[发明专利]一种具有储氧性能和耐高温的铈-锆-铋复合氧化物

说明书

技术领域

本发明属于环境污染控制和技术领域，涉及到一种用于汽车尾气三效催化剂的储氧材料的组成。 

技术背景

汽车尾气是造成大气污染的主要原因之一，随着全世界环境保护意识的不断增强，减少工业和机动车有害气体的排放已经成为当今社会最严峻的问题之一，而解决这一问题的有效办法是使用能同时转化CO、HC、NOx的三效催化剂。其中起储氧作用的活性组分主要是CeO₂。稀土元素铈的外层电子结构为4f¹5d¹6s²，具有3+和4+两种稳定价态，加上其标准还原电位比较低，容易实现Ce³⁺和Ce⁴⁺离子之间的相互转换，同时储存或释放氧。 

但是纯CeO₂的主要缺点是热稳定性不高和低温下不易被还原，并且氧化还原主要发生在表面，所以高比表面积是CeO₂具有高储氧能力的先决条件。纯CeO₂在高于850℃下易烧结，比表面积急剧降低，从而使储氧能力大大降低。为此，常在氧化铈中掺入Zr⁴⁺、La³⁺、Y³⁺、Pr³⁺等离子来提高CeO₂的高温稳定性，同时提高催化剂的抗烧结能力。其中Ce_1-xZr_xO₂(x＜0.5)固溶体体系的效果最佳。主要是由于CeO₂-ZrO₂中体相氧参与了反应，有利于体相氧的迁移和扩散，即使在表面积较低的情况下，也易于被还原。 

为了进一步提高铈锆固溶体热稳定性和储氧性能，很多研究人员向铈锆固溶体中引入第三元素，以增强晶格氧的活动性，从而提高储氧性能。 

中国专利CN1785505A中将Ce的硝酸盐与Zr的氯化盐溶于去离子水，再与尿素溶液混合，室温下反应10～60min，100℃下回流状态20～50h，冷却至室温，静置陈化2～12h；抽滤，洗涤，干燥和焙烧550℃后，在430℃测定的储氧量是680μmol/g.cat。 

中国专利CN1369460A中公开了一种铈基储氧材料的制备方法，即将铈的硝酸盐、锆的硝酸盐和Pr₆O₁₁溶于去离子水，滴加到NH₄HCO₃溶液中，再滴加氨水溶液，60℃静态空气中干燥，550℃焙烧2h后，在427℃测定的储氧量是370μmol/g.cat。 

中国专利101549256A公开了一种用溶胶凝胶法制备的铈锆铁复合氧化物粉体。其中选用柠檬酸作胶凝剂，无水乙醇作助剂，浓硝酸作发泡剂。由于Fe₂O₃ 的加入，极大的提高了铈锆复合氧化物的低温储氧能力。当Fe的摩尔百分数为0.2时，分别经600℃和900℃焙烧后，在400℃测得的储氧能力分别为1002μmol/g.cat和848μmol/g.cat。由于过渡金属添加到三效催化剂中，在高温环境下形成络合物，降低贵金属的催化活性，故我们一般不选择在铈锆复合氧化物中添加过渡金属元素。 

目前掺杂的第三元素主要集中在稀土、碱土金属和过渡金属，掺杂铋作为第三元素用在储氧材料中还很少见，由于Bi₂O₃本身有较高的导电性；Bi₂O₃很容易被还原，并且释放出氧；Bi³⁺比Ce⁴⁺和Zr⁴⁺的化合价低，这可促使氧空位的形成，来保持电荷平衡。因此选择铋作为储氧材料的掺杂元素，对提高铈锆固溶体的储氧性能的稳定性有很大意义。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于汽车尾气净化催化剂的高性能储氧材料，可用于汽车尾气催化剂的涂层中，以解决汽车尾气净化催化剂在高温(约900℃甚至1000℃)条件下储氧能力急剧降低的问题。