[發明專利]具有老化抑制催化劑的催化轉化器

有效

• 申請號: 201710735248.6
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107781007B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 肖興成;G·齊;R·J·戴;楊銘
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: F01N3/28
• 分類號: F01N3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

一種催化轉化器包括催化劑。該催化劑包括載體、分散在載體上的鉑族金屬(PGM)顆粒和形成在載體上的金屬氧化物納米顆粒。金屬氧化物納米顆粒分散在第一組PGM顆粒和第二組PGM顆粒之間以抑制PGM顆粒的老化。

技術領域

本公開總體上涉及催化轉化器，并且更具體地涉及老化抑制催化劑。

背景技術

具有內燃機(ICE)的車輛包括用于處理來自發動機的排氣的排氣處理系統。處理系統的構造部分地取決于發動機是否是柴油機(其通常在貧燃燃燒下操作并且在所有操作條件下都含有高濃度的排氣)還是化學計量火花點火發動機(其在幾乎化學計量的空-燃(A/F)比下操作)。用于柴油機的處理系統包括能夠氧化一氧化碳(CO)和烴(HC)的柴油氧化催化劑(DOC)。用于化學計量火花點火發動機的處理系統包括三元催化劑(TWC)，其工作原理是通過CO和HC對NO_x進行非選擇性催化還原。

發明內容

一種催化轉化器包括催化劑。該催化劑包括載體、分散在載體上的鉑族金屬(PGM)顆粒和形成在載體上的金屬氧化物納米顆粒。金屬氧化物納米顆粒分散在第一組PGM顆粒和第二組PGM顆粒之間以抑制PGM顆粒的老化。

附圖說明

通過參考以下詳細描述和附圖，本公開的實施例的特征將變得顯而易見，其中相同的附圖標記對應于相似但可能不相同的部件。為了簡潔起見，具有前述功能的附圖標記或特征可能會或者可能不會結合它們在其中出現的其它附圖來進行描述。

圖1是描繪PGM顆粒生長或燒結的兩種機制的示意圖；

圖2A至圖2D示意性地描繪了用于制備本文公開的催化劑的實施例的方法的實施例；

圖3是本文公開的催化劑的實施例的半示意性頂視圖；

圖4A是催化轉化器的實施例的透視性局部剖視圖；

圖4B是圖4A的一部分的放大圖；

圖5A和圖5B是比較例催化劑(C1)和實施例催化劑(E)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；以及

圖6是描繪兩種比較例催化劑(C1和C2)和實施例催化劑(E)的一氧化碳(CO)轉化和C3H6(丙烯或者另一種丙烯)轉化的起燃溫度(單位為℃)的圖表，其中實施例催化劑(E)包括在PGM顆粒之間形成的金屬氧化物納米顆粒。

具體實施方式

DOC和TWC通常包括負載有鉑族金屬(PGM)作為活性催化/催化劑材料的載體。隨著來自車輛發動機的排氣溫度的升高(例如，達到150℃至約1000℃范圍內的溫度)，負載在載體上的PGM可能經歷顆粒生長(即燒結)。圖1描繪了在車輛操作期間PGM顆粒生長的兩種機制。這些機制涉及原子和/或微晶PGM遷移。第一種機制包括經由蒸氣相進行的PGM遷移，表示為12，而第二種機制包括經由表面擴散進行的PGM遷移，表示為14。在第一機制中，從負載在載體18上的PGM顆粒16發出的可移動物質(未示出)能夠穿過蒸氣相12并與蒸氣相12中的其它金屬顆粒20團聚，以形成較大的PGM顆粒16'。在第二機制中，從PGM顆粒16發出的移動物質(未示出)可以沿著載體18的表面18a擴散，并與表面18a上的其它金屬顆粒22團聚以形成較大的PGM顆粒16'。第二種機制可能涉及奧斯特瓦爾德熟化，其中移動物質的遷移是由載體表面18a上的自由能和局部原子濃度的差異所驅使。

PGM顆粒16'的尺寸的增加導致PGM的不良利用和催化劑材料的不期望的老化。更具體地說，增加的粒度減少了PGM分散，其是催化劑中表面PGM原子數與催化劑中PGM原子總數之比。還原的PGM分散體與活性金屬表面積的減小直接相關(作為顆粒生長的結果)，因此表明活性催化劑反應位點的損失，這等于催化劑活性的降低。活性催化劑反應位點的損失導致PGM利用效率差，并且表明催化劑不合需要地老化或失活。