[发明专利]具有改善热稳定性的用于汽油废气应用的TWC催化剂

说明书

本发明公开了三元催化剂制品以及其在用于内燃式引擎的排气系统中的用途。用于处理废气的催化剂制品包含：基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含第一铂族金属(PGM)组分、储氧组分(OSC)材料、稀土金属氧化物和无机氧化物；并且其中所述稀土金属氧化物具有大于100nm的平均直径(d50)。

技术领域

本发明涉及可用于处理来自汽油引擎的废气排放物的催化制品。

背景技术

内燃式引擎产生废气，该废气包含多种污染物，包括烃(HC)、一氧化碳(CO)、和氮氧化物(“NO_x”)。包含废气催化剂的排放控制系统被广泛用于减少排放到大气中的这些污染物的量。用于汽油引擎应用的常用催化剂是三元催化剂(TWC)。TWC执行三个主要功能：(1)一氧化碳(CO)的氧化；(2)未燃烧烃的氧化；以及(3)NO_x至N₂的还原。

TWC催化剂需要仔细的引擎管理技术，以确保引擎在或接近于化学计量条件(或空气/燃料比，λ＝1)操作。然而，出于技术原因，引擎必须在操作循环期间在各个阶段时在λ＝1的任一侧上操作。当引擎富油运行时，例如在加速期间，总废气组合物实际上减少，并且更难以在催化剂表面上进行氧化反应。因此，已开发了TWC以掺入组分，所述组分在操作循环的贫油阶段期间储存氧气，并且在操作循环的富油阶段释放氧气，因此延长了有效操作窗口。出于此类目的，基于氧化铈(例如，氧化铈-氧化锆混合氧化物)的材料在绝大多数当前商业TWC中用作储氧组分(OSC)。

众所周知，随着此类催化剂暴露于高温(例如800℃或更高)，催化剂的总体性能可能由于OSC材料和活性贵金属两者的烧结而下降。因此，已作出相当大的努力来增强OSC材料的热稳定性。一种策略是将其他稀土离子引入OSC材料中，通常通过使用可溶性稀土金属前体溶液作为掺杂物来完成。

尽管在TWC技术方面取得了进展，但仍需要用于某些引擎平台的改善的催化转化器，所述催化转化器产生高转化率并具有改善的热稳定性。本发明尤其解决了这些需求。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于处理废气的催化剂制品，所述催化剂制品包含：基底；和所述基底上的催化区域；其中所述催化区域包含第一铂族金属(PGM)组分、储氧组分(OSC)材料、稀土金属氧化物和无机氧化物；并且其中所述稀土金属氧化物具有大于100nm的平均直径(d₅₀)。

本发明还包括用于内燃式引擎的排气系统，所述排气系统包含本发明的三元催化剂组分。

本发明还包括处理来自内燃式引擎的废气，具体地讲处理来自汽油引擎的废气。该方法包括使废气与本发明的三元催化剂组分接触。

本公开的另一个方面涉及一种组合物，所述组合物包含氧化铈-氧化锆混合氧化物和稀土金属氧化物，其中与所述氧化铈-氧化锆混合氧化物相比，所述组合物的比表面积在于空气下1000℃下煅烧10小时后增加至少15％，并且其中所述稀土金属氧化物为La₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、Ρr₆Ο₁₁、或它们的混合物。

本公开的另一个方面涉及一种组合物，所述组合物包含氧化铈-氧化锆混合氧化物、稀土金属氧化物和铂族金属(PGM)组分，其中与所述氧化铈-氧化锆混合氧化物和所述PGM组分的混合物相比，所述组合物的比表面积在于空气下1000℃下煅烧10小时后增加至少35％，并且其中所述稀土金属氧化物为La₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、Ρr₆Ο₁₁、或它们的混合物。