CN108472629A - 作为零pgm催化剂用于柴油机氧化应用的假板钛矿组合物的氮氧化物氧化活性 - Google Patents
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Abstract
公开了用于柴油机氧化催化剂(DOC)应用的零PGM(ZPGM)催化剂材料。所公开的掺杂假板钛矿组合物包括A位点部分掺杂的假板钛矿组合物，如Sr掺杂和Ce掺杂的假板钛矿组合物，以及B位点部分掺杂的假板钛矿组合物，如Fe掺杂、Co掺杂、Ni掺杂和Ti掺杂的假板钛矿组合物。对所公开的掺杂假板钛矿组合物(包括在各种温度下煅烧)施以DOC标准起燃(LO)试验方法以评估/验证催化剂活性以及测定在假板钛矿组合物内的A位点阳离子或B位点阳离子中使用掺杂物的效果。所公开的掺杂假板钛矿组合物表现出比本体粉末假板钛矿高的NO氧化催化剂活性，由此表明在假板钛矿组合物内的A位点阳离子或B位点阳离子中使用掺杂物时改进的热稳定性和催化剂活性。
Description
背景
本公开的领域
本公开总体上涉及用于柴油机氧化催化剂(DOC)系统的催化剂材料，更具体涉及具有改进的起燃(light-off)(LO)性能和催化活性的假板钛矿(Pseudo-Brookite)催化剂材料。
背景信息
柴油机提供优异的燃料效率。但是，广泛应用柴油机的技术障碍之一是在总柴油机排气系统内需要附加的稀燃氮氧化物(NOX)排气部件。传统的稀燃NOX排气部件在制造上昂贵并且是与配备柴油机的车辆相关的溢价定价的关键成因。不同于可含有等量的氧化剂(O2和NOX)和还原剂(CO、H2和烃)的汽油机排气，柴油机排气由于燃烧在高得多的空燃比(>20)下发生而含有过量O2。这种富氧环境使得NOX的脱除困难得多。
传统的柴油机排气系统使用柴油机氧化催化剂(DOC)技术并被称作柴油机氧化催化剂(DOC)系统。通常，DOC系统包括基底结构，在其上沉积助催化氧化物。然后在该助催化氧化物上沉积基于铂族金属(PGM)的双金属催化剂。
尽管PGM催化剂材料对有毒排放物控制有效并已由排放控制工业商品化，但PGM材料稀缺且昂贵。这种高成本仍然是这些催化剂材料广泛应用的关键因素。因此，需要提供表现出与使用PGM催化剂材料的DOC系统表现出的催化性质基本类似或更好的催化性质的较低成本DOC系统。
概述
本公开描述了用于柴油机氧化催化剂(DOC)应用的零PGM(ZPGM)催化剂材料，其包括以通式AB2O5表示的假板钛矿氧化物，其中A和B位点都作为阳离子且A和B位点可互换。适用于形成假板钛矿催化剂的示例性材料包括但不限于银(Ag)、锰(Mn)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、铁(Fe)、镨(Pr)、钕(Nd)、锶(Sr)、镉(Cd)、钴(Co)、钪(Sc)、铜(Cu)、铌(Nb)和钨(W)。在一些实施方案中，所述ZPGM假板钛矿催化剂材料，如YMn2O5假板钛矿本体粉末使用传统合成方法制成。
在另一些实施方案中，所述A位点和/或B位点阳离子可以部分被贱金属掺杂。在这些实施方案中，AB2O5假板钛矿催化剂内的A位点和/或B位点阳离子可以部分被贱金属掺杂，贱金属包括但不限于Sr、Ce、Fe、Co、Ni和Ti等。
在一个实例中，所述A位点阳离子被Sr或Ce取代，产生以通式(Y1-xAx)Mn2O5表示的假板钛矿组合物，其中x＝0.01至0.5。在另一实例中，所述B位点阳离子被Fe、Co、Ni或Ti取代，产生以通式Y(Mn2-xBx)O5表示的假板钛矿组合物，其中x＝0.01至0.5。
在一些实施方案中，使用X-射线衍射(XRD)分析法分析/测量不同的掺杂假板钛矿组合物的假板钛矿相形成和热稳定性。在这些实施方案中，然后分析XRD数据以测定各种掺杂假板钛矿组合物的结构是否保持稳定。如果任何掺杂假板钛矿组合物的结构变得不稳定，在该ZPGM催化剂材料内形成新相。在这些实施方案基础上，不同煅烧温度会产生不同的掺杂假板钛矿相。
在一些实施方案中，XRD分析表明所公开的掺杂假板钛矿催化剂在使用硝酸盐燃烧技术在大约800℃至大约1000℃的温度范围内煅烧时稳定。
在一些实施方案中，对所公开的掺杂假板钛矿组合物施以DOC标准起燃(LO)试验方法以评估/验证催化剂活性。在这些实施方案中，使用流动反应器在大约54,000h-1的空速(SV)下进行DOC LO试验。在这些实施方案基础上，所公开的掺杂假板钛矿组合物表现出比本体粉末假板钛矿高的NO氧化催化剂活性，由此在假板钛矿催化剂内的A位点阳离子或B位点阳离子中使用掺杂剂时表现出改进的热稳定性。
在一些实施方案中，在A位点阳离子中包括掺杂物的所公开的掺杂假板钛矿组合物表现出比在B位点阳离子中包括掺杂物的所公开的掺杂假板钛矿组合物高的NO氧化活性。在这些实施方案中，所公开的掺杂假板钛矿催化剂可提供在DOC应用内显著改进的ZPGM催化剂材料。
从与经此引用并入本文的可说明本公开的实施方案的附图一起作出的下列详述中可看出本公开的许多其它方面、特征和益处，
附图简述
参照下列附图可以更好地理解本公开。附图中的部件并非必然成比例，而是着重于说明本公开的原理。在附图中，标号是指不同视图中的相应部件。
图1是说明根据一个实施方案的作为Co掺杂的假板钛矿组合物并在大约800℃下煅烧的示例性B位点部分掺杂假板钛矿催化剂的X-射线衍射(XRD)相稳定性分析的图示。
图2是说明根据一个实施方案的作为Ce掺杂的假板钛矿组合物并在大约800℃下煅烧的示例性A位点部分掺杂假板钛矿催化剂的XRD相稳定性分析的图示。
图3是说明根据一个实施方案的作为Ce掺杂的假板钛矿组合物并在大约1000℃下煅烧的示例性A位点部分掺杂假板钛矿催化剂的XRD相稳定性分析的图示。
图4是说明根据一个实施方案的与各自在大约800℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的比较DOC起燃(LO)试验结果的图示。
图5是说明根据一个实施方案的与各自在大约1000℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的DOC LO试验结果的比较的图示。
图6是说明根据一个实施方案的与各自在大约800℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Ti掺杂的假板钛矿组合物、Ni掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的比较DOC LO试验结果的图示。
图7是说明根据一个实施方案的与各自在大约1000℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Ti掺杂的假板钛矿组合物、Ni掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的DOC LO试验结果的比较的图示。
详述
在此参照构成本文的一部分的附图中所示的实施方案详细描述本公开。可以使用其它实施方案和/或可以作出其它改变而不背离本公开的精神或范围。详述中描述的示例性实施方案无意限制本文提出的主题。
定义
本文所用的下列术语具有下列定义：
“煅烧”是指在空气存在下在低于固体材料的熔点的温度下施用于固体材料以引起热分解、相变或除去挥发分的热处理过程。
“催化剂”是指可用于一种或多种其它材料的转化的一种或多种材料。
“转化”是指至少一种材料化学变化成一种或多种其它材料。
“柴油机氧化催化剂(DOC)”是指利用化学过程破坏柴油机排气料流内的污染物以将它们转化成较不有害的组分的装置。
“假板钛矿”是指可通过用合适的非铂族金属部分取代元素“A”和“B”贱金属形成的具有AB2O5材料结构的ZPGM催化剂。
“T50”是指50％材料转化时的温度。
“X-射线衍射(XRD)分析”是指检验结晶材料结构，包括原子排列、结晶尺寸和瑕疵以识别未知结晶材料(例如矿物、无机化合物)的快速分析技术。
“零铂族金属(ZPGM)催化剂”是指完全或基本不含铂族金属的催化剂。
附图描述
本公开描述了用于柴油机氧化催化剂(DOC)应用的具有假板钛矿催化剂的零PGM(ZPGM)催化剂材料。在一些实施方案中，假板钛矿催化剂部分被合适的贱金属掺杂以改进NO氧化以及降低DOC起燃(LO)温度。在这些实施方案中，假板钛矿组合物包括以通式YxMn2O5表示的钇(Y)。
在另一些实施方案中，假板钛矿催化剂用通式AB2O5表示，其中A和B位点都作为阳离子且A和B位点可互换。
在这些实施方案中，假板钛矿催化剂内的A位点或B位点阳离子被贱金属取代，贱金属包括但不限于Sr、Ce、Fe、Co、Ni和Ti等。在这些实施方案基础上，A位点阳离子被Sr或Ce取代，产生以通式(Y1-xAx)Mn2O5表示的假板钛矿组合物，其中x＝0.01至0.5。该掺杂假板钛矿组合物的组成式的实例描述在表1中。
表1.掺杂假板钛矿组合物(A位点取代)
| 掺杂物 | 组成 |
| Sr | (Y0.9Sr0.1)Mn2O5 |
| Ce | (Y0.9Ce0.1)Mn2O5 |
在另一些实施方案中，B位点阳离子被Fe、Co、Ni或Ti取代，产生以通式Y(Mn2-xBx)O5表示的假板钛矿组合物，其中x＝0.01至0.5。掺杂假板钛矿组合物的组成式的实例描述在表2中。
表2.掺杂假板钛矿组合物(B位点取代)
| 掺杂物 | 组成 |
| Fe | Y(Mn1.9Fe0.1)O5 |
| Co | Y(Mn1.9Co0.1)O5 |
| Ni | Y(Mn1.9Ni0.1)O5 |
| Ti | Y(Mn1.9Ti0.1)O5 |
所公开的掺杂假板钛矿组合物用于生产ZPGM催化剂系统的催化剂涂层。
ZPGM假板钛矿材料组成和制备
在一些实施方案中，使用硝酸盐燃烧技术制造所公开的ZPGM假板钛矿组合物。在这些实施方案中，制备通过混合适当量的Y硝酸盐溶液、Mn硝酸盐溶液和水开始，以对YMn2O5假板钛矿催化剂适当的大约1∶2的摩尔比(Y∶Mn)制得Y-Mn溶液。在这些实施方案基础上，然后将Y-Mn溶液在大约300℃至大约400℃烧制以使硝酸盐燃烧。在这些实施方案中，烧制产生Y-Mn固体材料。在这些实施方案基础上，研磨Y-Mn固体材料，然后在大约800℃至大约1000℃的温度范围内煅烧大约5小时。在这些实施方案中，研磨和煅烧产生Y-Mn粉末。然后将煅烧的Y-Mn粉末再研磨成细粒粉末，产生YMn2O5假板钛矿催化剂。
在一个实例中，A位点掺杂的假板钛矿组合物包括式Y0.9A0.1Mn2O5，其中A＝Ce或Sr。在这一实例中，使用如上所述的硝酸盐燃烧方法。在一些实施方案中，硝酸盐燃烧方法在将适当量的Y硝酸盐溶液、Ce硝酸盐(或Sr硝酸盐)和Mn硝酸盐溶液与水混合开始，以大约0.9∶0.1∶2的适当摩尔比(Y∶A∶Mn)制得Y-A-Mn溶液时。在这些实施方案中，然后将Y-Mn溶液在大约300℃至大约400℃烧制以使硝酸盐燃烧。在这些实施方案基础上，烧制产生Y-Mn固体材料。在这些实施方案中，研磨Y-Mn固体材料并在大约800℃至大约1000℃的温度范围内煅烧大约5小时。在这些实施方案基础上，研磨和煅烧产生Y-Mn粉末。然后将煅烧的Y-Mn粉末再研磨成具有式Y0.9Ce0.1Mn2O5或Y0.9Sr0.1Mn2O5的掺杂假板钛矿组合物的细粒粉末。
在另一实例中，B位点掺杂的假板钛矿组合物包括式YMn1.9B0.1O5，其中B＝Fe、Co、Ni或Ti。在这一实例中，使用如上所述的硝酸盐燃烧方法。在一些实施方案中，硝酸盐燃烧方法在混合适当量的Y、Mn和掺杂元素如Fe、Co、Ni或Ti的硝酸盐溶液时开始，以大约1∶1.9∶0.1的适当摩尔比(Y∶Mn∶B)制得Y-Mn-B溶液。在这些实施方案中，然后将Y-Mn溶液在大约300℃至大约400℃烧制以使硝酸盐燃烧。在这些实施方案基础上，研磨Y-Mn材料并在大约800℃至大约1000℃的温度范围内煅烧大约5小时。在这些实施方案中，研磨和煅烧产生Y-Mn粉末。然后将煅烧的Y-Mn粉末再研磨成具有式YMn1.9Fe0.1O5、YMn1.9Co0.1O5、YMn1.9Ni0.1O5或YMn1.9Ti0.1O5的掺杂假板钛矿组合物的细粒粉末。
为了测定所公开的掺杂假板钛矿组合物的相形成和热稳定性，进行X-射线衍射(XRD)分析。
X-射线衍射分析
在一些实施方案中，使用X-射线衍射(XRD)分析法分析/测量不同的掺杂假板钛矿组合物的假板钛矿相形成和热稳定性。在这些实施方案中，然后分析XRD数据以测定各种掺杂YMn2O5假板钛矿的结构是否保持稳定。如果任何掺杂YMn2O5假板钛矿组合物的结构变得不稳定，则在该ZPGM催化剂材料内形成新相。在这些实施方案基础上，不同煅烧温度会产生不同的掺杂YMn2O5假板钛矿相。
在一些实施方案中，在粉末衍射仪上使用Cu Ka射线在大约15°-100°的2-θ范围内以大约0.02°的步幅和大约1秒停留时间测量XRD图谱。在这些实施方案中，将管电压和电流分别设定为大约40kV和大约30mA。使用International Centre for Diffraction Data(ICDD)数据库分析所得衍射图谱以识别相形成。粉末衍射仪的实例包括可获自of Woodlands,TX,USA的MiniFlexTM粉末衍射仪。
图1是说明根据一个实施方案的作为Co掺杂的假板钛矿组合物并在大约800℃下煅烧的示例性B位点部分掺杂假板钛矿催化剂的X-射线衍射(XRD)相稳定性分析的图示。
在图1中，XRD分析100包括XRD谱102和相线104。在一些实施方案中，XRD谱102显示Co掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Co0.1O5)谱且相线104显示YMn2O5假板钛矿相。在这些实施方案中，如相线104所示，在煅烧后产生YMn2O5假板钛矿相并以斜方晶结构排列。因此，Co掺杂的假板钛矿组合物是稳定的。
在另一些实施方案中，对Co掺杂的假板钛矿组合物进行XRD分析(未显示在图1中)，其在大约1000℃下煅烧。在这些实施方案中，XRD分析表明存在假板钛矿相，由此证实该假板钛矿组合物的热稳定性。在这些实施方案基础上，当使用在大约1000℃的煅烧温度下的硝酸盐燃烧方法时，在Co掺杂的假板钛矿组合物内产生YMn2O5板钛矿相和CoMnO3钙钛矿相。
在一些实施方案中，对都在大约800℃和大约1000℃下煅烧的Ni掺杂和Fe掺杂的假板钛矿组合物进行XRD分析(未显示在图1中)。在这些实施方案中，XRD分析表明Ni掺杂和Fe掺杂的假板钛矿组合物表现出与上述Co掺杂的假板钛矿组合物类似的结果。
在另一些实施方案中，对Ti掺杂的假板钛矿组合物进行XRD分析(未显示在图1中)，其在大约800℃下煅烧。在这些实施方案中，XRD分析表明不存在结晶假板钛矿相；只存在非晶材料。在这些实施方案基础上，在大约1000℃下煅烧后，只产生假板钛矿相。
在一些实施方案中，对所公开的掺杂假板钛矿组合物进行XRD分析(未显示在图1中)，其在大约600℃下煅烧。XRD分析表明在此温度下没有产生微晶(crystallite)假板钛矿相，产生非晶材料。
图2是说明根据一个实施方案的作为Ce掺杂的假板钛矿组合物并在大约800℃下煅烧的示例性A位点部分掺杂假板钛矿催化剂的XRD相稳定性分析的图示。
在图2中，XRD分析200包括XRD谱202和相线204。在一些实施方案中，XRD谱202显示Ce掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Ce0.1Mn2O5)谱且相线204显示假板钛矿相。在这些实施方案中，如相线204所示，在煅烧后在Ce掺杂的假板钛矿组合物内产生YMn2O5假板钛矿相。
图3是说明根据一个实施方案的作为Ce掺杂的假板钛矿组合物并在大约1000℃下煅烧的示例性A位点部分掺杂假板钛矿催化剂的XRD相稳定性分析的图示。
在图3中，XRD分析300包括XRD谱302和相线304。在一些实施方案中，XRD谱302显示Ce掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Ce0.1Mn2O5)谱且相线304显示假板钛矿相。在这些实施方案中，如相线304所示，在煅烧后在Ce掺杂的假板钛矿组合物内产生YMn2O5假板钛矿相。
在另一些实施方案中，对Sr掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Sr0.1Mn2O5)进行XRD分析(未显示在图3中)。在这些实施方案中，XRD分析表明当使用在大约800℃下或在大约1000℃下的硝酸盐燃烧方法时，更容易形成YMn2O5假板钛矿相。在这些实施方案基础上，当使用在大约1000℃的煅烧温度下的硝酸盐燃烧方法时，Sr掺杂的假板钛矿组合物稳定。
在一些实施方案中，对所公开的掺杂假板钛矿组合物施以DOC标准起燃(LO)试验方法以评估/验证催化剂活性。
DOC标准起燃试验
在一些实施方案中，对本体粉末YMn2O5假板钛矿、A位点掺杂的假板钛矿组合物和B位点掺杂的假板钛矿组合物进行DOC标准起燃(LO)试验方法。在这些实施方案中，使用流动反应器进行LO试验，其中以大约40℃/min的速率将温度从大约75℃提高到大约400℃以测量CO、HC和NO转化率。在这些实施方案基础上，用于该试验的气体进料包括大约100ppmNOX、1,500ppm CO、大约4％CO2、大约4％H2O、大约14％O2和大约430ppm C3H6的组成和大约54,000h-1或大约100,000h-1的空速(SV)。在这些实施方案中，在DOC LO试验过程中，没有形成N2O和NH3。
在一些实施方案中，进行DOC LO试验以测定在假板钛矿催化剂内的A位点中使用掺杂物的效果。
图4是说明根据一个实施方案的与各自在大约800℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的比较DOC起燃(LO)试验结果的图示。
在图4中，DOC LO试验400包括转化率曲线402(带有三角形的实线)、转化率曲线404(带有圆形的实线)和转化率曲线406(带有正方形的实线)。在一些实施方案中，转化率曲线402显示本体粉末YMn2O5假板钛矿的NO转化率，转化率曲线404显示Sr掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Sr0.1Mn2O5)的NO转化率且转化率曲线406显示Ce掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Ce0.1Mn2O5)的NO转化率。在这些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出高氧化催化剂活性，其在大约350℃的温度下氧化NO多达80％。在这些实施方案基础上，对于NO氧化，如在T50值中观察到，Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物都表现出在较低温度下的较低氧化催化剂活性。在一些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出305℃的T50，Sr掺杂的假板钛矿组合物的T50值出现在大约250℃；且Ce掺杂的假板钛矿组合物的T50值出现在大约257℃。在这些实施方案中，Ce掺杂的假板钛矿组合物表现出在大约325℃的温度下大约93％的较高NO最大转化率。在这些实施方案基础上，Ce掺杂的假板钛矿组合物表现出比本体粉末假板钛矿高的NO氧化活性。
图5是说明根据一个实施方案的与各自在大约1000℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的DOC LO试验结果的比较的图示。
在图5中，DOC LO试验500包括转化率曲线502(带有三角形的实线)、转化率曲线504(带有圆形的实线)和转化率曲线506(带有正方形的实线)。在一些实施方案中，转化率曲线502显示本体粉末YMn2O5假板钛矿的NO转化率，转化率曲线504显示Sr掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Sr0.1Mn2O5)的NO转化率且转化率曲线506显示Ce掺杂的假板钛矿组合物(Y0.9Ce0.1Mn2O5)的NO转化率。在这些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出在大约375℃的温度下氧化NO多达65％的NO氧化催化剂活性。在这些实施方案基础上，对于NO氧化，Sr掺杂的假板钛矿组合物和Ce掺杂的假板钛矿组合物都表现出更高的氧化催化剂活性。在这些实施方案中，Sr掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达72％，且Ce掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达74％。在一些实施方案中，所公开的掺杂假板钛矿组合物表现出比本体粉末YMn2O5假板钛矿高的NO氧化催化剂活性，由此表明在假板钛矿催化剂内的A位点中使用掺杂物时改进的热稳定性和催化剂活性。
在另一些实施方案中，进行DOC LO试验以测定在假板钛矿催化剂内的B位点中使用掺杂物的效果。
图6是说明根据一个实施方案的与各自在大约800℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Ti掺杂的假板钛矿组合物、Ni掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的比较DOC LO试验结果的图示。
在图6中，DOC LO试验600包括转化率曲线602(带有三角形的实线)、转化率曲线604(带有菱形的实线)、转化率曲线606(带有十字的实线)、转化率曲线608(带有圆形的实线)和转化率曲线610(带有正方形的实线)。在一些实施方案中，转化率曲线602显示本体粉末YMn2O5假板钛矿的NO转化率，转化率曲线604显示Ti-掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Ti0.1O5)的NO转化率，转化率曲线606显示Ni掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Ni0.1O5)的NO转化率，转化率曲线608显示Fe掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Fe0.1O5)的NO转化率，且转化率曲线610显示Co掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Co0.1O5)的NO转化率。
在这些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出高NO氧化催化剂活性，其在大约350℃的温度下氧化NO多达80％。在这些实施方案基础上，Ni掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物表现出高NO氧化催化剂活性。Ni掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达73％，Fe掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达72％，且Co掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达75％。在这些实施方案中，Ti掺杂的假板钛矿组合物没有表现出NO氧化活性。NO氧化活性的缺失表明Ti掺杂物影响假板钛矿催化剂的活性。这种活性缺失归因于在大约800℃的煅烧温度下不存在假板钛矿相。
在一些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出比所公开的掺杂假板钛矿组合物高的NO氧化催化剂活性。在这些实施方案中，B位点掺杂的假板钛矿没有提高假板钛矿组合物的NO氧化。在这些实施方案基础上，Ni掺杂的假板钛矿在大约265℃至大约325℃的温度范围内表现出LO温度的轻微改进，从而与本体粉末假板钛矿相比改进了NO转化。
图7是说明根据一个实施方案的与各自在大约1000℃下煅烧的本体粉末YMn2O5假板钛矿、Ti掺杂的假板钛矿组合物、Ni掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物相关的NO转化率的DOC LO试验结果的比较的图示。
在图7中，DOC LO试验700包括转化率曲线702(带有三角形的实线)、转化率曲线704(带有菱形的实线)、转化率曲线706(带有十字的实线)、转化率曲线708(带有正方形的实线)和转化率曲线710(带有圆形的实线)。在一些实施方案中，转化率曲线702显示本体粉末YMn2O5假板钛矿的NO转化率，转化率曲线704显示Ti掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Ti0.1O5)的NO转化率，转化率曲线706显示Ni掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Ni0.1O5)的NO转化率、转化率曲线708显示Fe掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Fe0.1O5)的NO转化率，且转化率曲线710显示Co掺杂的假板钛矿组合物(YMn1.9Co0.1O5)的NO转化率。在这些实施方案中，本体粉末YMn2O5假板钛矿表现出高NO氧化催化剂活性，其在大约375℃的温度下氧化NO多达65％。在这些实施方案基础上，对于NO氧化，Ti掺杂的假板钛矿组合物、Fe掺杂的假板钛矿组合物和Co掺杂的假板钛矿组合物都表现出更高的氧化催化剂活性。在这些实施方案中，Ti掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达76％，Fe掺杂的假板钛矿组合物在大约350℃的温度下氧化NO多达77％，且Co掺杂的假板钛矿组合物在大约325℃的温度下氧化NO多达82％。在一些实施方案中，所公开的掺杂假板钛矿组合物表现出比本体粉末YMn2O5假板钛矿高的NO氧化催化剂活性，由此表明在假板钛矿催化剂内的B位点中使用掺杂物时改进的热稳定性和催化剂活性。
在一些实施方案中，DOC LO试验400、500、600和700表明A位点部分取代的掺杂假板钛矿催化剂和B位点部分取代的假板钛矿催化剂都表现出在较低LO温度下的NO转化和NO氧化的改进。在A位点掺杂的假板钛矿组合物中尤其证实了这样的改进。
在一些实施方案中，当在大约800℃下进行煅烧时，A位点取代的掺杂假板钛矿催化剂，如Ce掺杂的假板钛矿组合物和Sr掺杂的假板钛矿组合物表现出比B位点取代的掺杂假板钛矿催化剂高的NO转化催化活性。在另一些实施方案中，当在大约1000℃下进行煅烧时，A位点掺杂的假板钛矿催化剂和B位点掺杂的假板钛矿催化剂都表现出比本体粉末YMn2O5假板钛矿高的NO转化催化剂活性。因此，所公开的掺杂假板钛矿催化剂可提供在DOC应用中显著改进的ZPGM催化剂材料。
尽管已经公开了各种方面和实施方案，但可能想出其它方面和实施方案。本文中公开的各种方面和实施方案用于举例说明并且无意构成限制，由下列权利要求书指示真实范围和精神。
Claims (20)
1.一种催化剂组合物，其包含通式Y1-xAxMn2-yByO5的假板钛矿结构化合物，其中所述假板钛矿结构化合物包括钇和锰，其中选自x和y中的至少一种大于0，且其中A和B是选自铈(Ce)、锶(Sr)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和钛(Ti)的阳离子。
2.权利要求1的催化剂组合物，其中A是选自Ce和Sr的阳离子，且其中x是大约0.01至大约0.5。
3.权利要求2的催化剂组合物，其中x是大约0.1。
4.权利要求2的催化剂组合物，其中A是Ce。
5.权利要求2的催化剂组合物，其中A是Sr。
6.权利要求2的催化剂组合物，其中所述催化剂组合物在大约800℃至大约1000℃的温度下煅烧。
7.权利要求1的催化剂组合物，其中B是选自Fe、Co、Ni和Ti的阳离子，且其中y是大约0.1至大约0.5。
8.权利要求7的催化剂组合物，其中y是大约0.1。
9.权利要求7的催化剂组合物，其中B是选自Fe、Co和Ti的阳离子，且其中所述催化剂组合物在大约1000℃的温度下煅烧。
10.权利要求7的催化剂组合物，其中B是Fe。
11.权利要求7的催化剂组合物，其中B是Co。
12.权利要求7的催化剂组合物，其中B是Ti。
13.权利要求7的催化剂组合物，其中B是Ni。
14.权利要求13的催化剂组合物，其中所述催化剂组合物在大约800℃的温度下煅烧。
15.权利要求7的催化剂组合物，其中所述催化剂组合物在大约800℃至大约1000℃的温度下煅烧。
16.权利要求1的催化剂组合物，其中所述催化剂组合物在大约800℃至大约1000℃的温度下煅烧。
17.权利要求1的催化剂组合物，其中A是选自Ce和Sr的阳离子，其中B是选自Fe、Co、Ni和Ti的阳离子，其中x大于0，且其中y大于0。
18.权利要求17的催化剂组合物，其中x是大约0.01至大约0.5。
19.权利要求17的催化剂组合物，其中y是大约0.01至大约0.5。
20.权利要求18的催化剂组合物，其中y是大约0.01至大约0.5。
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