CN100548475C - 催化剂载体和使用该载体的催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明的催化剂载体是包含基体和覆盖该基体至少一部分表面的被覆部分的催化剂载体，所述基体包含氧化物和元素周期表3A族的元素；其中被覆部分包含元素周期表3A族的元素；且其中被覆部分中所含3A族元素的浓度高于基体中所含3A族元素的浓度。在这种情况下，用该催化剂载体负载铑的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也可以抑制铑粒子的颗粒生长，并可以充分防止催化剂活性降低。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂载体和使用该载体的催化剂，更具体地，涉及催化剂载体和用该催化剂载体负载作为催化反应的活性部位的铑的催化剂。
背景技术
已经开发出多种催化剂，用于除去对人类有害的物质和减轻环境负担。特别地，已经开发出下述催化剂——其有效除去例如汽车等的内燃机排放的废气中所含的烃类(下文称作“HC”)、一氧化碳(下文称作“CO”)和氮的氧化物(下文称作“NOX”)之类的有害物质或将其解毒，由此净化废气。有关这种废气净化催化剂提出的催化剂包括以化学计量空气燃料比同时净化HC、CO和NOX从而将它们解毒的三元催化剂，和在氧化气氛中将NOX吸留在催化剂上然后在富气氛中将NOX还原成N2的NOX吸留和还原催化剂。由于这些催化剂的使用温度条件包括大约600至1100℃的高温，需要开发出即使暴露在这种高温下其催化活性也不会明显降低的催化剂。
应这种需求提出了即使在高温环境中长时间使用也能抑制催化剂载体烧结、并改进催化剂载体负载的活性金属物类的化学稳定性的废气净化催化剂。例如，日本专利申请公开No.HEI 9-141098公开了具有下述构造的整体催化剂，作为具有比传统催化剂更好的高温耐久性且即使在高温下长时间使用之后也能表现出优异的低温活性和净化性能的废气净化催化剂。
也就是说，该整体催化剂包括例如堇青石整料的载体，和涂布并烧制在载体表面上的、负载铑的催化剂组分负载层，而催化剂组分负载层包含通式[X]aZrbOc表示的氧化锆(其中X是选自由镁、钙，锶、钕、钇和镧组成的组的至少一种元素，而a、b和c是它们相应的元素的各自原子比；当b＝1.0时，a＝0.01至0.6，且c是满足上述组分的原子价所必需的氧原子数)。
在这种整体催化剂中，附加的X元素完全以固体形式溶解在氧化锆的晶体结构中，由此负载铑粒子的催化剂组分负载层是具有特定组成的氧化锆。也就是说，在负载铑粒子的催化剂组分负载层中不存在单独由附加元素制成的氧化物，从而充分防止了由铑和单独由附加元素制成的氧化物形成无活性化合物，因而改进了高温下的结构稳定性，由此可以获得具有大比表面积的氧化锆。
发明内容
然而，本发明人发现，当上述日本专利申请公开No.HEI 9-141098中公开的催化剂在高温环境中长时间使用时，会发生铑粒子的粒子生长，由此不能充分防止催化剂活性降低。
本发明的目的是提供即使在高温环境中长时间使用也可以充分抑制作为催化反应活性部位负载的铑粒子的颗粒生长、并可以充分防止催化剂活性降低的催化剂载体；和使用该载体的催化剂。
本发明人为了解决上述问题而进行了辛勤的研究，并因此发现，当催化剂载体由基体和位于该基体表面上的被覆部分构成、而特定元素在被覆部分的存在浓度比在基体中高时，可以克服上述问题，由此完成了本发明。
也就是说，本发明的催化剂载体是包含基体和覆盖该基体至少一部分表面的被覆部分的催化剂载体，该基体包含氧化物和元素周期表3A族的元素；其中被覆部分包含元素周期表3A族的元素；且其中被覆部分中所含的3A族元素的浓度高于基体中所含的3A族元素。
由催化剂载体和负载在催化剂载体上充当催化反应活性部位的铑粒子构成的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也可以充分抑制铑粒子的颗粒生长并充分防止催化剂活性降低。尽管原因不明，但似乎由于构成催化剂载体的被覆部分中所含的3A族元素与用于催化反应的铑粒子活性部位之间的相互作用、并由于基体中所含的3A族元素使催化剂载体本身具有改进的耐热性，所以可以保持催化剂的活性。
优选地，在催化剂载体中，构成催化剂载体的被覆部分中所含的3A族元素是选自由Nd和La组成的组的至少一种。在这种情况下，由催化剂载体和负载在催化剂载体上的铑构成的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也能更充分地抑制铑粒子的颗粒生长，并可以更充分地防止催化剂活性降低。其原因似乎在于，这些元素在氧化物中表现出碱性，由此当作为催化反应活性部位的铑粒子负载在该催化剂载体上时，产生了Rh-O-M(其中M是表面浓化元素)所示的结合。
更优选地，在催化剂载体中，被覆部分中所含的3A族元素是Nd，而催化剂载体中的Nd元素含量以Nd2O3计为1至5质量％。在这种情况下，与以Nd2O3计的Nd含量超出上述范围的情况相比，更充分防止了铑的颗粒生长。
优选地，被覆部分中所含的3A族元素为La，而催化剂载体中的La元素含量按La2O3计为2至6.5质量％。在这种情况下，与按La2O3计的La含量超出上述范围的情况相比，更充分防止了铑的颗粒生长。
优选地，催化剂载体中的基体所含的氧化物是氧化锆。这可以进一步改进催化剂的耐热性，因为从耐热性的角度看，氧化锆优于硅的氧化物和钛的氧化物。
本发明的催化剂包含上述催化剂载体和负载在该催化剂载体上的铑粒子，而至少一部分充当催化反应活性部位的铑粒子与构成催化剂载体的被覆部分接触而负载。
本发明的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也可以充分抑制铑粒子的颗粒生长，并可以充分防止催化剂的活性降低。尽管原因不明，但似乎由于构成催化剂载体的被覆部分中所含的3A族元素与催化反应的铑粒子活性部位之间的相互作用、并由于基体中所含的3A族元素使催化剂载体本身具有改进的耐热性，所以可以保持催化剂的活性。
附图的简要说明
图1是概念性地显示本发明的催化剂载体的一个实施方案的截面图。
图2是概念性地显示本发明的催化剂的一个实施方案的截面图。
图3是显示实施例1至5的测量结果的图，其中表面浓化元素是Nd元素；且
图4是显示实施例1至6的测量结果的图，其中表面浓化元素是La元素。
本发明的最佳实施方式
下面详细解释本发明的催化剂载体和催化剂。首先，解释本发明的催化剂载体。图1是概念性地显示本发明的催化剂载体的一个实施方案的截面图。如图1中所示，本发明的催化剂载体1是包含基体2和覆盖基体2的至少一部分表面的被覆部分3的催化剂载体，基体2含有氧化物和元素周期表的3A族元素；其中被覆部分3含有元素周期表的3A族元素；且其中被覆部分3中所含3A族元素的浓度高于基体2中所含3A族元素的浓度。
由催化剂载体1和负载在催化剂载体1上充当催化反应活性部位的铑粒子构成的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也可以充分抑制铑粒子的颗粒生长并充分防止催化剂活性降低。尽管原因不明，但似乎由于构成催化剂载体1的被覆部分3中所含的3A族元素与催化反应的铑粒子活性部位之间的相互作用、并由于基体2中所含的3A族元素使催化剂载体1本身具有改进的耐热性，所以可以保持催化剂的活性。
上述基体2含有氧化物(下文被称作“基体氧化物”)和3A族元素(下文被称作“基体附加元素”)。优选地，为了提高热稳定性，基体2由晶体粒子构成。在这种情况下，基体2可以是由单个晶体粒子构成的初级粒子或由凝聚在一起的多个晶体粒子构成的次级粒子(聚集体)。
基体氧化物的例子包括锆的氧化物、镧的氧化物、铝的氧化物、硅的氧化物、钛的氧化物、镁的氧化物和钕的氧化物。优选地，基体氧化物至少含有氧化锆作为上述氧化物。这可以进一步改进催化剂的耐热性，因为从耐热性的角度看，氧化锆优于硅的氧化物和钛的氧化物。
基体氧化物可以由一种氧化物或多种氧化物构成。当基体氧化物是由多种氧化物构成时，从抑制高温环境中基体氧化物的颗粒生长的角度看，如果每种氧化物至少部分以固体形式溶解，则是优选的。
当基体氧化物是由两种氧化物构成时，如果两种氧化物分别是氧化锆和氧化镧，则是优选的。其有利之处在于，镧以固体形式溶入氧化锆，因此可以使晶体相稳定并可以抑制颗粒生长。
在这种情况下，基体氧化物中的氧化镧含量优选为1至6摩尔％。
对基体附加元素没有特别限制，只要其是3A族元素即可。然而，从实际可用性的角度考虑，基体附加元素优选为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥(它们是稀土元素)，和其中两种或三种的组合。其中，更优选使用钇、镧、钕、镨或其中两种或多种的组合作为基体附加元素。
基体附加元素可以以任何形式包含在基体中，只要其分散在基体2中即可，但优选以固体形式溶解在基体氧化物中。与基体2是由基体氧化物和含有基体附加元素的氧化物构成的情况相比，即与基体附加元素不是以固体形式溶解在基体氧化物中的情况相比，这可以进一步改进基体2的耐热性。
优选地，基体2含有以氧化物计1至6摩尔％的基体附加元素。当基体附加元素含量小于1摩尔％时，使晶体相稳定并抑制颗粒生长的效果与基体附加元素含量为1摩尔％或更高时的情况相比往往变得不足。当基体附加元素含量超过6摩尔％时，氧化物的比表面积与含量为6摩尔％或更低时的情况相比往往变得较小。
被覆部分3与基体2一起构成催化剂载体1，并含有3A族元素。在催化剂载体1中，3A族元素(下文将被称作“表面浓化元素”)的浓度高于基体2中所含的3A族元素(基体附加元素)的浓度。
在此，基体附加元素和表面浓化元素不必总是相同。例如，基体附加元素和表面浓化元素可以分别是Nd和La，反之亦然。
表面浓化元素通常以氧化态存在于被覆部分3中。被覆部分3不仅可以包含一种还可以包含两种或多种表面浓化元素。当存在多种表面浓化元素时，这些元素不必总是以固体形式溶解并形成混合氧化物。
如果被覆部分3中表面浓化元素的含量与基体中基体附加元素的含量相比相对提高，就是足够的，而被覆部分3和基体2不总是形成清晰界限。尽管形成被覆部分3从而以一定深度覆盖基体2的表面，但被覆部分3不必总是覆盖基体2的整个表面，用其覆盖至少一部分基体表面就足够了。
对表面浓化元素没有特别限制，只要其是3A族元素即可。然而，从实际可用性的角度考虑，表面浓化元素优选为钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥(它们是稀土元素)，和其中两种或三种的组合。其中，选自由Nd和La组成的组的至少一种物类是更优选的。在这种情况下，由催化剂载体1和负载在催化剂载体1上的铑构成的催化剂即使在高温环境中长时间使用，也可以更充分地抑制铑粒子的颗粒生长，并可以更充分地防止催化剂活性降低。其原因似乎在于，这些元素在氧化物中表现出碱性，由此当用该催化剂载体1负载作为用于催化反应活性部位的铑粒子时，产生了Rh-O-M(其中M是表面浓化元素)所示的结合，由此限制铑氧化物粒子在催化剂载体表面上的迁移。
当表面浓化元素适当地以一定范围存在于催化剂载体表面上时，Rh-O-M(其中M是表面浓化元素)所示的结合在还原气氛中更充分裂解，从而使作为催化反应活性物类的铑金属充分再生，由此表现出充足的催化活性。
具体而言，当表面浓化元素仅由Nd构成时，催化剂载体中的Nd含量以Nd2O3计优选为1至5质量％，更优选1至3质量％。当Nd2O3的添加量，即催化剂载体1中Nd元素的含量，小于1质量％时，在包括高温氧化气氛在内的环境中长时间使用的过程中较不大可能充分形成Rh-O-M结合，这样与该含量为1质量％或更高的情况相比，铑氧化物往往产生颗粒生长。当该含量超过5质量％时，由此形成的Rh-O-M结合往往变得较为牢固而难以在还原气氛中充分裂解，由此与该含量为5质量％或更低的情况相比作为活性物类的铑金属较不大可能再生。当表面浓化元素仅由La构成时，催化剂载体1中La元素的含量以La2O3计优选为2至6.5质量％，更优选3至5.5质量％。当La2O3的添加量，即催化剂载体1中La元素的含量，小于2质量％时，在包括高温氧化气氛在内的环境中长时间使用的过程中较不大可能充分形成Rh-O-M结合，这样与该含量为2质量％或更高的情况相比，铑氧化物往往产生颗粒生长。当该含量超过6.5质量％时，由此形成的Rh-O-M结合往往变得较为牢固而难以在还原气氛中充分裂解，由此与该含量为6.5质量％或更低的情况相比作为活性物类的铑金属较不大可能再生。
例如，通过用EDX(能量分散x-射线检测器)、SIM(次级离子质谱仪)等分析该组成，并比较催化剂载体1的表面层部分中表面浓化元素与中心部分中基体附加元素的各自含量比率，可以证实下述事实——即被覆部分3中表面浓化元素的存在浓度高于基体2中基体附加元素的浓度。
现在将解释本发明的催化剂。
图2是概念性地显示本发明的催化剂的一个实施方案的截面图。如图2中所示，本发明的催化剂5包含如上所述的催化剂载体1和负载在催化剂载体1上的铑粒子4，而充当催化反应活性部位的铑粒子4的至少一部分与构成催化剂载体1的被覆部分3接触而负载。
本发明的催化剂5即使在高温环境中长时间使用，也可以充分抑制铑粒子4的颗粒生长，并可以充分防止催化剂5的活性降低。
尽管未充分理解，但其原因似乎在于，即使催化剂5在高温氧化气氛中长时间使用，表面浓化元素和充当催化反应活性部位的铑粒子也能通过上述Rh-O-M(其中M是表面浓化元素)所示的结合相互作用，从而限制了铑氧化物粒子在催化剂载体表面上的迁移，由此充分防止因铑氧化物粒子的碰撞和聚结而发生颗粒生长。
另一原因似乎在于，基体附加元素提高了基体2的比表面积，并增强高温环境中基体2的结构稳定性，这样，即使催化剂5在高温环境中长时间使用，也可以防止比表面积由于催化剂载体1的烧结而降低，这充分防止了负载在催化剂载体1上的铑粒子4之间的距离减小，由此充分防止因铑氧化物粒子的碰撞和聚结而发生颗粒生长。
为了表现出足够高的催化活性，相对于100质量份的催化剂载体1，负载在催化剂载体1上的铑的量优选为0.01至3质量份，更优选0.05至2质量份，特别优选0.1至1质量份。当该量小于0.01质量份时，与铑的量为0.01质量份或更高的情况相比，较不可能表现出足够的活性，而当该量超过3质量份时，活性往往达到饱和。
催化剂载体1负载的铑粒子4的分散性可以通过传统已知的CO或H2脉冲测试等测量。铑粒子4的分散性成为评测催化剂载体1上铑粒子4的颗粒生长程度的指数。当分散性较高时，就更充分抑制了铑的颗粒生长，而当分散性较低时，较不充分地抑制铑的颗粒生长。
对催化剂5的使用模式没有特别限制。例如，可以在基材(例如蜂窝形式的整料基材、丸粒基材、或泡沫基材)表面上形成由本发明的催化剂5制成的层，且由此获得的产品可以置于内燃机等的废气流通道中而使用。
现在将解释本发明的制造催化剂5的方法。
首先，在基体2的表面上形成被覆部分3，以形成催化剂载体1。在此，基体2可以通过共沉淀、沉降、浸入、机械化学法、溶胶-凝胶法、水热法等获得。在该步骤中，使表面浓化元素附着到通过例如共沉淀的基体制造方法获得的基体2上，并将所得产品烧制，由此获得粒状催化剂载体1。表面浓化元素可以通过用含有该表面浓化元素的硝酸盐水溶液浸渍基体粉末的方法等附着到基体表面上。
当在形成催化剂载体1(通过在上述步骤中形成具有被覆部分3的基体表面)的方法中获得了通过使表面浓化元素附着到基体表面上而获得的催化剂载体1的前体时，催化剂载体1的前体的烧制温度优选为500至900℃，而烧制优选在例如空气的氧化气氛中进行0.5至10小时。
然后，使催化剂载体1负载作为具有催化活性(例如氧化活性或还原活性)的活性金属粒子的铑粒子4，由此获得上述催化剂5。可以使用传统已知的方法(例如浸入)使催化剂载体1负载铑。
实施例
下面将参照实施例和对比例更详细解释本发明。然而，本发明不限于下列实施例。
实施例1
用硝酸钕水溶液浸渍由ZrO2和La2O3构成的、含有3摩尔％La2O3的氧化物，使得相对于10克氧化物，添加了钕的氧化物中以氧化物(Nd2O3)计的钕含量为2质量％，并蒸发溶剂，从而将钕添加到氧化物表面上，由此产生粉末。将由此获得的粉末在700℃的热处理温度进行热处理。由此，获得在基体表面上具有被覆部分的催化剂载体。在此，对这种催化剂载体进行EDX分析，以确定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中钕元素的浓度高于与表面有距离的位置。然后，使用硝酸铑水溶液使由此获得的催化剂载体负载铑，以使铑的负载量变成0.67质量％，然后在500℃在空气中烧制，由此获得用催化剂载体负载铑粒子的催化剂粉末。
实施例2
如实施例1中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸钕水溶液浸渍氧化物，使得添加了钕的氧化物中以氧化物(Nd2O3)计的钕含量为10质量％。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中钕元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例3
如实施例1中那样获得催化剂载体，不同的是热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中钕元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例4
如实施例1中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸钕水溶液浸渍氧化物，使得添加了钕的氧化物中以氧化物(Nd2O3)计的钕含量为5质量％，且热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中钕元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例5
如实施例1中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸钕水溶液浸渍氧化物，使得添加了钕的氧化物中以氧化物(Nd2O3)计的钕含量为10质量％，且热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中钕元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例6
用硝酸镧水溶液浸渍由ZrO2和La2O3构成的、含有3摩尔％La2O3的氧化物，使得相对于10克氧化物，添加了镧的氧化物中以氧化物(La2O3)计的镧含量为2质量％，并蒸发溶剂，从而将钕添加到氧化物表面上，由此产生粉末。将由此获得的粉末在500℃的热处理温度进行热处理。由此，获得在基体表面上具有被覆部分的催化剂载体。在此，如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例7
如实施例6中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸镧水溶液浸渍氧化物，使得添加了镧的氧化物中以氧化物计的镧含量为5质量％。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例8
如实施例6中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸镧水溶液浸渍氧化物，使得添加了镧的氧化物中以氧化物计的镧含量为10质量％，且热处理温度为700℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例9
如实施例6中那样获得催化剂载体，不同的是热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于与表面有距离的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例10
如实施例6中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸镧水溶液浸渍氧化物，使得添加了镧的氧化物中以氧化物计的镧含量为5质量％，且热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于与表有距离面的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
实施例11
如实施例6中那样获得催化剂载体，不同的是用硝酸镧水溶液浸渍氧化物，使得添加了镧的氧化物中以氧化物计的镧含量为10质量％，且热处理温度为900℃。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现催化剂载体表面中镧元素的浓度高于远离表面的位置。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
对比例1
如实施例1中那样获得催化剂载体，不同的是不用硝酸钕水溶液浸渍10克由ZrO2和La2O3构成的、含有3摩尔％La2O3的氧化物，且不对该氧化物进行热处理。如实施例1中那样测定从催化剂载体的表面起沿其深度方向的浓度分布。结果，发现镧元素基本均匀地存在于整个载体中。如实施例1中那样，使催化剂载体负载铑，由此获得催化剂粉末。
催化剂耐久性(耐热性)试验
将实施例1至11和对比例1获得的催化剂粉末压制，以产生各自的丸粒形催化剂。按照下列方式对每种丸粒形催化剂进行耐久性试验。即，如下进行耐久性试验：在1000℃热处理5小时，同时使含有2％CO、10％CO2、3％H2O和85％氮气的气体和含有1％O2、10％CO2、3％H2O和86％氮气的气体以5分钟的间隔以10000/小、时的空速交替循环。
铑分散性测量
对于在耐久性试验后收集的催化剂，通过CO脉冲吸收法测量铑分散性。
也就是说，将各个已进行耐久性试验的催化剂在氧气和氢气循环下在400℃进行处理，并以脉冲形式向由此处理过的催化剂引入含CO的气体。然后，测量输出气体中的CO浓度，由此定量测定吸收到催化剂中的铑粒子上的CO的量。由吸收的CO的量测定暴露在催化剂载体表面上的铑的量，并由其与催化剂中负载的铑总量的比率来测定铑粒子的分散性。
表面浓化量测量
在浓度为1N的10毫升HNO3溶液中添加0.1克通过实施例1至11获得的每种催化剂粉末。将所得混合物搅拌2小时，以使表面浓化元素溶解到溶液中，然后滤出粉末。实施例1至5的催化粉末的滤液中各自的Nd元素浓度，和实施例6至11的催化粉末的滤液中各自的La元素浓度以它们的氧化物形式进行测定。以Nd2O3和La2O3的形式定量测定作为表面浓化元素存在于被覆部分的Nd和La元素各自的量，并定义为表面浓化量。使用ICP发射分光光度计测量滤液中的Nd和La元素浓度(以Nd2O3和La2O3计)。
表1和图1及图2显示了实施例1至11和对比例1获得的催化剂的铑分散性测量结果和表面浓化量测量结果。图1和2显示了表面浓化量和耐久性试验之后的铑分散性之间的关系。图3(其横轴和纵轴分别代表Nd表面浓化量(重量％)和铑分散性(％))显示了实施例1至5的测量结果，其中表面浓化元素是Nd元素。图4(其横轴和纵轴分别代表La表面浓化量(重量％)和铑分散性(％))显示了实施例6至11的测量结果，其中表面浓化元素是La元素。图中的虚线显示了对比例1获得的催化剂的铑分散性，即不含被覆部分的催化剂的铑分散性。
表1
| 基体附加元素及表面浓化元素 | 添加量(质量％) | 热处理温度(℃) | 表面浓化量(质量％) | Rh分散性(％) | |
| 实施例1 | Nd | 2 | 700 | 1.00 | 19.9 |
| 实施例2 | Nd | 10 | 700 | 4.95 | 14.2 |
| 实施例3 | Nd | 2 | 900 | 0.44 | 15.9 |
| 实施例4 | Nd | 5 | 900 | 1.00 | 19.5 |
| 实施例5 | Nd | 10 | 900 | 1.60 | 16.6 |
| 实施例6 | La | 2 | 500 | 2.45 | 14.2 |
| 实施例7 | La | 5 | 500 | 4.68 | 21.5 |
| 实施例8 | La | 10 | 700 | 6.24 | 15.3 |
| 实施例9 | La | 2 | 900 | 2.45 | 15.4 |
| 实施例10 | La | 5 | 900 | 2.909 | 17.3 |
| 实施例11 | La | 10 | 900 | 3.12 | 15.1 |
| 对比例1 | 无 | 无 | 无 | 无 | 13.8 |
如表1和图1及图2中所示，发现与对比例1的催化剂(其中催化剂载体仅由基体单独构成，不具有被覆部分)相比，实施例1至11的催化剂中的铑分散性提高了。这表明，当被覆部分中Nd或La元素浓度高于较深位置时，甚至在催化剂在高温中长时间停留之后，Rh分散性也会较高，由此可以充分抑制铑的颗粒生长。因此，即使在高温环境中长时间使用，本发明的催化剂也能够充分防止催化剂活性降低。
工业适用性
如前所述，即使在高温环境中长时间使用，本发明的催化剂载体和催化剂也可以充分抑制充当催化反应活性部位的铑粒子的颗粒生长，并可以充分防止催化剂活性降低。
Claims (11)
1.催化剂载体，含有：
含有氧化物和周期表稀土元素的基体，所述氧化物选自由锆的氧化物、镧的氧化物、铝的氧化物、硅的氧化物、钛的氧化物、镁的氧化物和钕的氧化物组成的组；和
覆盖基体至少一部分表面的被覆部分；
其中所述被覆部分含有周期表稀土元素；和
其中被覆部分中所含稀土元素的浓度高于基体中所含稀土元素的浓度。
2.根据权利要求1的催化剂载体，其中被覆部分所含的稀土元素是选自由Nd和La组成的组的至少一种。
3.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中被覆部分所含的稀土元素是Nd；且其中催化剂载体中Nd元素的含量以Nd2O3计为1至5质量％。
4.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中被覆部分所含的稀土元素是La；并且其中催化剂载体中La元素的含量以La2O3计，为2至6.5质量％。
5.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中基体所含的氧化物是氧化锆。
6.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中基体由晶体颗粒构成。
7.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中基体含有氧化锆和氧化镧。
8.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中基体所含的所述元素以固体形式溶解在基体所含的氧化物中。
9.根据权利要求1或2的催化剂载体，其中基体含有以其氧化物计为1至6摩尔％的所述元素。
10.一种催化剂，含有根据权利要求1至9任一项的催化剂载体以及负载在所述催化剂载体上的铑颗粒；其中至少一部分铑颗粒与所述构成催化剂载体的被覆部分接触而负载。
11.根据权利要求10的催化剂，其中，相对于100质量份的催化剂载体，负载在所述催化剂载体上的铑颗粒的量为0.01至3质量份。
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