CN107970923B - 具有原子分散的铂族金属络合物和设置在络合物之间的障壁的催化剂 - Google Patents

具有原子分散的铂族金属络合物和设置在络合物之间的障壁的催化剂 Download PDF

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Abstract

一种催化转化器包括催化剂。所述催化剂包括金属氧化物载体和原子分散在所述金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)络合物。PGM络合物包括选自由铂族金属的原子、包括2个至小于10个原子铂族金属的簇、包括铂族金属的10个或更多原子的纳米颗粒以及其组合组成的群组的PGM物质。碱金属或碱土金属与所述PGM物质结合。所述碱金属或碱土金属是包括氧原子和氢原子的结构的一部分。障壁被设置在第一PGM络合物与第二PGM络合物之间。

Description

具有原子分散的铂族金属络合物和设置在络合物之间的障壁 的催化剂
背景技术
具有内燃机(ICE)的车辆包括用于处理来自发动机的废气的废气处 理系统。处理系统的配置部分地取决于发动机是柴油发动机(其通常在稀 燃燃烧下操作并且在所有操作条件下在废气中都含有高浓度的氧气)或理 想配比火花点火发动机(其在几乎理想配比的空燃(A/F)比下操作)。柴 油机的处理系统包括能够氧化一氧化碳(CO)和烃(HC)的柴油氧化催 化剂(DOC)。理想配比火花点火发动机的处理系统包括三元催化剂 (TWC)，其操作原理是通过CO和HC对NOx的非选择性催化还原。
发明内容
一种催化转化器包括催化剂。该催化剂包括金属氧化物载体和原子分 散在金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)络合物。PGM络合物包括选 自由铂族金属的原子、包括2个至小于10个原子铂族金属的簇、包括10 个或更多原子铂族金属的纳米颗粒以及其组合组成的群组的PGM物质。 碱金属或碱土金属与PGM物质结合。碱金属或碱土金属是包括氧原子和 氢原子的结构的一部分。障壁被设置在第一PGM络合物与第二PGM络合 物之间。
在形成催化剂的方法的一个实例中，在金属氧化物载体上形成原子分 散的铂族金属(PGM)络合物的催化剂，并且障壁选择性地在PGM络合 物周围的金属氧化物载体上形成。
附图说明
通过参考以下具体实施方式和附图，本公开的实例的特征将变得显而 易见，其中相同的附图标记对应于相似不过可能不同的部件。为了简洁起 见，具有上述功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们所出现的其它 附图来描述。
图1是描述PGM颗粒生长或烧结的两种机制的示意图；
图2A-2D描述了本文公开的PGM络合物的不同实例；
图3A至3D示意性地描述了制备本文公开的催化剂的实例的方法的一 个实例；
图4A是催化转化器的一个实例的透视局部剖视图；
图4B是图4A的一部分的放大图；
图5是第一比较实例(1)、第二比较实例(2)、第三比较实例(3) 和包括本文公开的PGM络合物和障壁的两个实例(4)和(5)的老化(A) 后，描述钯分散的图(即，表面金属原子数与金属原子总数的比例，Y轴 以百分比表示)；
图6A和6B是分别描述三个比较实例(1、2、3)和包括本文公开的 PGM络合物和障壁的两个实例(4、5)的一氧化碳(CO)转化率和C3H6 (丙烯或替代地丙烯)转化率的点火温度(℃)的图。
具体实施方式
DOC和TWC通常包括负载有铂族金属(PGM)作为活性催化/催化 剂材料的载体。随着来自车辆发动机的废气温度升高(例如，升到150℃ 至约1000℃的温度)，负载在载体上的PGM可能变得不稳定并且经历生长 (即烧结)。图1描绘了在车辆操作期间PGM生长的两种机制。这些机制 涉及原子和/或微晶PGM迁移。第一种机制涉及通过气相的PGM迁移， 表示为12，第二种机制涉及通过表面扩散的PGM迁移，表示为14。在第 一种机制中，从负载在载体18上的PGM物质16发射的移动物质(未示 出)能够穿过气相12并与气相12中的其它金属颗粒20聚集形成较大的 PGM颗粒16’(例如，纳米颗粒，其具有至少十个，在一些情况下，高达 数千个原子)。在第二种机制中，从PGM物质16发射的移动物质(未示 出)可以沿着载体18的表面18a扩散，并与表面18a上的其它金属颗粒 22聚集以形成更大的PGM颗粒16’。第二种机制可能涉及Ostwald熟化， 其中移动物质的迁移通过载体表面18a上的自由能和局部原子浓度的差异 驱动。
PGM颗粒16’的尺寸的增加导致PGM利用率差以及催化剂材料的不 期望的老化。更具体地，增加的粒径降低了PGM分散，其是催化剂中的 表面PGM原子数与催化剂中的PGM原子总数的比率。PGM颗粒16’具有 埋在内部的许多PGM原子，其对催化反应贡献很少或没有。例如，在一 些PGM颗粒16’中，大于80％的原子可以是旁观者催化物质，或不是活 性催化反应位点的物质。减少的PGM分散与活性金属表面积的降低(作 为颗粒生长的结果)直接相关，因此表明活性催化剂反应位点的损失，这 等于催化剂活性的降低。活性催化剂反应位点的损失导致PGM利用效率 较差，并表明催化剂已不合需要地老化或失活。
在本文公开的实例中，形成PGM络合物，其使单个PGM原子和/或 PGM簇(包括2个原子至10个原子)和/或具有含有碱金属原子或碱土金 属原子、氧原子和氢原子的结构的PGM纳米颗粒(包括至少10个原子至 5,000个原子)稳定。稳定结构直接与PGM原子结合，或者与簇的原子结 合，或与纳米颗粒的基础平面上的原子结合，从而防止结合物质发生蒸汽 或表面迁移。较小的PGM单元(即，单个原子或小的原子簇)的稳定可 以使PGM效率最大化，因为较少配位的原子对于CO和HC氧化以及NOx减少是非常有活性的。
此外，本文公开的催化剂通过物理分离PGM络合物与在PGM络合物 周围的载体上形成的金属氧化物障壁或者以覆盖PGM络合物的多孔涂层 来抑制老化。通过物理分离PGM络合物，金属氧化物障壁旨在阻止表面 扩散。
在障壁的一些实例中可能存在孔隙和裂缝。孔隙和裂缝暴露出障壁的 表面，其可捕获PGM蒸汽(例如，通过PGM蒸汽在暴露表面上的冷凝)。 捕获蒸汽中的移动物质聚集在孔隙和裂缝内形成新的PGM物质。新形成 的PGM物质可以比PGM簇或纳米颗粒更小，并且可以提供用于催化的额 外的活性PGM位点。
本文公开的PGM络合物和障壁随时间减缓或阻止PGM颗粒生长/烧 结并维持更活跃的PGM位点，因此催化剂老化慢于没有PGM络合物的稳 定结构且没有障壁的催化剂。此外，当减少或防止烧结时，可以防止催化 剂的操作温度随时间向上偏移。
本文公开的PGM络合物24包括一个PGM原子(直径约0.2nm至约 0.3nm)或PGM簇(直径小于1nm)或PGM纳米颗粒(直径大于或等于 1nm))以及与PGM原子或PGM簇的一个原子或PGM纳米颗粒的基础 平面原子结合的稳定结构。稳定结构由碱金属原子或碱土金属原子、氧原 子和氢原子组成。PGM络合物24的一些实例显示在图2A至2D中，分别 标记为A、B、C和D。如图2A至2D所示，标记为PGM的PGM原子是 条状，其中一个标记为O的氧原子是斑纹状，其中一个标记为A/AE的碱 金属原子或碱土金属原子是灰色的，其中一个标记为H的氢原子是白色的。
PGM原子或簇或纳米颗粒可以选自由铂原子、钯原子、铑原子、钌原子、锇原子或铱原子组成的群组。碱金属可以选自由锂、钠、钾、铷和铯组成的群组。碱土金属可以选自由铍、镁、钙、锶和钡组成的群组。
在PGM络合物24，A、B、C、D中的每一个中，稳定结构的碱金属 原子或碱土金属原子通过氧原子(或氧键)与PGM原子或PGM簇的原子 中心或PGM纳米颗粒的基础平面上的原子中心结合。在一些实例中，例 如PGM络合物24，A和24，B，一个氧原子将碱金属原子或碱土金属原 子中的每一个连接到PGM原子或PGM簇或PGM纳米颗粒的原子中心。 在其它实例中，例如PGM络合物24，C和24，D，一些碱金属原子或碱 土金属原子通过一个氧原子与PGM原子或PGM簇或PGM纳米颗粒的原 子中心连接，而其它碱金属原子或碱土金属原子在其与PGM原子或PGM 簇或PGM纳米颗粒的原子中心之间具有几个原子(例如两个氧原子和另 一个碱金属原子或碱土金属原子)。
在PGM络合物24中，PGM物质与碱金属原子或碱土金属原子的摩 尔比为1∶3至1∶10。在一个实例中，PGM物质与碱金属原子或碱土金属原 子的摩尔比为1∶5至1∶10。在PGM络合物24中存在的氧和/或氢原子的数 目可以变化以平衡络合物24的零电荷。
PGM络合物24，A包括九个氧原子O、九个碱金属原子或碱土金属 原子A/AE和两个氢原子H。PGM络合物24，B包括八个氧原子O、九个 碱金属原子或碱土金属原子A/AE和两个氢原子H。PGM络合物24，C包 括十个氧原子O、九个碱金属原子或碱土金属原子A/AE和七个氢原子H。 PGM络合物24，D包括十一个氧原子O、九个碱金属原子或碱土金属原 子A/AE和九个氢原子H。虽然这些络合物显示单个PGM原子PGM，但 是应当理解，该原子可以是簇或纳米颗粒的一部分。
虽然显示了PGM络合物24，A、B、C、D的几个实例，但是应当理 解，稳定结构可以包括任何数量的碱金属原子或碱土金属原子、氧原子和 氢原子。
现在参考图3A至3D，描述了用于制备本文公开的催化剂10，10’的 几个实例的方法的一个实例。形成的催化剂10的一个视图如图3C所示， 并且形成的催化剂10’的另一个视图如图3D所示。
该方法的实例通常包括在金属氧化物载体26上形成原子分散的PGM 络合物24(图3A)，以及在至少PGM络合物24周围的金属氧化物载体 26上选择性地形成障壁32，32’(图3B)。
现在参考图3A，PGM络合物24以原子方式分散在金属氧化物载体结 构26上。
金属氧化物载体结构26选自由Al2O3、CeO2、ZrO2、CeO2-ZrO2、SiO2、 TiO2、ZnO、钙钛矿材料(例如La0.9FeO3、LaFeO3、LaAlO3、Sr-促进的 LaFeO3、Ce-促进的LaFeO3、LaMnO3或LaCoO3)、沸石及其组合组成的 群组。在本文公开的实例中，金属氧化物载体结构26是未修饰的金属氧 化物载体，其不具有通过微量的杂原子组分减轻的某些氧化物域)。
金属氧化物载体结构26可以是粉末、球体或任何其它合适构型的形 式。金属氧化物载体结构26可以包括几个小孔隙。更多的孔隙增加表面 积以适应许多小体积的PGM络合物24，A、B、C、D。在一个实例中， 金属氧化物载体结构26的孔体积为约0.5ml/g至约2ml/g。
在本文公开的方法中，在PGM络合物24负载在金属氧化物载体26 上之前，应当理解，金属氧化物载体26可暴露于减少其表面积的方法。 在形成催化剂10，10’之前减少载体26的表面积意味着可能存在较少的可 用于PGM络合物24和障壁32，32’的表面26。较少的PGM络合物24和 障壁32，32’减少了最终催化剂10，10’的重量增加。
在载体26预处理的一个实例中，金属氧化物载体26在约350℃至约 450℃的温度范围内煅烧约9小时至约11小时的一段时间。在载体26预处 理的另一个实例中，将金属氧化物载体26在约60℃至约80℃的温度下在 真空中加热约10小时至约72小时的一段时间。
如图3A所示，PGM络合物24以原子方式分散在金属氧化物载体26 上。以原子方式分散意味着PGM络合物24，A、B、C、D散布在金属氧 化物载体结构26上，使得PGM络合物24，A、B、C、D的PGM原子、 PGM簇和PGM纳米颗粒分离，并且原子和簇通常不以颗粒形式聚集在一起。图3A所示的实例说明了由PGM原子(最左侧结构)形成的一个PGM 络合物24，由PGM簇形成的一个PGM络合物24(中间结构)和由PGM 纳米颗粒形成的一个PGM络合物(右结构)。
PGM络合物24，A、B、C、D可以(物理和/或化学地)结合到金属 氧化物载体结构26的表面26a上，并且还可以存在于金属氧化物载体结构 26的孔隙(未显示)中。
为了形成PGM络合物24，选择PGM物质前体、碱金属前体或碱土 金属前体以及方法，使得形成PGM-Ox-M键(其中M是碱金属原子或碱 土金属，以及X＝1-6)。在一些实例中，x可以为2至4。在催化剂制备过 程中，碱金属或碱土金属物质应能轻易地桥接到PGM原子或PGM簇或 PGM纳米颗粒的原子中心上。在本文公开的实例中，碱金属或碱土金属离 子不以任何特征显著水平改性金属氧化物载体26，而是使PGM物质成为 具有稳定结构的所需构型。一些PGM物质还可以通过氧键与金属氧化物 载体结构26结合(例如，PGM-Ox-S，其中S是载体结构26和x＝1-6，或 在一些情况下，x＝2-4)。
在形成PGM络合物24的方法的一个实例中，使用铂前体和碱金属前体。铂前体的实例包括硝酸四氨合铂（II）、氯化四氨合铂（II）、氢氧化四氨合铂（II）、氯铂酸、硝酸铂、乙酸铂和二硝基二氨合铂。碱金属前体的实例包括氢氧化钾、硝酸钾、氢氧化锂、硝酸锂、氢氧化钠、硝酸钠、氢氧化铷、硝酸铷、氢氧化铯、硝酸铯及其组合。
在该实施方法中，将铂前体和碱金属前体共浸渍在金属氧化物载体26 上。共浸渍方法可以是干(或初湿)共浸渍方法或湿共浸渍方法。这些共 浸渍中的任一种使用共前体溶液。共前体溶液可以是含有水、铂前体和碱 金属前体的水溶液。这些特定的前体不会从溶液中沉淀出来。
前体溶液的浓度取决于PGM物质和碱金属在载体26上和催化剂10， 10’中的所需负载量。通常，本文公开的催化剂10，10’的每个实例含有基 于催化剂10，10’的总重量的大于0重量％至约5重量％的PGM物质(即， PGM原子和/或PGM簇和/或PGM纳米颗粒)。在一个实例中，具有1.5％ 铂和7.5％碱金属的总计10g催化剂10相当于0.15g铂(即，10g的1.5％)和0.75g碱金属(即，10g的7.5％)。纯铂与铂前体的质量比可用以确定 多少铂前体应用于实现催化剂10，10’的所需铂质量。纯碱金属与碱金属 前体的质量比可用于确定多少碱金属前体应用于实现催化剂10，10’的所 需碱金属质量。添加以制得水溶液的水总量取决于共浸渍的类型。对于干 浸渍，添加以制得水溶液的水总量取决于填充孔体积的水体积，即实现初 湿。对于湿浸渍，添加以制得水溶液的水总量取决于前体的溶解度。可以 将该实例的溶液加入9.1g干燥的载体26中(即，总共10g-0.15g铂-0.75 g碱金属＝g载体)。
对于干浸渍，将共前体溶液加入载体26中，直到载体26的所有孔隙 填充有溶液。添加不超出填充孔隙所需量的额外的溶液(即，初湿)。毛 细管作用将前体溶液吸入孔隙中。
对于湿浸渍，载体26首先填充有用于共前体溶液的相同溶剂(例如， 水)。然后润湿的载体26用共前体溶液处理。在该实例中，在载体18的 孔隙中不产生高压，而是前体从共前体溶液逐渐地迁移到孔隙中。
然后将共浸渍的载体暴露于干燥以除去水并煅烧以将铂前体转化为 铂类物质(即，单原子或簇)，以及将碱金属前体转化为稳定结构(具有 通过氧键结合至铂类物质的碱金属)。干燥可以在空气中在约室温(例如， 18℃至约25℃)至约150℃的温度下进行约12小时至约24小时的一段时 间，并且煅烧可以在约300℃至约650℃的温度下进行约1小时至约4小 时的一段时间。在一个实例中，煅烧在约550℃下进行约2小时。该方法 分解铂和碱金属前体，并在载体26的孔隙内和在载体26的至少一些表面 上形成PGM络合物24。
在形成PGM络合物24的方法的另一个实例中，使用任何PGM前体和任何碱金属前体或碱土金属前体。PGM前体可以选自由硝酸四氨合铂（II）、氯化四氨合铂（II）、氢氧化四氨合铂（II）、氯铂酸（H2PtCl6）、硝酸铂、乙酸铂、二硝基二胺铂、硝酸钯、乙酸钯、二乙酰基丙酮钯、硝酸铑、乙酸铑、六氯铱酸六水合物（H2IrCl6·6H2O）、氯化钌（III）、乙酰丙酮化钌（III）、二氯化六氨合钌（II）、三氯化六氨合钌（III）、氯化锇（III）水合物、六氯锇酸铵（IV）、氯化铱（IV）、六氯铱酸铵、氯化铱（III）、硫酸铱及其组合组成的群组。碱金属前体可以选自由氢氧化钾、硝酸钾、氢氧化锂、硝酸锂、硝酸锂、氢氧化钠、硝酸钠、氢氧化铷、硝酸铷、氢氧化铯、硝酸铯、以及其组合组成的群组；或碱土金属前体可以选自由氢氧化钡、硝酸钡、氢氧化镁、硝酸镁、氢氧化铍、硝酸铍、氢氧化钙、硝酸钙、氢氧化锶、硝酸锶、及其组合组成的群组。
在该方法的该实例中，顺序浸渍用于在每次浸渍之间进行干燥。在不 干燥下，对第二前体的浸渍可以洗去第一前体。干燥也发生在低于前体的 煅烧温度的温度下。如果前体单独地煅烧(即紧随其各自的浸渍之后)， 则碱金属或碱土金属将更可能以其阳离子形式保留并不与PGM物质结合。 在这些情况下，PGM物质和碱金属或碱土金属将保持分开，而不形成本文 公开的络合物。
该方法的该实例涉及在金属氧化物载体26上浸渍一种前体，i)PGM 前体或ii)碱金属前体或碱土金属前体，以形成浸渍的金属氧化物载体。
该浸渍步骤可以是干(或初湿)浸渍方法或湿浸渍方法。这些浸渍中 的任一种都使用PGM前体溶液(如果首先负载PGM前体的话)或碱金属 前体溶液或碱土金属前体溶液(如果首先负载碱金属前体或碱土金属前体 的话)。
PGM前体溶液可以是含水和PGM前体的水溶液。PGM前体溶液的 浓度取决于PGM物质在催化剂10，10’中的所需负载量。例如，总计10g 的具有1.5％钯的催化剂10相当于0.15g钯(即，10g的1.5％)。纯钯与 钯前体的质量比可用于确定应该使用多少铂前体来实现催化剂10，10’的 所需钯质量。
碱金属前体溶液可以是含有水和碱金属前体的水溶液。碱土金属前体 溶液可以是含有水和碱金属前体的水溶液。碱金属前体溶液或碱土金属前 体溶液的浓度取决于碱金属或碱土金属在载体26上和在催化剂10，10’中 所需的负载量。例如，总共10g的具有8.5％碱金属或碱土金属的催化剂 10，10’等于0.85g碱金属或碱土金属(即，10g的8.5％)。纯碱金属与碱 金属前体或纯碱土金属与碱土金属前体的质量比可用以分别确定应该使用多少碱金属前体或碱土金属前体来实现催化剂10，10’的所需碱金属质 量。
加入以制备PGM前体溶液或碱金属前体溶液或碱土金属前体溶液的 水总量取决于浸渍的类型。对于干浸渍，加入以制备水溶液的水总量取决 于填充孔体积的水体积，即实现初湿。对于湿浸渍，加入以制备水溶液的 水总量取决于各自前体的溶解度。
将PGM前体溶液或碱金属前体溶液或碱土金属前体溶液加入干燥的 载体26中以进行如前所述的干浸渍或湿浸渍。该方法形成浸渍的金属氧 化物载体。
将浸渍的金属氧化物载体在低于PGM前体或碱金属前体或碱土金属 前体的煅烧温度的温度下干燥(此时已浸渍一种前体)。合适的干燥温度 (低于煅烧温度)的实例为约室温至约120℃。在一个实例中，干燥温度 为约80℃。
该方法的该实例则涉及浸渍尚未浸渍的另一种前体。例如，如果PGM 前体已经负载在载体26上，则该浸渍将负载碱金属前体或碱土金属前体。 这种浸渍将利用如上所述的碱金属前体溶液或碱土金属前体溶液。或者， 如果碱金属前体或碱土金属前体已经负载在载体26上，则该浸渍将负载 PGM前体。这种浸渍将利用如上所述的PGM前体溶液。该浸渍方法产生 共浸渍的金属氧化物载体。
将共浸渍的金属氧化物载体在低于PGM前体和碱金属前体或碱土金 属前体的煅烧温度的温度下干燥(因为此时已浸渍了两种前体)。
然后将共浸渍的金属氧化物载体煅烧。在该实例中，煅烧在约350℃ 至约550℃的温度下进行约2小时至约10小时的一段时间。该方法分解了 PGM前体和碱金属前体或碱土金属前体，并在载体26的孔隙内以及在载 体26的至少一些表面上形成PGM络合物24。
在该方法的又另一个实例中，使用固态浸渍来引入碱金属或碱土金属 前体。该方法避免使用碱金属前体溶液和碱土金属前体溶液。
在固态浸渍法中，可以使用任何PGM前体和任何碱金属前体或碱土金属前体。再次重申，PGM前体可以选自由硝酸四氨合铂（II）、氯化四氨合铂（II）、氢氧化四氨合铂（II）、氯铂酸、硝酸铂、乙酸铂、二硝基二胺铂、硝酸钯、乙酸钯、二乙酰基丙酮钯、硝酸铑、乙酸铑、六氯铱酸六水合物、氯化钌（III）、乙酰丙酮化钌（III）、二氯化六氨合钌（II）、三氯化六氨合钌（III）、氯化锇（III）水合物、六氯锇酸铵（IV）、氯化铱（IV）、六氯铱酸铵、氯化铱（III）、硫酸铱及其组合组成的群组；碱金属前体可以选自由氢氧化钾、硝酸钾、氢氧化锂、硝酸锂、硝酸锂、氢氧化钠、硝酸钠、氢氧化铷、硝酸铷、氢氧化铯、硝酸铯、以及其组合组成的群组；以及碱土金属前体可以选自由氢氧化钡、硝酸钡、氢氧化镁、硝酸镁、氢氧化铍、硝酸铍、氢氧化钙、硝酸钙、氢氧化锶、硝酸锶、及其组合组成的群组。
在该方法的该实例中，通过浸渍法将PGM前体分散在金属氧化物载 体26上和金属氧化物载体26中。该浸渍可以是干(或初湿)浸渍法或湿 浸渍法。这些浸渍中的任一种都利用了上述的PGM前体溶液。
在PGM前体浸渍后，将浸渍的载体干燥以除去水并形成粉末。干燥 可以在空气中在室温(例如约18℃至约25℃)下进行约7小时至约12小 时的一段时间。
然后将粉末与碱金属前体或碱土金属前体(在本实例中，其不是前体 溶液的形式)一起研磨。一起研磨的粉末和前体的量可以基于存在于催化 剂10中的PGM物质与碱金属或碱土金属的所需摩尔比。如本文所述，PGM 物质与碱金属或碱土金属的比例可以为1∶3至1∶10。在一些实例中，该比 例为1∶5至1∶10。
粉末和碱金属前体或碱土金属前体的研磨可以是形成粉末混合物的 干法研磨法。在干磨时，粉末的温度为约18℃至约80℃，或在一些情况 下为约70℃。干磨可以进行约15分钟至约10小时的一段时间。干磨可以 通过小规模的手动研磨或用研磨机(例如，研磨机、珠磨机、磨碎机等) 来实现。
然后将粉末混合物在约18℃至约80℃的温度下干燥约8小时至约12 小时的一段时间。然后将干燥的粉末混合物如前所述煅烧。
在上述实例中(例如，共浸渍、顺序浸渍和固态浸渍)，应当理解， 煅烧可用以形成PGM络合物24并燃烧可以结合到PGM络合物24的额外 的基团(例如，硝酸盐、乙酸盐、氨等)。
在该方法的又另一个实例中，PGM络合物24在分散在金属氧化物载体26中和金属氧化物载体26上之前形成。该实例方法使用前体和只含有PGM物质、碱金属或碱土金属、氧和氢的溶剂，使得所得PGM络合物24中不存在额外的基团。则在该实例中，PGM前体是PGM氧化物（例如，PdO、PtO2、RuO2、RhO2或Rh2O3、OsO2、IrO2）或PGM氢氧化物（例如，Pd(OH)2、Pt(OH)4、Ru(OH)3、Rh(OH)3、Os(OH)4、Ir(OH)3)、，碱金属前体或碱土金属前体是碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物）。碱金属氢氧化物前体的实例包括：氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化铷、氢氧化铯及其组合；碱土金属氢氧化物前体的实例包括：氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化铍、氢氧化钙、氢氧化锶及其组合。
为了形成PGM络合物24，首先制备PGM氧化物或PGM氢氧化物的 水溶液。PGM氧化物或PGM氢氧化物的浓度基于催化剂10中PGM物质 的所需负载量，并且可以如上所述确定。将该水溶液加热至约80℃的温度， 在该温度下将碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物混入水溶液中。加入的 碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的量可以基于催化剂10中存在的PGM物质与碱金属或碱土金属的所需摩尔比。如本文所述，PGM物质与 碱金属或碱土金属的比例可以为1∶3至1∶10。在一些实例中，该比例为1∶5 至1∶10。加入碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物后，水溶液可以在相同 温度下回流约7小时至约12小时的一段时间。作为该方法的结果，在水 溶液中形成PGM络合物24。
以下是PGM络合物24如何通过该方法的该实例形成的一个实例。在 N2喷射下，将指定量的PdO或Pd(OH)2在约30mL的水中浆化。将该溶 液加热至80℃。在相同温度下将NaOH粉末(Pd∶Na＝1∶10的摩尔比)加入 浆液中。将混合物在80℃下回流过夜，形成透明溶液。当碱/碱土金属的 浓度较低时，透明溶液可能是无色的，而在碱/碱土金属浓度较高时，透明溶液可能是淡黄色的。该溶液在80℃下在持续搅拌下不沉淀。
然后含有PGM络合物24的溶液可用于将PGM络合物24浸渍在金属 氧化物载体26上。该浸渍方法可以是干或湿浸渍，这取决于溶液中的水 的总量和金属氧化物载体26的孔体积。
然后可以将浸渍的载体干燥。干燥可以在空气中在约室温(例如，18℃ 至约25℃)至约150℃的温度下进行约12小时至约24小时的一段时间。
在该方法的该实例中，因为PGM络合物24已经形成并且不存在需要 除去的额外的基团，所以可以使用或不使用煅烧。如果进行，煅烧可以在 约300℃至约650℃的温度下进行约1小时至约4小时的一段时间。当催 化剂10，10’用于催化剂操作温度低(例如，约100℃)的应用中时，在该 方法的该实例中进行煅烧是可取的。在低操作温度下，催化剂10，10’可 能由于可能粘附到催化剂10，10’的内部孔隙的水分子而经历扩散问题。 在操作使用前进行煅烧可以除去水分子，从而降低催化剂扩散的可能性。
一旦PGM络合物24在载体26上形成并分散，则障壁32，32’可以至 少在至少围绕PGM络合物24的载体26的表面26a的暴露部分上形成。 障壁32，32’可以具有用于减缓或防止PGM物质生长/烧结的任何形状和/ 或构型。如图3C至3D所示，障壁32可以由不延伸到PGM络合物24上 的纳米颗粒34形成，并且障壁32’可以由形成覆盖PGM络合物24的多孔 涂层35的纳米颗粒34形成。如下面将更详细地讨论的，形成的障壁32， 32’部分地将取决于所使用的金属氧化物载体26和/或所使用的金属氧化物 障壁前体的浓度。
通常，障壁32，32’的实例可以通过任何合适的湿化学法形成，包括 浸渍法、溶胶-凝胶法、热液法和沉淀法。
湿化学法在图3B中示意性地显示。在一个实例中，将在其中/在其上 具有PGM络合物24的载体26加入合适的容器28中。然后将在其中/在其 上具有PGM络合物24的载体26与金属氧化物(障壁)前体水溶液30接 触。将金属氧化物前体溶液30和在其中/在其上具有PGM络合物24的载 体26混合在一起形成混合物。
金属氧化物前体水溶液30包括水和溶解在水中的金属氧化物障壁前 体。可以使用任何数量的金属盐作为金属氧化物障壁前体，并且将取决于 将形成为障壁32，32’的金属氧化物。在一些情况中，可能需要载体26和 障壁32，32’由相同的金属氧化物形成。因此，当载体26是Al2O3时，可 以使用铝盐形成Al2O3障壁，当载体26是CeO2时，可以使用铈盐形成CeO2障壁，当载体26是ZrO2时，可以使用锆盐形成ZrO2障壁，当载体26为 CeO2-ZrO2时，可以使用铈盐和锆盐的组合形成CeO2-ZrO2障壁，当载体 26为SiO2时，可以使用硅盐形成SiO2障壁，当载体26为TiO2时，可以 使用钛盐形成TiO2障壁，当载体为ZnO时，可以使用锌盐形成ZnO障壁。 可以使用镧盐、铁盐、铝盐、锶盐、铈盐、锰盐、钴盐、及其组合形成钙 钛矿的障壁32，32’。在其它情况下，例如，当金属氧化物载体26是沸石 时，障壁32，32’可以由与载体26不同的金属氧化物形成。作为实例，可 以使用上述任何盐在沸石载体上形成Al2O3、CeO2、ZrO2、CeO2-ZrO2、SiO2、 TiO2、或ZnO的障壁32，32’。
合适的金属盐的一些具体实例包括铝(Al)、铈(Ce)、锆(Zr)、钛 (Ti)、硅(Si)、锌(Zn)、镧(La)、铁(Fe)、锶(Sr)、锰(Mn)、钴 (Co)的盐或其组合。作为更具体的实例，Al盐包括AlCl3、Al(NO3)3、 Al(OH)3、Al2(SO4)3、Al(ClO3)3、AlO4P和Al(PO3)3；Ce盐包括Ce(NO3)3、 Ce(OH4)、Ce2(SO4)3和Ce(SO4)2；Zr盐包括Zr(HPO4)2、Zr(OH)4和Zr(SO4)2； Ti盐包括TiOSO4和TiOPO4；Si盐包括SiPO4(OH)；Zn盐包括Zn(NO3)2、 Zn3(PO4)2和ZnSO4；La盐包括La(NO3)3、LaN和La(CH3CO2)3；Fe盐包 括Fe(NO3)3、铁氮化物(例如，Fe2N、Fe4N、Fe7N3、Fe16N2)和Fe(CH3CO2)2； Sr的盐包括Sr(NO3)2；Mn盐包括MnCl2和Mn(NO3)2；以及Co盐包括CoCl2、 Co(NO3)2和Co(C2H3O2)2；也可以使用这些盐的任何组合。虽然已经提供 了几种实例盐，但是应当理解，也可以使用其它金属盐。
金属氧化物障壁前体在金属氧化物前体水溶液30中的浓度部分地取 决于金属氧化物障壁32，32’在载体26上和在催化剂10，10’中的所需负 载量。例如，具有5重量％的金属氧化物障壁32，32’的总计10g催化剂 10，10’相当于0.5g金属氧化物(即，10g的5％)。纯金属氧化物与金属 氧化物前体的质量比可用以确定多少金属氧化物前体应用于实现催化剂 10，10’的所需金属氧化物质量。金属氧化物障壁前体的浓度也可以取决于 PGM物质的负载量(例如，较高的PGM加载剂可能导致金属氧化物障壁 前体的较高负载量)。加入前体溶液30中的水总量可能取决于所使用的方 法的类型(例如，干浸渍)和/或金属氧化物障壁前体的溶解度。作为一个 实例，选择金属氧化物障壁前体的浓度，使得金属氧化物障壁32，32’在 催化剂10，10’中的负载量为催化剂10，10’的约5重量％至约20重量％。 如下面将更详细地讨论的，金属氧化物前体水溶液30的浓度也可能影响 最终形成的障壁32，32’的类型。
当金属氧化物前体水溶液30和在其中/在其上具有PGM络合物24的 载体26的混合物形成时，在溶液30内发生的相互作用将部分地取决于载 体26的类型和/或金属氧化物障壁前体的浓度。
当溶液30包括形成惰性金属氧化物(例如，AlCl3、Al(NO3)3、Al(OH)3、 Al2(SO4)3、Al(ClO3)3、AlO4P或SiO2)或钙钛矿的金属氧化物障壁前体时， 与PGM络合物24相比，金属氧化物障壁前体与载体26具有更强的相互 作用趋势。换句话说，惰性金属氧化物障壁前体与载体26之间比惰性金 属氧化物障壁前体与PGM络合物24之间存在明显更强的化学相互作用或 钙钛矿金属氧化物障壁前体与载体26之间比钙钛矿金属氧化物障壁前体 与PGM络合物24之间存在明显更强的化学相互作用。因此，惰性或钙钛 矿金属氧化物障壁前体将朝载体26迁移并远离PGM络合物24。作为此迁 移的结果，惰性或钙钛矿金属氧化物障壁前体将存在于载体26上而不存 在于PGM络合物24上。这将最终以在PGM络合物24周围而不是其上的 纳米颗粒(图3C)形成障壁32。更高的前体浓度通常导致更多的纳米颗 粒34。
当溶液30包括形成其它反应性更高的金属氧化物(如CeO2、ZrO2、 CeO2-ZrO2、TiO2或ZnO)的金属氧化物障壁前体时，金属氧化物障壁前 体具有与载体26和PGM络合物24相互作用的趋势。换句话说，反应性 更高的金属氧化物障壁前体与载体26和PGM络合物24具有强的化学相 互作用，因此反应性金属氧化物障壁前体将朝载体26和PGM络合物24 迁移。作为这种迁移的结果，反应性更高的金属氧化物障壁前体将存在于 载体26上和PGM络合物24上。这将最终形成障壁32’，其是PGM络合 物24周围和之上的纳米颗粒34(图3D)的多孔涂层35。
然后将图3B所示的混合物暴露于干燥和煅烧(未显示)。完成干燥以 去除水并将固体金属氧化物前体留在PGM络合物24周围的载体上或留在 载体26以及PGM络合物24上。完成煅烧以分解固体金属氧化物前体， 从而将金属氧化物前体转化为金属氧化物障壁32(图3C)或32’(图3D)。 干燥可能是被动的，其中允许水从混合物中蒸发。干燥也可能是主动的， 其中通过暴露于约25℃至约150℃的升高的干燥温度约2分钟至约72小 时的一段干燥时间来除去水。干燥可以在空气或真空中进行。煅烧可以在 约300℃至约650℃的煅烧温度下进行约20分钟至约10小时的一段煅烧 时间。在各个方面中，煅烧期间施加的温度不超过衍生自金属氧化物障壁 前体(例如金属盐)的金属氧化物的熔点。作为一个实例，可以在空气中 干燥约2小时至约24小时的一段时间，并且煅烧可以在约550℃的温度下 进行约2小时的一段时间。虽然已经提供了温度和时间范围，但是应当理 解，可以使用其它温度和持续时间来除去水并形成金属氧化物障壁32，32’。 在各个方面中，煅烧期间施加的温度不超过衍生自金属盐的金属氧化物的 熔点。
作为湿化学、干燥和煅烧法的结果，形成催化剂10或10’。
在图3C所示的实例催化剂10中，障壁32由不在PGM络合物24上 而是在载体26的暴露表面26a上(例如，在PGM络合物24不存在的那 些区域上)形成的金属氧化物纳米颗粒34构成。如上所述，当使用形成 惰性金属氧化物或钙钛矿的金属氧化物障壁前体时，并且当使用较低浓度 的金属氧化物障壁前体时(可能导致较小的或较少体积的纳米颗粒34)， 可形成此障壁32。如图3C所示，金属氧化物纳米颗粒34在PGM络合物 24周围形成，并且因此将每个PGM络合物24与彼此PGM络合物24物 理分离。金属氧化物纳米颗粒34基本上在载体26的表面26a上的PGM 络合物24之间形成多孔壁，其用以防止每个络合物24的PGM物质通过表面扩散22聚集。金属氧化物纳米颗粒34不延伸到任何PGM络合物24 上，因此PGM物质可以在车辆操作期间直接暴露于废气中。
孔隙36可以存在于金属氧化物纳米粒子34(其是结晶的并且可以是 多孔的)之间。障壁32’的孔隙率(即孔隙36的体积相对于纳米颗粒34 的体积)可以在约20％至约70％的范围内。纳米颗粒34之间的孔隙36 的平均尺寸为约0.5nm至约30nm。
在金属氧化物纳米颗粒34之间形成的孔隙36和在金属氧化物纳米颗 粒34中形成的任何孔隙提供空隙，废气可通过该空隙到达PGM络合物24 的PGM物质。通过暴露金属氧化物纳米颗粒34的更多表面，所有孔隙36 增加了催化剂10的表面积。暴露的表面可以通过PGM蒸汽在其上的冷凝 来抑制气相迁移12。通过气相12迁移的来自PGM物质的任何移动物质可 能在金属氧化物纳米颗粒34的表面上沉积(例如，作为原子)。这些PGM 物质保持催化活性。
在图3D所示的实例催化剂10’中，障壁32’由包括金属氧化物纳米颗 粒34和孔隙36的多孔涂层35构成。多孔涂层35在PGM络合物24上和 在载体26的暴露表面26a上(例如，在不存在PGM络合物24的那些区 域上)形成。如上所述，当使用形成反应性更高的金属氧化物的金属氧化 物障壁前体时，可以形成该障壁32’。如图3D所示，多孔涂层35包封每 个PGM络合物24，从而将每个PGM络合物24与彼此PGM络合物24物 理分离。
多孔涂层35中的孔隙36提供空隙，废气可通过该空隙到达PGM络 合物24的PGM物质。障壁32’的孔隙率(即，孔隙36的体积相对于纳米 颗粒34的体积)可以在约20％至约70％的范围内。纳米颗粒34之间的 孔隙36的平均尺寸为约0.5nm至约30nm。
多孔涂层35用于防止每个络合物24的PGM物质通过表面扩散22聚 集。此外，涂层35的纳米颗粒34的暴露表面可以通过PGM蒸汽在其上 的冷凝来抑制气相迁移12。通过气相12迁移的来自PGM物质的任何移动 物质可能在金属氧化物纳米颗粒34的表面上沉积(例如，作为原子)。这 些PGM物质保持催化活性。
在障壁32中，纳米颗粒34的堆叠具有约0.05X至约10X的高度，其 中X是PGM络合物24中至少一个的尺寸。PGM络合物24中至少一个的 尺寸是单个络合物24的直径或宽度或高度。可以选择高度，使得金属氧 化物纳米颗粒34的堆叠足够高以防止或抑制迁移，并且足够短使得障壁 32不开始覆盖相邻的PGM络合物24，并且不妨碍废气到达PGM络合物 24。在一个实例中，如果络合物尺寸为约3nm至约5nm，则金属氧化物 纳米颗粒34的堆叠的高度可为约0.15nm(0.05×3)至约50nm(10×5)。 金属氧化物纳米颗粒34的高度可以通过金属氧化物纳米颗粒前体(例如， 金属盐)的浓度来控制，在一些实例中，金属氧化物纳米颗粒34的浓度 为约5重量％至约20重量％。较高的浓度通常导致更大和/或更大数量的 纳米颗粒34。
在障壁32和32’中，应当理解，纳米颗粒34具有约0.5nm至约50nm 的最大直径。作为其它实例，金属氧化物纳米颗粒34的最大直径可以在 约1nm至约25nm，或约5nm至40nm范围内。
应当理解，障壁32，32’的组成将取决于衍生出纳米颗粒34(并且因 此障壁32，32’)的金属氧化物障壁前体。作为实例，障壁32，32’可以是 Al2O3、CeO2、ZrO2、CeO2-ZrO2、SiO2、TiO2、ZnO、La0.9FeO3、LaFeO3、 LaAlO3、Sr-促进的LaFeO3、Ce-促进的LaFeO3、LaMnO3、或LaCoO3或 其组合。
催化剂10，10’可以通过本文公开的方法形成，然后可以施加到整块 基底上并用于催化转化器中。图4A中显示了催化转化器40的一个实例以 及图4A和4B中显示了整块基底42的一个实例。
催化转化器40包括整块基底42。整块基底42可以由耐高温(例如 100℃或更高)的陶瓷或金属合金形成。合成堇青石是适合用作整块基底 42的镁铝硅酸盐陶瓷材料。铁素体铁-铬-铝合金是适合用作整块基底42 的金属合金的一个实例。整块基底42具有蜂窝状或其它三维结构。
图4B中给出了整块基底42的一部分的放大图。整块基底42包括大 量的平行流动通道44，以允许废气45与催化剂10，10’(包含在涂层46 中)之间的足够的接触面积而不产生过大的压力损失。
涂层46包括本文公开的催化剂10，10’。在一些情况下，涂层46也 可以包括粘合剂材料(例如，溶胶粘合剂等)。涂层46可以通过洗涂或一 些其它类似的方法施加到整块基底42上。
再参考图4A，在催化转化器40中，整块基底42被衬垫48包围，衬 垫48又被绝缘体50包围。上和下壳体52，54(由金属形成)可以位于衬 垫48与绝缘体50之间。绝缘盖56可以位于上壳体52和其上绝缘体50 上方，并且屏蔽58可以邻近于下壳体54和绝缘体50。
催化转化器40可以是用于柴油发动机的DOC。DOC是一种二元催化 转化器，通过分别将它们氧化成水和CO2来消除烃和CO。DOC也可以在 车辆冷启动期间显示NOx储存能力。在这种柴油发动机中，将NOx还原成 水和N2可以在单独的单元中进行，并且可能涉及将尿素注入废气中。
催化转化器40也可以是在理想配比火花点火发动机中使用的TWC。 TWC是一种三元催化转化器，其将NOx还原成N2，分别将HC和CO氧 化成水和CO2。
为了进一步说明本公开，本文给出了一个实例。应当理解，该实例是 为了说明的目的而提供，而不被视为限制本公开的范围。
实例
进行该实例以测试含钯络合物和氧化铝障壁对老化的催化剂中钯分 散、CO氧化和C3H6氧化的影响。
比较样品1包括在浸渍方法中其上负载有钯金属的氧化铝载体。比较 样品1的钯是不稳定的(即，没有结合到其上的稳定的络合物)和未分离 的(即没有形成障壁以分离钯物质)。在此方法中，将硝酸钯水溶液加入 氧化铝粉末中，直到填充氧化铝粉末的所有孔隙。Pd的实际负载量为1.3 重量％。不添加过多的溶液。将浸渍的粉末在空气中干燥过夜，然后在空 气中在550℃下煅烧2小时，以在氧化铝载体上形成分解的钯物质。
比较样品2包括在共浸渍方法中其上负载有含钯络合物(在稳定结构 中钡作为碱土金属)的氧化铝载体。使比较样品2的钯稳定(即，稳定络 合物与其结合)并且未分离(即，没有形成障壁以分离钯络合物)。在此 方法中，将硝酸钯和硝酸钡的水溶液(Pd∶Ba＝1∶5至1∶10(摩尔))加入 氧化铝粉末中，直到填充氧化铝粉末的所有孔隙。Pd的实际负载量为1.3重量％。不添加过多的溶液。将共浸渍的粉末在空气中在室温下干燥过夜， 然后在空气中在350℃至550℃下煅烧2至4小时，以在氧化铝载体上形 成PGM络合物。
比较样品3包括其上负载有钯物质(1.3重量％)(不具有稳定结构， 即不作为PGM络合物)以及在Pd物质周围形成的多孔氧化铝涂层/障壁 的氧化铝载体。比较样品3的钯是不稳定的并分离的(即，形成障壁以分 离钯物质)。对于比较样品3，将具有钯颗粒的氧化铝载体暴露于OH还原 和湿化学方法中。还原和湿化学方法条件如下：将其上负载有钯颗粒的氧 化铝载体在氩气和3％H2的混合物中在400℃下还原2小时(以除去活性 OH基团)；然后将还原的样品暴露于Al(NO3)3溶液以形成混合物；将混合 物在80℃下干燥10小时(过夜)以除去水，然后在500℃下煅烧2小时， 以在氧化铝载体的暴露表面上产生多孔氧化铝涂层(由纳米颗粒和孔隙组 成)。在钯物质上没有形成多孔氧化铝涂层。
样品4包括在共浸渍方法中在其上负载有含钯络合物(在稳定结构中 钡作为碱土金属)，以及在Pd络合物周围形成的多孔氧化铝涂层/障壁的氧 化铝载体。因此使样品4的钯稳定并分离。为了形成Pd络合物，将硝酸 钯和硝酸钡(Pd∶Ba＝1∶5至1∶10(摩尔))的水溶液加入氧化铝粉末中， 直到填充氧化铝粉末的所有孔隙。Pd的实际负载量为1.2重量％。不添加 过多的溶液。将浸渍的粉末在空气中在室温下干燥过夜，然后在空气中在 350℃至550℃下煅烧2至4小时，以在氧化铝载体上形成Pd络合物。为 了形成氧化铝障壁，将其上具有Pd络合物的氧化铝载体暴露于Al(NO3)3溶液中以形成混合物；将混合物在150℃下干燥10分钟以除去水，然后在 500℃下煅烧2小时，以在氧化铝载体的暴露表面上产生多孔氧化铝涂层 (由纳米颗粒和孔隙组成)。在钯络合物上没有形成多孔氧化铝涂层。
样品5与样品4相同，并且以与样品4相同的方式制备，不同之处在 于Pd的实际负载量为0.6重量％。因此使样品5的钯稳定并分离。
将比较样品1、2和3以及样品4和5中的每一个暴露于老化过程。 老化过程涉及将比较样品和样品在空气中暴露于950℃中2小时，并加入 10体积％的水。
老化后，比较样品1、2和3以及样品4和5(即图5中的“A”)的钯 分散(即，表面Pd原子数与Pd原子总数的比)通过化学吸附测定。使用 化学吸附，测量分子(如CO或H2)在PGM金属上的吸附。该测量和样 品中PGM的总质量使得能够确定表面上多少PGM。通常，分散越高，催 化剂操作中PGM利用效率越高。
图5中显示了钯分散结果。如图所示，比较样品1、2和3在老化后 各自具有小于10％的钯分散，而样品4和5在老化后各自具有大于10％ 的钯分散。与样品4和5的老化结果相比，比较样品1的老化结果显著降 低。这些结果表明，比较样品1的非稳定化和未分离的钯经历了烧结和颗 粒生长，而稳定和分离的钯样品4和5即使具有少于50％的钯也降低了烧 结和颗粒生长(将样品5与比较样品1比较)。
虽然比较样品2的稳定和未分离的钯和比较样品3的非稳定和分离的 钯比比较样品1表现更好，但是这两种样品都不及稳定和分离的钯(样品 4和5)。
然后将比较样品1、2和3以及样品4和5在进口温度下暴露于废气 (含有5000ppmCO、500ppm烃(HC)、1.0％O2、5％H2O以及其余为 N2)，以每分钟2℃的速率升高(从100℃至350℃)。空间速度(SV)为 1,500,000cm3g催化剂 -1h-1，其中空间速度是指在单位时间内反应物的进入体 积流速除以反应器体积(或催化剂床体积)的商。测定CO和C3H6的转化 率。
测定比较样品1、2和3以及样品4和5的CO和C3H6的点火温度。 在T50下测量点火温度，T50是CO或C3H6达到50％转化率的温度。T50 较低，越好。CO点火温度如图6A所示以及C3H6点火温度如图6B所示。 对于CO和C3H6氧化，样品4比每个比较样品表现更好，且钯稍微少一些。 这些结果还表明样品4比每个比较样品更具活性。样品5比比较样品1表 现更好，并且对于CO氧化，表现类似于比较样品2和3，即使具有少于 约50％的铂。样品5也比比较样品1和2表现更好，并且对于C3H6氧化， 表现与比较样品3相同，即使具有少于约50％的铂。这些结果也表明样品 5与具有少得多的钯的比较样品活性一样或活性更强。
应当理解，本文提供的范围包括所述范围和在所述范围内的任何值或 子范围。例如，约350℃至约450℃的范围应被解释为不仅包括约350℃至 约450℃的明确陈述的界限，而且还包括单独值，例如375℃、420℃、 425.5℃等，以及子范围，例如约360℃至约415℃等。此外，当使用“约” 来描述值时，这意味着涵盖所述值的微小变化(高达+/-10％)。
在整个说明书中对“该实例”、“另一个实例”、“一个实例”等的引用 意指结合该实例描述的特定元素(例如，特性、结构和/或特征)包括在本 文描述的至少一个实例中，并且可以或可以不存在于其它实例中。此外， 应当理解，除非上下文另有明确规定，否则任何实例的描述元件可以在各 种实例中以任何合适的方式组合。
在描述和要求本文公开的实例中，单数形式“一”和“所述”包括复 数指示物，除非上下文另有明确规定。
虽然已经详细描述了几个实例，但是应当理解，所公开的实例可以被 修改。因此，前面的描述被认为是非限制性的。

Claims (9)

1.一种催化转化器，其包括：
催化剂，其包括：
金属氧化物载体；
原子分散在所述金属氧化物载体上的铂族金属(PGM)络合物，所述铂族金属络合物包括：
选自由铂族金属的原子、包括2个至小于10个原子铂族金属的簇、包括10个或更多原子铂族金属的纳米颗粒以及其组合组成的群组的铂族金属物质；以及
与所述铂族金属物质结合的稳定结构，其中所述稳定结构由碱金属或所述碱土金属、氧原子和氢原子组成；以及
被设置在第一铂族金属络合物与第二铂族金属络合物之间的障壁。
2.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述铂族金属物质与所述碱金属或碱土金属的摩尔比为1∶3至1∶10。
3.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述金属氧化物载体选自由Al2O3、CeO2、ZrO2、CeO2-ZrO2、SiO2、TiO2、ZnO、La0.9FeO3、LaFeO3、LaAlO3、Sr-促进的LaFeO3、Ce-促进的LaFeO3、LaMnO3、或LaCoO3、沸石及其组合组成的群组，以及所述障壁选自由Al2O3、CeO2、ZrO2、CeO2-ZrO2、SiO2、TiO2、ZnO、La0.9FeO3、LaFeO3、LaAlO3、Sr-促进的LaFeO3、Ce-促进的LaFeO3、LaMnO3或LaCoO3及其组合组成的群组。
4.根据权利要求1所述的催化转化器，其中：
所述碱金属选自由锂、钠、钾、铷和铯组成的群组；或
所述碱土金属选自由铍、镁、钙、锶和钡组成的群组。
5.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述铂族金属物质以基于所述催化剂的总重量％的大于0重量％至5重量％的量存在。
6.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述铂族金属选自由钯、铂、铑、钌、锇、铱及其组合组成的群组。
7.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述碱金属或碱土金属通过氧键与所述铂族金属物质结合。
8.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述障壁具有0.05X至10X的高度，其中X是所述第一和第二铂族金属络合物中的至少一者的尺寸。
9.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述金属氧化物载体是惰性氧化物，并且其中所述障壁在所述第一和第二铂族金属络合物中的每一个周围而不是在其上形成。
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