含氮氧化物（NO
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）、一氧化碳（CO）和非甲烷烃（HCs），并且可以具有大于或等于约600℃的温度。所述热稳定三效催化剂体系可包含包含一种或多种金属氧化物的载体；设置在该载体上的两种或更多种催化活性金属；以及多孔金属氧化物涂层，其设置在所述载体的一个或多个暴露表面上并与所述两种或更多种催化活性金属相邻。所述两种或更多种催化活性金属中的至少一种可以是铂（Pt），并且铂（Pt）在载体上的负载密度可以大于或等于约0.05%（w/w）至小于或等于约50%（w/w）。该方法可以进一步包括减少离开热稳定三效催化剂体系的流出流中氮氧化物（NO
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）、一氧化碳（CO）和非甲烷烃（HCs）的量，以使流出流具有的氮氧化物（NO
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）和非甲烷烃（HCs）的总量小于或等于约30毫克/英里以及一氧化碳（CO）小于或等于约0.5克/英里。
[0008]在一个方面，所述高温废气流的温度可以大于或等于约1,000℃。
[0009]在一个方面，所述高温废气流的温度可以小于或等于约1,200℃。
[0010]在一个方面，所述热稳定三效催化剂体系可以是老化的热稳定三效催化剂体系。热稳定三效催化剂体系可在大于或等于约800℃至小于或等于约1200℃下老化大于或等于约48小时。
[0011]在一个方面，所述老化的热稳定三效催化剂体系可以具有约322℃的氮氧化物（NO
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）和非甲烷烃（HCs）起燃温度和约309℃的一氧化碳（CO）起燃温度。
[0012]在一个方面，所述一种或多种金属氧化物可以选自：氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、二氧化钛（TiO2）、二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、氧化钡（BaO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镧（La2O3）及其组合。
[0013]在一个方面，所述一种或多种金属氧化物是第一金属氧化物，并且多孔金属氧化物涂层可以包含选自以下的一种或多种第二金属氧化物：氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、二氧化钛（TiO2）、二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、氧化钡（BaO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镧（La2O3）及其组合。
[0014]在一个方面，所述多孔金属氧化物涂层可以进一步设置在所述两种或更多种催化活性金属的一个或多个暴露表面上，其中大于或等于约50%至小于或等于约95%的所述两种或更多种催化活性金属保持暴露状态。
[0015]在一个方面，所述两种或更多种催化活性金属中的其余催化活性金属可以选自：钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（Ir）、铼（Re）、铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、汞（Hg）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）、钙（Ca）、钡（Ba）及其组合。所述两种或更多种催化活性金属可以在载体上形成第一催化活性层。
[0016]在一个方面，所述第一催化活性层可以包括与离开内燃机的高温废气流的入口相邻的第一部分和在第一部分的下游的第二部分。第一部分可以包含第一负载密度的铂（Pt），并且第二部分可以包含第二负载密度的铂（Pt）。第二负载密度可以大于第一负载密度。
[0017]在一个方面，所述热稳定三效催化剂体系可以进一步包含第二催化活性层，其设置在第一催化活性层的一个或多个暴露表面上。第二催化活性层可以包含选自以下的至少一种催化活性金属：铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（Ir）、铼（Re）、铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、汞（Hg）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）、钙（Ca）、钡（Ba）及其组合。
[0018]在一个方面，所述载体可以是第一载体，并且第一载体的一种或多种金属氧化物可以是第一金属氧化物。可以将形成第二催化活性层的所述至少一种催化活性金属设置在包含一种或多种第二金属氧化物的第二载体上。第一和第二金属氧化物可以独立地选自：氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、二氧化钛（TiO2）、二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、氧化钡（BaO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镧（La2O3）及其组合。
[0019]在一个方面，所述第一和第二金属氧化物可以包含氧化铝（Al2O3）；所述两种或更多种催化活性金属中的其余催化活性金属包含钯（Pd）；并且所述至少一种催化活性金属包含铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）中的一种或多种。
[0020]在一个方面，所述多孔金属氧化物涂层可以是第一多孔金属氧化物涂层，并且第二多孔金属氧化物涂层可以设置在第二载体的一个或多个第一暴露表面和所述至少一种
催化活性金属的一个或多个第二暴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在高温下操作三效催化剂体系的方法，该方法包括：使离开内燃机的高温废气流通过热稳定三效催化剂体系，其中，所述高温废气流包含氮氧化物（NO
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）、一氧化碳（CO）和非甲烷烃（HCs），并且具有大于或等于约600℃的温度，并且其中，所述热稳定三效催化剂体系包含：包含一种或多种金属氧化物的载体；设置在该载体上的两种或更多种催化活性金属，其中所述两种或更多种催化活性金属中的至少一种是铂（Pt），并且铂（Pt）在载体上的负载密度为大于或等于约0.05%（w/w）至小于或等于约50%（w/w）；以及多孔金属氧化物涂层，其设置在所述载体的一个或多个暴露表面上并与所述两种或更多种催化活性金属相邻；以及减少离开热稳定三效催化剂体系的流出流中氮氧化物（NO
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）、一氧化碳（CO）和非甲烷烃（HCs）的量，以使流出流具有的氮氧化物（NO
x
）和非甲烷烃（HCs）的总量小于或等于约30毫克/英里以及一氧化碳（CO）小于或等于约0.5克/英里。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热稳定三效催化剂体系是老化的热稳定三效催化剂体系，其中所述热稳定三效催化剂体系在大于或等于约800℃至小于或等于约1200℃下老化大于或等于约48小时，并且所述老化的热稳定三效催化剂体系具有约322℃的氮氧化物（NO
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）和非甲烷烃（HCs）起燃温度和约309℃的一氧化碳（CO）起燃温度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一种或多种金属氧化物是第一金属氧化物，并且所述多孔金属氧化物涂层包含一种或多种第二金属氧化物，并且所述一种或多种第一金属氧化物和所述一种或多种第二金属氧化物选自：氧化铈（CeO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、二氧化钛（TiO2）、二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、氧化钡（BaO）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镧（La2O3）及其组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多孔金属氧化物涂层进一步设置在所述两种或更多种催化活性金属的一个或多个暴露表面上，其中大于或等于约50%至小于或等于约95%的所述两种或更多种催化活性金属保持暴露状态。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两种或更多种催...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐共新，W李，SH区，M杨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：