[发明专利]复合氧化物

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合氧化物，特别地，涉及一种可以适合用作助催化剂和氧化还原催化剂的复合氧化物，其中所述助催化剂用于净化来自以汽油或轻油运行的发动机的废气的废气净化催化剂，并且所述氧化还原催化剂用于燃料电池。

背景技术

来自交通工具等内燃机的废气含有烃、一氧化碳和氮氧化物，它们对人体和环境有害。使用所谓的三效催化剂作为用于净化交通工具废气的催化剂，该催化剂将一氧化碳和烃氧化成二氧化碳和水，并且将氮氧化物还原成氮和水。三效催化剂，例如由作为主催化剂的稀有金属Pt、Pd和Rh，和作为助催化剂的含有氧化铈的氧化物或者复合氧化物组成，它们都被铝、堇青石等催化剂载体所承载。助催化剂由于在氧化气氛下将包含在其中的Ce从3价变为4价来吸收氧，并且由于在还原气氛下将Ce从4价变为3价来释放氧，这就是所谓的氧吸收和释放能力。这种氧吸收和释放能力减小了由发动机加速和减速而造成的废气气氛中的骤然变化，从而使主催化剂以高效率来净化废气。作为助催化剂，含有Ce和Zr的复合氧化物被广泛使用。然而，当今使用的含有Ce和Zr的复合氧化物不具备充足的氧吸收和释放能力。特别是在400℃的较低温度下或者更低的温度下，这些复合氧化物的氧吸收和释放量很小，以致于当发动机温度低时，例如在发动机启动时，在废气气氛中没有显示出变化减小，这使得主催化剂的废气净化作用变小。

另一方面，聚合物电解质燃料电池(PEFC)不断发展，但是既被用于阳极又被用于阴极的铂催化剂价格昂贵，这妨碍了PEFC的实际应用和推广。在阴极中的氧的还原反应为1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O，尤其需要大量的铂催化剂。因此，可以替代要使用的铂催化剂或者减小其用量的催化剂材料被大力发展。

作为催化剂材料的复合氧化物，例如，公开专利1公开了具有氧吸收和释放能力的含有氧化铈、氧化锆和氧化铪的复合氧化物，该复合氧化物包括作为晶相的Φ′相，并且在400-700℃下具有至少100μmol/g的氧吸收和释放能力。

公开专利2公开了锆-铈复合氧化物，其含有的锆和铈的重量比范围以氧化物计为51-95∶49-5，在500-1000℃下钙化后，该复合氧化物具有不小于50m²/g的比表面积，并且甚至在1100℃下加热6小时后仍能够保持不小于20m²/g的比表面积。

公开专利3公开了复合氧化物作为助催化剂的用途，该复合氧化物由氧化镨和氧化锆组成，并且具有10m²/g或更大的比表面积。公开的复合氧化物甚至在200℃-350℃的低温下仍具有高的氧吸收和释放能力。

公开专利4公开了具有蜂窝载体和在其上形成的催化剂层的废气净化催化剂，该催化剂含有承载着稀有金属的Zr-Pr复合氧化物。公开的废气净化催化剂的特点是提供烃的低起燃温度。

公开专利5公开了由Ce、和Pr或Tb、和Zr组成的复合氧化物作为助催化剂的用途。公开的复合氧化物甚至在由贫燃料-空气混合物(燃料稀少)燃烧而产生的废气中仍显示出良好的氧化还原能力。

公开专利1：JP-8-109020-A

公开专利2：JP-10-194742-A

公开专利3：JP-2001-113168-A

公开专利4：JP-2006-68728-A

公开专利5：JP-2000-72447-A

然而，在公开专利1-5中公开的复合氧化物不具备充足的氧吸收和释放能力。特别是在400℃的低温下甚至更低的温度下氧的吸收和释放的量仍很小。

发明简述

本发明的目的在于提供一种在宽的温度范围内具有大的氧吸收和释放的复合氧化物，特别是提供一种在不低于700℃的较高温度范围内和/或不高于400℃的较低温度范围内具有大的氧吸收和释放的复合氧化物，并且适合作为废气净化催化剂的助催化剂、用于燃料电池的氧化还原催化剂等等使用。

根据本发明提供的复合氧化物包含氧、由选自Ce和Pr中的至少一种元素组成的R、和Zr，

其中R的含量为不小于10at％且不大于90at％，而Zr的含量为不小于10at％且不大于90at％，除氧以外元素的总量为100at％；

其中所述复合氧化物不含有由氧化锆产生的四方晶相，并且

其中所述复合氧化物的电子衍射图像呈现为点状衍射斑。