DE102010062966A1

DE102010062966A1 - Edelmetall-Katalysatorpulver, das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzender Gasmessfühler und Gassensor

Info

Publication number: DE102010062966A1
Application number: DE102010062966A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Aichi-pref. Ikeda; Yasufumi Aichi-pref. Suzuki; Hiroshi Aichi-pref. Matsuoka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-07-14
Also published as: US20110139619A1; JP2011123004A; JP4982552B2

Abstract

Ein Edelmetall-Katalysatorpulver, das durch das Verfahren der Co-Präzipitation hergestellt wurde, besteht aus Edelmetall-Legierungsteilchen, die Pt, Pd und Rh enthalten. Die Edelmetall-Legierungsteilchen haben eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Eine Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt, Pd und Rh beträgt nicht mehr als 20 Masse-%. Diese Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt, Pd und Rh wird durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst. Ein Gasmessfühler weist das Edelmetall-Katalysatorpulver auf. Ein A/F-Sensor ist mit dem Gasmessfühler ausgestattet, der das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Edelmetall-Katalysatorpulver, dass dazu genutzt wird, die Verbrennungsteuerung eines in Fahrzeugen eingebauten Verbrennungsmotors durchzuführen, auf Gasmessfühler, die das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzen, und auf Gassensoren, die mit dem Gasmessfühler ausgestattet sind.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In letzter Zeit ist es ein wichtiges Problem für den Erhalt der Umwelt geworden, den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu verbessern, die in Fahrzeugen eingebaut sind. Um dieses schwierige Problem zu bewältigen, um also den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, sind Verbrennungsmotoren mit Benzindirekteinspritzung (GDI) und andere Verbrennungsmotoren, die alternativen Kraftstoff wie CNG (komprimiertes Erdgas) nutzen, eingesetzt worden. Im Folgenden werden die Motoren vom GDI-Typ ”GDI-Motoren” und die Motoren vom CNG-Typ ”CNG-Motoren” genannt. Zusätzlich zu dem oben genannten Trend in letzter Zeit sind Gassensoren, die an die GDI-Motoren und CNG-Motoren anzubringen und anzupassen sind, entwickelt worden und wurden dazu genutzt, die Verbrennungssteuerung von diesen durchzuführen.
Im Einzelnen stößt der GDI-Motor, wenn er gestartet wird, Abgas aus, das unverbranntes Gas enthält, da GDI-Motoren einen anderen Aufbau als herkömmliche Verbrennungsmotoren haben. Außerdem stößt ein solcher CNG-Motor Abgas aus, das verglichen mit dem Abgas, das von gewöhnlichen Verbrennungsmotoren ausgestoßen wird, reicher an Wasserstoffgas (H₂-Gas) ist, da ein solcher CNG-Motor CNG nutzt, das eine andere Zusammensetzung als der Kraftstoff hat, der von gewöhnlichen Verbrennungsmotoren genutzt wird. Dies führt häufig zu dem schwer wiegenden Problem, dass sich die Erfassungssignalabgabe von dem Gassensor verzögert, der in dem GDI-Motor und dem CNG-Motor verwendet wird.
Das oben genannte, herkömmliche, schwere Problem, dass es zu der Abgabeverzögerung des Erfassungssignals von dem Gassensor kommt, entsteht aufgrund einer Differenz der Diffusionsgeschwindigkeit zwischen Wasserstoffgas (H₂-Gas) und anderen Verbrennungsgasen wie Sauerstoffgas (O₂-Gas), die durch eine poröse Diffusionswiderstandsschicht gehen, die in dem Gassensor ausgebildet ist. Und zwar erreicht Wasserstoffgas (H₂-Gas) eine Zielgaselektrode schneller als andere Verbrennungsgase wie Sauerstoffgas (O₂-Gas), wodurch um die Zielgaselektrode in dem Gassensor herum eine Überschussmenge an Wasserstoffgas (H₂-Gas) entsteht. Dies führt zu der Abgabeverzögerung des Erfassungssignals des Gassensors.
Um das oben genannte, herkömmliche Problem zu lösen, gibt es herkömmliche Techniken. Zum Beispiel hat die JP 2007-199046 A einen Gasmessfühler mit einem verbesserten Aufbau vorgeschlagen, bei dem auf einer Außenumfangsfläche einer porösen Diffusionswiderstandsschicht eine katalysatortragende Einfangschicht ausgebildet ist, die einen Edelmetallkatalysator trägt. Durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht geht ein zu erfassendes Zielgas, etwa ein von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas, und erreicht dann die Zielgaselektrode. In dem Gasmessfühler mit dem obigen Aufbau ist auf der Außenumfangsfläche der porösen Diffusionswiderstandsschicht die katalysatortragende Einfangschicht ausgebildet. Die katalysatortragende Einfangschicht trägt Edelmetallkatalysatoren wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium). Wasserstoffgas (H₂-Gas) wird unter Verwendung dieser Edelmetallkatalysatoren oxidiert, um so zu unterbinden, dass Wasserstoffgas (H₂-Gas) die Zielgaselektrode erreicht. Dies verhindert, dass sich das Abgabeerfassungssignal des Gasmessfühlers verzögert.
Allerdings hat die in der JP 2007-199046 A offenbarte, herkömmliche Technik insofern einen Nachteil, als einige der von der katalysatortragenden Einfangschicht getragenen Edelmetallkatalysatoren während des Betriebs des Gasmessfühlers in einer Hochtemperaturumgebung aufgrund der Nähe zum Verbrennungsmotor verdampfen. Dies führt häufig zur Verschlechterung der Katalysatorleistung der Edelmetalle.
Darüber hinaus wird die katalysatortragende Einfangschicht während des Fertigungsvorgangs auf der porösen Diffusionswiderstandsschicht in dem Gasmessfühler ausgebildet, indem eine tragende Einfangschicht in eine Lösung eingetaucht wird, die Edelmetall enthält, und dann gebacken wird. Dies ergibt die katalysatortragende Einfangschicht mit einem Edelmetall, das eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 0,1 μm hat, was eine sehr geringe Größe ist. In einer Hochtemperaturumgebung, zum Beispiel während der Arbeit des Verbrennungsmotors, verdampft demnach leicht etwas von dem Edelmetall, das in der katalysatortragenden Einfangschicht getragen wird.
Darüber hinaus wird von der herkömmlichen Technik während des Fertigungsvorgangs zunächst Pd (Palladium) auf der Oberfläche der katalysatortragenden Einfangschicht abgelagert, und dann wird Rh (Rhodium) auf der katalysatortragenden Einfangschicht abgelagert, wobei Pt (Platin) als Kernelement verwendet wird, wenn Edelmetall-Katalysatorpulver auf der katalysatortragenden Einfangschicht in dem Gasmessfühler aufgebracht wird. Diese herkömmliche Technik erzeugt häufig eine uneinheitliche Verteilung von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) auf der katalysatortragenden Einfangschicht, die auf der porösen Diffusionswiderstandsschicht des Gasmessfühlers ausgebildet ist. Dementsprechend zeigen durch ein REM (Rasterelektronenmikroskop) ermittelte Prüfergebnisse, dass der durch die oben genannte herkömmliche Technik hergestellte Gasmessfühler mehr als 20 Masse-% Standardabweichung beim Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) aufweist, die von der katalysatortragenden Einfangschicht getragen werden.
Andererseits gibt es eine weitere herkömmliche Technik, die die mittlere Teilchengröße des Edelmetalls erhöht, um die Haltbarkeit des Edelmetalls im Gasmessfühler zu verbessern. Allerdings ist es schwierig, das Verdampfen des Edelmetalls völlig zu unterbinden, wenn das im Gasmessfühler getragene Edelmetall eine große mittlere Teilchengröße hat und der Gasmessfühler in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird. Die Verdampfung des im Gasmessfühler getragenen Edelmetalls verringert die Katalysatorleistung des im Gasmessfühler getragenen Edelmetallkatalysators.
Es gibt noch eine weitere herkömmliche Technik, um das oben genannte, herkömmliche Problem zu vermeiden, bei der die katalysatortragende Einfangschicht im Voraus eine große Menge Edelmetall trägt. Allerdings erhöht diese herkömmliche Technik die Fertigungskosten für die Herstellung des Gasmessfühlers, da viel Edelmetall verwendet wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Edelmetall-Katalysatorpulver, einen das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzenden Gasmessfühler und einen mit dem Gasmessfühler ausgestatteten Gassensor zur Verfügung zu stellen. Der das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzende Gasmessfühler und der mit dem Gasmessfühler ausgestattete Gassensor der Erfindung haben eine hervorragende Katalysatorleistung, etwa eine hervorragende Wärmbeständigkeit und eine hohe Haltbarkeit.
Um die obigen Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung ein Edelmetall-Katalysatorpulver vor, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthalten. Im Einzelnen haben die Edelmetall-Legierungsteilchen, die das Edelmetall-Katalysatorpulver bilden, eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Eine Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Platin, Palladium und Rhodium beträgt nicht mehr als 20 Masse-%. Die Standardabweichung beim Gehalt wird durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht aus Edelmetall-Legierungsteilchen, die Platin, Palladium und Rhodium enthalten. Und zwar sorgt die erste Ausgestaltung der Erfindung für eine Edelmetalliegierung, die sich aus Pt (Platin) mit hervorragender Katalysatorleistung, Pd (Palladium) mit hohem Schmelzpunkt, hervorragender Wärmebeständigkeit und hervorragender Oxidationsbeständigkeit (Stabilität in Sauerstoffatmosphäre) und Rh (Rhodium) mit hohem Schmelzpunkt und hervorragender Wärmebeständigkeit zusammensetzt. Die Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung können unterbinden, dass das Edelmetall (insbesondere Pt (Platin)) bei hoher Temperatur unter Sauerstoffatmosphäre verdampft.
Bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung wurde die quantitative Elementaranalyse von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten vorgenommen, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden. Die Erfassungsergebnisse des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung zeigen, dass die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium), die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthalten sind, nicht mehr als 20 Masse-% beträgt. Die Standardabweichung gibt den Grad der Streuung der Zusammensetzung zwischen Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in dem Edelmetall-Katalysatorpulver an.
Das heißt, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung insofern hervorragende Eigenschaften hat, als neben der Tatsache, dass sich eine Legierung aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) ergibt, Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) jeweils gleichmäßig in dem Edelmetall-Katalysatorpulver gemischt sind, während die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 20 Masse-% gehalten wird. Dadurch ist es möglich, dass ein Verdampfen des in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthaltenen Edelmetalls unterbunden wird und dass selbst dann über eine lange Zeitdauer und eine lange Lebensdauer für eine hervorragende Katalysatorleistung, etwa eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hohe Haltbarkeit, gesorgt wird, wenn das Edelmetall-Katalysatorpulver unter harten Bedingungen wie einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird.
Die Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung haben einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Der obige Bereich der mittleren Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen ermöglicht es, dass sich hervorragende Wirkungen beim Unterbinden der Verdampfung des Edelmetalls in dem Edelmetall-Katalysatorpulver und beim Halten des spezifischen Oberfläche der Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver und beim Sicherstellen der hervorragenden Katalysatorleistung des Edelmetall-Katalysatorpulvers ergeben.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Edelmetall-Katalysatorpulver vorgesehen, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Platin und Palladium enthalten. Die Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver haben eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm, und die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Platin und Palladium beträgt nicht mehr als 20 Masse-%. Im Einzelnen wird die Standardabweichung beim Gehalt durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten erfasst, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden.
Das heißt, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung aus Edelmetall-Legierungsteilchen besteht, die Pt (Platin) und Pd (Palladium) enthalten. Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung hat den gleichen Aufbau wie das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung, außer dass es kein Rh (Rhodium) aufweist. Wie im Fall der ersten Ausgestaltung der Erfindung hat das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung selbst dann über eine lange Zeitdauer eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit (Stabilität in Sauerstoffatmosphäre) sowie eine hervorragende Katalysatorleistung, wenn das Edelmetall-Katalysatorpulver unter harten Bedingungen wie einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird.
Obwohl sich das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung aus Pt (Platin) und Pd (Palladium) ohne Rh (Rhodium) zusammensetzt, ist es möglich, hinreichend die hervorragende Wärmebeständigkeit und die hervorragende Haltbarkeit zu halten, da es wie im Fall der ersten Ausgestaltung der Erfindung Pd (Palladium) enthält.
Das heißt, dass es gemäß der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung möglich ist, ein Edelmetall-Katalysatorpulver mit hervorragender Wärmebeständigkeit und hervorragender Haltbarkeit zur Verfügung zu stellen. Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann die Katalysatorleistung über eine lange Zeitdauer halten.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gasmessfühler vorgesehen. Der Gasmessfühler hat einen Festelektrolyt mit Sauerstoffionenleitfähigkeit, eine Zielgaselektrode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyts ausgebildet ist, eine Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolyts ausgebildet ist, und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, die die Zielgaselektrode umgibt. Durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht bewegt sich ein Zielgas hindurch und erreicht dann die Zielgaselektrode. Auf dem Weg, durch den das zu erfassende Zielgas durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht geht, befindet sich das Edelmetall-Katalysatorpulver. Das Edelmetall-Katalysatorpulver ist das zuvor beschriebene Pulver gemäß entweder der ersten oder der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
In dem Gasmessfühler gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung befindet sich auf dem Einlassweg, durch den das zu erfassende Zielgas in die Zielgaskammer eingelassen wird, in der die Zielgaselektrode frei liegt, das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß entweder der ersten Ausgestaltung oder der zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung hat eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hervorragende Haltbarkeit und zeigt die Katalysatorleistung über eine lange Zeitdauer. Das Edelmetall-Katalysatorpulver in dem Gasmessfühler ist daher dazu in der Lage, Wasserstoffgas (H₂-Gas), das in dem zu erfassenden Zielgas enthalten ist, hinreichend zu verbrennen. Außerdem ist der Gasmessfühler dazu in der Lage, seine Katalysatorleistung zu halten, zuverlässig die Entstehung einer inkorrekten Erfassung wie einer Abgabeverzögerung zu verhindern und für eine lange Lebensdauer zu sorgen. Dadurch kann ein Gasmessfühler mit hervorragender Haltbarkeit und hoher Erfassungszuverlässigkeit zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit dem zuvor beschriebenen Gasmessfühler ausgestatteter Gassensor vorgesehen, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration eines bestimmten Gases zu erfassen, das in dem zu erfassenden Zielgas enthalten ist, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird.
Der Gassensor gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Gasmessfühler ausgestattet, der das Edelmetall-Katalysatorpulver aufweist. Dieser Gasmessfühler im Gassensor entspricht dem der dritten Ausgestaltung der Erfindung. Das Edelmetall-Katalysatorpulver entspricht entweder dem der ersten Ausgestaltung oder dem der zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Der Aufbau des Gassensors gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, über eine lange Zeitdauer die Entstehung einer inkorrekten Erfassung wie einer Abgabeverzögerung zu verhindern, die durch das Vorhandensein von im Zielgas enthaltenem Wasserstoffgas (H₂-Gas) erzeugt wird. Der Gassensor gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung hat eine hervorragende Haltbarkeit und eine hohe Erfassungszuverlässigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht, die den Aufbau eines zylinderförmigen Quarzrohrs zeigt, in das verschiedene Arten von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver mit unterschiedlicher Zusammensetzung der Edelmetallkatalysatoren gesetzt werden, um in Ausführungsbeispielen der Erfindung die Beurteilungsprüfung der Prüfproben durchzuführen;
2 eine Ansicht, die die Vorrichtung zeigt, die zum Erfassen einer Wasserstoffreinigungsrate (%) von Edelmetall-Katalysatorpulver verwendet wurde;
3 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einer Katalysatortemperatur (°C) und einer Wasserstoffreinigungsrate (%) von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver nach Abschluss einer Haltbarkeitsprüfung zeigt;
4 eine Ansicht, die gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen der maximalen Standardabweichung (Masse-%) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver nach einer Haltbarkeitsprüfung zeigt;
5 eine Ansicht, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen einer mittleren Teilchengröße (μm) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) von Edelmetall-Legierungsteilchen von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver nach einer Haltbarkeitsprüfung zeigt;
6 eine Ansicht, die gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen einem Gesamtgehalt (Masse-%) an Pt (Platin) und Pd (Palladium) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver nach einer Haltbarkeitsprüfung zeigt;
7 eine Ansicht, die gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen einer spezifischen Oberfläche (m²/g) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver nach einer Haltbarkeitsprüfung zeigt;
8 eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Gasmessfühlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
9 eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Außenflächenteils einer porösen Diffusionswiderstandsschicht zeigt, die in dem in 8 gezeigten Gasmessfühler gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist; und
10 eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Gassensors zeigt, der mit dem Gasmessfühler gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -ziffern in den verschiedenen Darstellungen gleiche oder sich entsprechende Bauteile.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht aus den Edelmetall-Legierungsteilchen. Die Edelmetall-Legierungsteilchen setzen sich aus einer Legierung zusammen, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthält. Das heißt, dass sich die Edelmetall-Legierungsteilchen mit Ausnahme von unvermeidbaren Verunreinigungen grundsätzlich aus drei Arten von Elementen zusammensetzen, und zwar Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium).
Im Einzelnen haben die Edelmetall-Legierungsteilchen eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Wenn die mittlere Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen weniger als 0,2 μm beträgt, besteht die Möglichkeit, dass in einer Hochtemperaturumgebung Edelmetall in den Edelmetall-Legierungsteilchen leicht verdampft.
Wenn die mittlere Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen mehr als 2,0 μm beträgt, besteht andererseits die Möglichkeit, dass die Katalysatorleistung des Edelmetallkatalysators aufgrund einer geringeren Fläche an Pt (Platin), das an der Oberfläche der Edelmetall-Legierungsteilchen frei liegt, abnimmt.
Die Standardabweichung beim Gehalt (Masse-%) jedes Katalysatorelements wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) beträgt nicht mehr als 20 Masse-%, wenn der Gehalt (Masse-%) jedes Elements wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) an mehr als zehn Erfassungspunkten erfasst wurde, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden.
Wenn die Standardabweichung beim Gehalt (Masse-%) von mindestens einem der Elemente Pt (Platin) Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) mehr als 20 Masse-% beträgt, kann nur schwer hinreichend unterbunden werden, dass das Edelmetall in den Edelmetall-Legierungsteilchen in einer Hochtemperaturumgebung verdampft.
Es ist daher vorzuziehen, bei jedem der Katalysatorelemente Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium), die die Edelmetall-Legierungsteilchen bilden, eine Standardabweichung von nicht mehr als 5,0 Masse-% zu haben, um für die Funktion zu sorgen, dass das Verdampfen des Edelmetalls hinreichend unterbunden wird.
Es ist vorzuziehen, dass der Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) im gesamten Edelmetall-Katalysatorpulver nicht weniger als 40 Masse-% beträgt. Dieser Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) im gesamten erfindungsgemäßen Edelmetall-Katalysatorpulver sorgt für die Katalysatorleistung von Pt (Platin), Pd (Palladium) und die Oxidationsbeständigkeitsleistung von Rh (Rhodium) (Stabilität von Rh in oxidativer Atmosphäre).
Wenn der Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) im gesamten Edelmetall-Katalysatorpulver weniger als 40 Masse-% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass es dem Edelmetall-Katalysatorpulver schwer fällt, hinreichend seine Katalysatorleistung zu zeigen, und dass es dem Pd (Palladium) schwer fällt, hinreichend seine Oxidationsbeständigkeitsleistung zu zeigen. Das birgt die Wahrscheinlichkeit, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver nicht hinreichend die verbesserte Haltbarkeit zeigt.
Bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung sind die Edelmetall-Legierungsteilchen, die das Edelmetall-Katalysatorpulver bilden, eine Legierung, die als Katalysatorelemente Pt (Platin) und Pd (Palladium) enthält. Das heißt, dass sich die Edelmetall-Legierungsteilchen mit Ausnahme von unvermeidbaren Verunreinigungen grundsätzlich aus zwei Arten von Katalysatorelementen, und zwar Pt (Platin) und Pd (Palladium), zusammensetzen.
Die Edelmetall-Legierungsteilchen, die das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung bilden, haben eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Wenn die mittlere Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen weniger als 0,2 μm beträgt, besteht wie im Fall der ersten Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, dass in einer Hochtemperaturumgebung leicht Edelmetall in den Edelmetall-Legierungsteilchen verdampft.
Wenn die mittlere Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen mehr als 2,0 μm beträgt, besteht andererseits wie im Fall der ersten Ausgestaltung der Erfindung die Möglichkeit, dass die Katalysatorleistung des Edelmetall-Katalysatorpulvers aufgrund einer geringeren Fläche an Pt (Platin), das auf der Oberfläche der Edelmetall-Legierungsteilchen frei liegt, abnimmt.
Die Standardabweichung beim Gehalt (Masse-%) jedes Elements wie Pt (Platin) und Pd (Palladium) beträgt nicht weniger als 20 Masse-%, wenn der Gehalt (Masse-%) jedes der Katalysatorelemente Pt (Platin) und Pd (Palladium) durch quantitative Elementaranalyse an mehr als zehn Erfassungspunkten erfasst wird, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden.
Wenn die Standardabweichung beim Gehalt (Masse-%) von mindestens einem der Katalysatorelemente Pt (Platin) und Pd (Palladium) mehr als 20 Masse-% beträgt, fällt es wie im Fall der ersten Ausgestaltung der Erfindung schwer, in einer Hochtemperaturumgebung hinreichend ein Verdampfen des Edelmetalls in den Edelmetall-Legierungsteilchen zu unterbinden.
Es ist vorzuziehen, dass die Standardabweichung bei jedem Element, das die Edelmetall-Legierungsteilchen bildet, nicht mehr als 5,0 Masse-% beträgt, um für die Funktion zu sorgen, dass ein Verdampfen des Edelmetalls hinreichend unterdrückt wird.
Bei der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorzuziehen, das Edelmetall-Katalysatorpulver an den frei gewählten Erfassungspunkten unter Verwendung eines Elektronenmikroskops (EM), zum Beispiel eines REM (Rasterelektronenmikroskops), und von EDS (energiedispersiver Röntgenspektroskopie) zu erfassen.
Dieses EDS nutzende Erfassungsverfahren kann die Zusammensetzung und die Streurate der Katalysatorelemente in dem Edelmetall-Katalysatorpulver mit hoher Genauigkeit quantifizieren.
Es ist vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht weniger als 0,9 m²/g hat.
Mit diesem Aufbau kann das Edelmetall-Katalysatorpulver seine hervorragende Katalysatorleistung zeigen. Selbst wenn etwas von der spezifischen Oberfläche des Edelmetall-Katalysatorpulvers durch Verdampfen des in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthaltenen Edelmetalls verloren geht, ist es möglich, die spezifische Oberfläche zu halten, die benötigt wird, um für die Katalysatorleistung zu sorgen. Dies kann die Wirkungen der Erfindung sicherstellen, dass sich die Haltbarkeit des das Edelmetall-Katalysatorpulver nutzenden Gasmessfühlers verbessert.
Es besteht die Möglichkeit, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver keine hinreichende Katalysatorleistung zeigt, wenn die spezifische Oberfläche des Edelmetall-Katalysatorpulvers weniger als 0,9 m²/g beträgt.
Für die spezifische Oberfläche des Edelmetall-Katalysatorpulvers ist es besser, dass sie nicht weniger als 10 m²/g beträgt. Außerdem ist es im Hinblick auf die Fertigung des Edelmetall-Katalysatorpulvers noch mehr vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 35 m²/g hat.
Die dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Gasmessfühler vor, der das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß entweder der ersten Ausgestaltung oder der zweiten Ausgestaltung der Erfindung nutzt. Der Gasmessfühler gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung kann zum Beispiel als ein A/F-Messfühler (Luft-Kraftstoff-Messfühler), ein Sauerstoffmessfühler und ein NOx-Messfühler verwendet werden, wenn er an einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors von Fahrzeugen angebracht wird. Der A/F-Messfühler erfasst auf Grundlage eines Grenzstroms, der entsprechend der Konzentration eines Sauerstoffgases erzeugt wird, das in einem zu erfassenden Zielgas wie einem von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas enthalten ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis). Der Sauerstoffmessfühler erfasst die Konzentration von Sauerstoffgas, das in einem solchen Abgas enthalten ist. Der NOx-Messfühler kann die Konzentration eines Umweltluftschadstoffs wie NOx erfassen. Die erfasste Konzentration an Umweltschadstoff kann dazu verwendet werden, in einer Erfassungsvorrichtung, die sich in dem Abgasrohr befindet, durch das das Abgas von einem Verbrennungsmotor zur Außenseite eines Fahrzeugs ausgestoßen wird, eine Verschlechterung eines Drei-Wege-Katalysators zu erfassen.
Es ist möglich, das Edelmetall-Katalysatorpulver mittels verschiedener Gestaltungen auf der porösen Diffusionswiderstandsschicht des Gasmessfühlers auszubilden, durch die ein zu erfassendes Zielgas geht. Zum Beispiel wird auf der Außenfläche der porösen Diffusionswiderstandsschicht, durch die das Zielgas zu einer Erfassungselektrode in dem Gasmessfühler eingeleitet wird, eine Schicht ausgebildet, die Aluminiumoxidteilchen enthält, von denen das Edelmetall-Katalysatorpulver getragen wird. Es ist auch möglich, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver von anderen Strukturen in dem Gasmessfühler getragen wird.
Die vierte Ausgestaltung der Erfindung sorgt für einen Gassensor, der mit dem zuvor beschriebenen, das Edelmetall-Katalysatorpulver aufweisenden Gasmessfühler ausgestattet ist. Der Gassensor gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung kann zum Beispiel als A/F-Sensor, Sauerstoffsensor und NOx-Sensor eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 10 folgt nun eine Beschreibung des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Erstes Ausführungsbeispiel
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt das Edelmetall-Katalysatorpulver unter Bezugnahme auf 1 bis 3.
1 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau eines zylinderförmigen Quarzrohrs zeigt. Das zylinderförmige Quarzrohr wurde dazu verwendet, verschiedene Arten von Prüfproben an Edelmetall-Katalysatorpulver mit unterschiedlicher Zusammensetzung an Edelmetallkatalysatoren zu erfassen und zu beurteilen. Das heißt, dass das zylinderförmige Quarzrohr dazu verwendet wurde, in den folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen die Beurteilungsprüfung der Prüfproben durchzuführen.
Bei der Beurteilungsprüfung wurden im ersten Ausführungsbeispiel eine Probe E11 und eine Vergleichsprobe C11 eines Edelmetall-Katalysatorpulvers angefertigt. Im ersten Ausführungsbeispiel wurde jeweils die Katalysatorleistung der Probe E11 und der Vergleichsprobe C11 erfasst und beurteilt.
Im ersten Ausführungsbeispiel wurden mittels des Verfahrens der Co-Präzipitation (CPT) wie zuvor beschrieben die Probe E11 und die Vergleichsprobe C11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers angefertigt, die sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzten, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthielten.
Beim Anfertigen der Probe Elf des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde in eine Lösung, die erzielt wurde, indem Chlorplatinsäure, Palladiumchlorid und Rhodiumchlorid so gemischt wurden, dass die Zusammensetzung 45 Masse-% Platin (Pt), 45 Masse-% Pd (Palladium) und 10 Masse-% Rh (Rhodium) betrug, ein Reaktionsreagenz gegeben. Dies ergab die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers.
Die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten erfasst, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden, um den jeweiligen Gehalt (Masse-%) an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in dem Edelmetall-Katalysatorpulver der Probe E11 zu erfassen.
Die Erfassungsergebnisse zeigen, dass der erfasste Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in der Probe E11 jeweils nicht mehr als 20 Masse-% beträgt. Und zwar war die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in dem Edelmetall-Katalysatorpulver der Probe E11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wie folgt:
3,6 Masse-% Pt (Platin);
3,4 Masse-% Pd (Palladium); und
2,0 Masse-% Rh (Rhodium).
Die mittlere Teilchengröße der Probe E11 betrug 0,42 μm.
Andererseits betrug die Standardabweichung beim Gehalt an mindestens einem der Elemente Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in der Vergleichsprobe C11 mehr als 20 Masse-%. Die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in dem Edelmetall-Katalysatorpulver der Vergleichsprobe C11 war wie folgt:
32,0 Masse-% Pt (Platin);
28,0 Masse-% Pd (Palladium); und
4,0 Masse-% Rh (Rhodium).
Die mittlere Teilchengröße der Vergleichsprobe C11 betrug 1,7 μm.
Die obige quantitative Elementaranalyse der Probe E11 und der Vergleichsprobe C11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfolgte unter Verwendung eines Elektronenmikroskops (EM) und von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) mit einer Beschleunigungsspannung kV, die einer Elektronenspannung in einem Bereich von 10 bis 20 eV entsprach, an zehn Erfassungspunkten, die frei gewählt wurden.
Auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse der obigen quantitativen Elementaranalyse wurde der Mittelwert des jeweiligen Gehalts an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) erfasst, und auf der Grundlage des obigen Mittelwerts des Gehalts wurde die Standardabweichung ermittelt.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Erfassungsergebnisse der obigen quantitativen Elementaranalyse der Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Wie oben beschrieben wurde, wurde das folgende Erfassungsergebnis erzielt, indem die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers an zehn Erfassungspunkten erfasst wurde, die frei gewählt wurden. Die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers enthielt neben Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) eine kleine Menge Sauerstoff. Tabelle 1

Erfassungspunkt Nr.	Gehalt (Masse-%)
	Pt	Pd	Rh	O
1	21,5	68,6	8,4	1,5
2	21,7	65,8	18,0	0,0
3	20,2	64,2	14,6	1,0
4	20,5	66,5	12,0	1,0
5	18,9	68,8	11,5	1,8
6	11,0	74,8	12,0	2,2
7	18,8	71,2	9,0	1,0
8	19,9	69,1	10,0	1,0
9	24,5	63,8	10,9	0,8
10	23,1	65,2	9,2	2,5
Mittelwert (Masse-%)	20,0	67,7	11,1	1,2
Standardabweichung (Masse-%)	3,6	3,4	2,0	0,7

Als nächstes erfolgte 50 Stunden lang bei einer Temperatur von 1000°C die Überprüfung der Haltbarkeit (oder die Haltbarkeitsprüfung) des Edelmetall-Katalysatorpulvers.
Wie in 1 gezeigt ist, wurde ein Probenkörper 2 angefertigt, indem nach Abschluss der obigen Haltbarkeitsprüfung das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 und Quarzwolle 21 in ein zylinderförmiges Quarzrohr 22 gesetzt wurden. Die Quarzwolle wurde so platziert, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 an beiden Seiten des zylinderförmigen Quarzrohrs 22 gehalten wurde. Das Zusammensetzungsverhältnis des Edelmetall-Katalysatorpulvers und der Quarzwolle 21 betrug 0,02 g:0,025 g.
Der Probenkörper 2 wurde als nächstes, wie in 2 gezeigt ist, in einen Rohrofen 31 gesetzt, der bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten wurde, und dem Probenkörper 2 in dem Quarzrohr 22 wurde ein Beurteilungsgas 32 zugeführt.
2 ist eine Ansicht, die die Vorrichtung zeigt, die zum Erfassen der Wasserstoffreinigungsraten von Edelmetall-Katalysatorpulver verwendet wurde.
Die Temperatur in dem Rohrofen 31 wurde in einem Bereich von Zimmertemperatur bis 500°C gehalten. Das Beurteilungsgas 32 war ein Gleichgewichtsgas, das sich aus 5000 ppm H₂, aus 2,5% (10 Äquivalent) O₂ und aus N₂ zusammensetzte. Der Durchsatz des Beurteilungsgases 32 betrug 0,8 l/min.
Danach wurden unter Verwendung der in 2 gezeigten Probenentnahmevorrichtung 33 2 ml des Beurteilungsgases 32, die durch das Quarzrohr 22 mit dem Probenkörper 2 gegangen waren, entnommen. Die Temperatur des in dem Quarzrohr 22 befindlichen Edelmetall-Katalysatorpulvers wurde unter Verwendung eines Thermoelements 34 erfasst. Die 2 ml entnommenes Beurteilungsgas 32 wurden durch Gaschromatographie (Säule: MS-5M (50°C)) analysiert, um die Konzentration an Wasserstoffgas (H₂-Gas) zu erfassen, das in dem Beurteilungsgas 32 enthalten war.
Als nächstes wurde wie in 2 gezeigt die Wasserstoffgasreinigungsrate des Beurteilungsgases 32 ermittelt, indem die in dem Beurteilungsgas 32 enthaltene Konzentration an Wasserstoff nach dem Durchgang durch das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 mit der in dem Beurteilungsgas 32 enthaltenen Konzentration an Wasserstoff verglichen wurde, die vorab erfasst wurde, bevor es in den in dem Quarzrohr 22 befindlichen Probenkörper 2 eingespeist wurde.
Es wurde der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Wasserstoffreinigungsrate des Edelmetall-Katalysatorpulvers 1 berechnet. Außerdem wurde eine spezielle Temperatur des Edelmetall-Katalysatorpulvers 1 erfasst, wobei diese spezielle Temperatur die Temperatur des Edelmetall-Katalysatorpulvers 1 war, bei der die Wasserstoffreinigungsrate des Edelmetall-Katalysatorpulvers 1 50% erreichte. Diese spezielle Temperatur wird „Reinigungstemperatur T50 (°C)” genannt.
Das später beschriebene zweite bis fünfte Ausführungsbeispiel werden die Reinigungstemperatur T50 (°C) als eine Standardtemperatur verwenden, bei der der in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthaltene Edelmetallkatalysator aktiviert ist.
3 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur (°C) und der Wasserstoffreinigungsrate (%) der Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zeigt.
Wie sich aus 3 ergibt, hat die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verglichen mit der Wasserstoffreinigungsrate der Vergleichsprobe C11 nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung selbst dann eine hohe Wasserstoffreinigungsrate, wenn die Temperatur des in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthaltenen Katalysators gering ist.
Außerdem betrug die Reinigungstemperatur T50 (°C) der Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 105°C, was drastisch weniger als die Reinigungstemperatur T50 (°C) von 345°C der Vergleichsprobe C11 ist. Das heißt, dass die Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine hervorragende Funktion, ein Verdampfen des Edelmetalls zu unterbinden, eine geringe Verschlechterung der Katalysatorleistung und daher eine hervorragende Katalysatorleistung hat.
Als nächstes folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise und Wirkung der Probe E11 des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel setzt sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammen, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthalten. Das heißt, dass das erste Ausführungsbeispiel Edelmetall-Legierungsteilchen vorsieht, bestehend aus:
Pt (Platin), das eine hervorragende Katalysatorleistung hat;
Pd (Palladium), das einen hohen Schmelzpunkt, eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit (Stabilität in Sauerstoffatmosphäre) hat; und
Rh (Rhodium), das einen hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Wärmebeständigkeit hat.
Das erste Ausführungsbeispiel sorgt für ein Edelmetall-Katalysatorpulver aus Edelmetall-Legierungsteilchen, das dazu in der Lage ist, das Verdampfen des Edelmetalls (insbesondere Pt (Platin)) bei einer hohen Temperatur unter Sauerstoffatmosphäre zu unterbinden.
Im ersten Ausführungsbeispiel erfolgte die quantitative Elementaranalyse von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten, die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver frei gewählt wurden. Die Erfassungsergebnisse des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen, dass die jeweilige Standardabweichung von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium), die in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthalten waren, nicht mehr als 20 Masse-% betrug. Die Standardabweichung gibt das Streuverhältnis in der Zusammensetzung zwischen Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in dem Edelmetall-Katalysatorpulver an.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird mittels des Verfahrens der Co-Präzipitation (CPT) hergestellt. Beim CPT-Verfahren wird in ein Lösungsgemisch aus Chlorplatinsäure, Palladiumchlorid und Rhodiumchlorid ein Reduktionsmittel zugegeben, und Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) werden jeweils gleichzeitig und gleichmäßig ausgeschieden. Das CPT-Verfahren ermöglicht es, das Edelmetall-Legierungspulver aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) mit einer gleichmäßigen Gehaltsverteilung auszubilden und in dem erzeugten Edelmetall-Katalysatorpulver einen Mangel an Gleichmäßigkeit beim Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zu verringern. Dieses CPT-Verfahren wird in dem später beschriebenen zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel genutzt, um verschiedene Arten von Proben herzustellen.
Das heißt, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß der ersten Ausgestaltung insofern hervorragende Merkmale hat, als dass neben der Herstellung der Legierung aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) jeweils gleichmäßig im Edelmetall-Katalysatorpulver gemischt sind, während die jeweilige Standardabweichung von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in einem Bereich von nicht mehr 20 Masse-% gehalten wird. Dies ermöglicht es, das Verdampfen des in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthaltenen Edelmetalls zu unterbinden und selbst dann, wenn das Edelmetall-Katalysatorpulver der Probe E11 unter harten Bedingungen wie einer Hochtemperaturatmosphäre verwendet wird, über eine lange Zeitdauer und eine lange Lebensdauer für eine hervorragende Katalysatorleistung wie eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hohe Haltbarkeit zu sorgen.
Die Edelmetall-Legierungsteilchen, die das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bilden, haben einen mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm. Mit dem obigen Bereich der mittleren Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen ist es möglich, die Wirkung zu erzielen, dass das Verdampfen des Edelmetalls in dem Edelmetall-Katalysatorpulver unterbunden wird, und die spezifische Oberfläche der Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver zu halten und für die hervorragende Katalysatorleistung des Edelmetall-Katalysatorpulvers zu sorgen.
Wie zuvor ausführlich beschrieben wurde, hat das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine hervorragende Wärmebeständigkeit, eine hervorragende Haltbarkeit und eine hervorragende Funktion, auch dann über eine lange Zeitdauer für die Katalysatorleistung zu sorgen, wenn das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter verschiedenen harten Bedingungen verwendet wird.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt zwar ein Edelmetall-Katalysatorpulver, das aus Edelmetall-Legierungsteilchen besteht, die sich hauptsächlich aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zusammensetzen. Allerdings ist das Konzept der Erfindung nicht auf das erste Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es zum Beispiel möglich, das Edelmetall-Katalysatorpulver zu verwenden, das aus Edelmetall-Legierungsteilchen besteht, die sich aus Pt (Platin) und Pd (Palladium) zusammensetzen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Es folgt nun unter Bezugnahme auf 4 eine Beschreibung des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im zweiten Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlicher maximaler Standardabweichung beim Gehalt jedes Elements wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) angefertigt. Diese maximale Standardabweichung ist der Maximalwert der Standardabweichung des Gehalts jedes Elements wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium), das in dem Edelmetall-Katalysatorpulver enthalten ist.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlicher maximaler Standardabweichung hergestellt. Jede Prüfprobe des im zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Edelmetall-Katalysatorpulvers bestand aus Edelmetall-Legierungsteilchen, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthielten. Die Edelmetall-Legierungsteilchen in dem Edelmetall-Katalysatorpulver hatten eine Zusammensetzung von 45 Masse-% Pt (Platin), 45 Masse-% Pd (Palladium) und 10 Masse-% Rh (Rhodium). Die mittlere Teilchengröße der Edelmetall-Legierungsteilchen lag in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm.
Als nächstes wurde im zweiten Ausführungsbeispiel wie in dem zuvor beschriebenen Fall des ersten Ausführungsbeispiels 50 Stunden lang bei einer Temperatur von 1000°C die Haltbarkeitsprüfung für das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
Nach Abschluss der obigen Haltbarkeitsprüfung wurde im zweiten Ausführungsbeispiel die Reinigungstemperatur T50 (°C) des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst.
4 ist eine Ansicht, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen der maximalen Standardabweichung (Masse-%) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) der Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zeigt.
In 4 gibt das Bezugszeichen ”♦” die Reinigungstemperatur T50 (°C) nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung gegenüber der Standardabweichung (Masse-%) des Edelmetall-Katalysatorpulvers an. Das Bezugszeichen ”G1” gibt eine Näherungskurve der Reinigungstemperatur T50 (°C) an.
Wie sich aus der 4 ergibt, ist die Reinigungstemperatur T50 (°C) des Edelmetall-Katalysatorpulvers eine niedrige Temperatur von nahe an und/oder weniger als 100°C, wenn die maximale Standardabweichung des Edelmetall-Katalysatorpulvers nicht mehr als 20 Masse-% beträgt (wenn die jeweilige Standardabweichung der Zusammensetzung aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) nicht mehr als 20 Masse-% beträgt). Das heißt, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Wirkung hat, das Verdampfen des Edelmetalls zu unterbinden, und es dazu in der Lage ist, für eine geringe Verschlechterung der Katalysatorleistung nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zu sorgen. Somit zeigt das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hinreichend die hervorragende Katalysatorleistung.
Andererseits nimmt, wie in 4 gezeigt ist, die Reinigungstemperatur T50 (°C) des Edelmetall-Katalysatorpulvers nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung rasch zu, wenn die Standardabweichung (Masse-%) des Gehalts von mindestens einem der Elemente Pt (Platin), Pd (Palladium), Rh (Rhodium) mehr als 20 Masse-% beträgt. Das heißt, dass sich das Verdampfen des Edelmetalls in dem Edelmetall-Katalysatorpulver in einer Hochtemperaturumgebung nur schwer hinreichend unterbinden lässt. In diesem Fall kommt es nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zu einer starken Verschlechterung der Katalysatorleistung.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dazu in der Lage, über eine lange Zeitdauer für eine hervorragende Wärmebeständigkeit, eine hervorragende Haltbarkeit und eine hervorragende Katalysatorleistung zu sorgen, da es sich aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zusammensetzt und bei Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) jeweils eine maximale Standardabweichung von nicht mehr als 20 Masse-% hat.
Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt zwar ein Edelmetall-Katalysatorpulver, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zusammensetzt. Doch ist das Konzept der Erfindung nicht auf die Zusammensetzung des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es zum Beispiel möglich, das Edelmetall-Katalysatorpulver zu verwenden, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die sich hauptsächlich aus Pt (Platin), Pd (Palladium) zusammensetzen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 5 folgt eine Beschreibung des Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt eine Vielzahl von Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlicher mittlerer Teilchengröße (μm).
Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, wurde im dritten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Prüfproben 21 bis 28 des Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlicher mittlerer Teilchengröße (μm) angefertigt.
Tabelle 2 zeigt das Zusammensetzungsverhältnis und die mittlere Teilchengröße jedes Edelmetall-Katalysatorpulvers. Im Einzelnen haben sämtliche der Prüfproben 21 bis 28 eine Standardabweichung beim Gehalt jedes Elements wie Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) von nicht mehr als 20 Masse-%.
Als Nächstes wurde im dritten Ausführungsbeispiel 50 Stunden lang bei 1000°C die Haltbarkeitsprüfung des Edelmetall-Katalysatorpulvers durchgeführt, und es wurde die Wasserstoffreinigungsrate (%) des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst. Im dritten Ausführungsbeispiel wurde schließlich die Reinigungstemperatur T50 (°C) des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst.

Tabelle 2 zeigt die Erfassungsergebnisse für das Edelmetall-Katalysatorpulver der Proben 21 bis 28 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Tabelle 2

Probe Nr.	Zusammensetzungsverhältnis	mittlere Teilchengröße (μm)	Reinigungstemperatur T50 (°C)
21	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	0,05	325
22	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	0,2	55
23	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	0,5	110
24	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	1,0	190
25	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	2,0	200
26	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	2,5	350
27	Pt/Pd = 5/5	0,5	42
28	Pt/Pd = 9/1	0,1	330

5 ist eine Ansicht, die gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen einer mittleren Teilchengröße und der Reinigungstemperatur T50 (°C) der Edelmetall-Legierungsteilchen des Edelmetall-Katalysatorpulvers nach der Haltbarkeitsprüfung zeigt.
5 zeigt die Reinigungstemperatur T50 (°C) des Edelmetall-Katalysators, der sich aus den Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthalten. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen ”Δ” die Proben 21 bis 26, die ein Zusammensetzungsverhältnis Pt/Pd/Rh von 4,5/4,5/4,1 hatten, das Bezugszeichen ”O” bezeichnet die Prüfprobe 27, die ein Zusammensetzungsverhältnis Pt/Pd von 5/5 hatte, und das Bezugszeichen ”☐” bezeichnet die Prüfprobe 28, die ein Zusammensetzungsverhältnis Pt/Pd von 9/1 hatte.
Wie aus 5 hervorgeht, sorgen die Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers, die eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm haben, für eine Reinigungstemperatur T50 (°C) von nicht mehr als 200°C. Diese Bedingungen von nicht mehr als 200°C ist vorzuziehen und im Gebrauch besser. Das heißt, dass diese Proben für eine hervorragende Funktion, das Verdampfen des Edelmetalls zu unterbinden, eine hervorragende Katalysatorleistung und eine geringe Verschlechterung der Katalysatorleistung nach der Haltbarkeitsprüfung sorgen können.
Andererseits ergeben die Prüfproben 21, 26, 28, die eine mittlere Teilchengröße von weniger 0,2 μm oder von mehr als 2,0 μm haben, nach der Haltbarkeitsprüfung eine Reinigungstemperatur T50 (°C) von mehr als 200°C. Dies macht es schwierig, das Verdampfen des Edelmetalls hinreichend zu unterbinden, und sorgt für eine starke Verschlechterung der Katalysatorleistung nach der Haltbarkeitsprüfung.
Wie oben beschrieben wurde, sorgt ein Edelmetall-Katalysatorpulver, das gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm hat, über eine lange Zeitdauer für einen hervorragenden Wärmewiderstand, eine hervorragende Haltbarkeit und eine hervorragende Katalysatorleistung.
Viertes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 6 folgt nun eine Beschreibung der Katalysatorleistung eines Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlichem Gehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium).
Im vierten Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Prüfproben eines Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlichem Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) angefertigt.
Das Edelmetall-Katalysatorpulver setzt sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zusammen. Jede Prüfprobe hat eine Standardabweichung von nicht mehr als 20 Masse-% beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium). Außerdem setzt sich jede Prüfprobe aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammen, die eine mittlere Teilchengröße von 0,2 μm haben.
Als Nächstes wurde wie im zuvor beschriebenen Fall des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 50 Stunden lang bei 1000°C die Haltbarkeitsprüfung der Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers durchgeführt. Es wurde die Wasserstoffreinigungsrate (%) der Proben des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst. Auf der Grundlage der ermittelten Wasserstoffreinigungsrate (%) wurde die Reinigungstemperatur T50 (°C) der Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers nach der Haltbarkeitsprüfung ermittelt. 6 zeigt die ermittelte Reinigungstemperatur T50 (°C) jeder Prüfprobe an Edelmetall-Katalysatorpulver nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung.
Und zwar ist 6 eine Ansicht, die gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen dem Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) in jeder Prüfprobe des Edelmetall-Katalysatorpulvers und der Reinigungstemperatur T50 (°C) nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zeigt.
In 6 bezeichnet das Bezugszeichen ”☐” die Reinigungstemperatur T50 (°C) nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung gegenüber dem Gesamtgehalt (Masse-%) an Pt (Platin) und Pd (Palladium) in jeder Probe an Edelmetall-Katalysatorpulver. Das Bezugszeichen ”G2” gibt eine Näherungskurve der ermittelten Reinigungstemperatur T50 (°C) jeder Probe an.
Wie aus 6 hervorgeht, beträgt die Reinigungstemperatur T50 (°C) nicht mehr als 200°C, was ein bevorzugter Wert im tatsächlichen Gebrauch ist, wenn der Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) im Edelmetall-Katalysatorpulver nicht weniger als 40 Masse-% beträgt. Das heißt, dass es durch diese Bedingung möglich ist, dass sich hinreichend die hervorragende Katalysatorleistung von Pt (Platin) und die Oxidationsbeständigkeitsleistung von Pd (Palladium) (Stabilität in oxidativer Atmosphäre) zeigen.
Wenn der Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) im Edelmetall-Katalysatorpulver weniger als 40 Masse-% beträgt, besteht andererseits die Möglichkeit, dass die Reinigungstemperatur T50 (°C) nach der Haltbarkeitsprüfung rasch zunimmt, und zwar auf mehr als 200°C. Dadurch kann sich nur schwer die hervorragende Katalysatorleistung von Pt und die Oxidationsbeständigkeitsleistung von Pd (Palladium) zeigen. Das birgt die Wahrscheinlichkeit, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver nicht hinreichend die verbesserte Haltbarkeit zeigt.
Es ist daher vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver einen Gesamtgehalt an Pt (Platin) und Pd (Palladium) von nicht weniger als 40 Masse-% hat.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 7 folgt nun eine Beschreibung eines Edelmetall-Katalysatorpulvers gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das fünfte Ausführungsbeispiel zeigt eine Vielzahl von Prüfproben des Edelmetall-Katalysatorpulvers mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche (m²/g).
Im fünften Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Prüfproben 31 bis 36 an Edelmetall-Katalysatorpulver angefertigt. Tabelle 3 zeigt die im fünften Ausführungsbeispiel verwendeten Prüfproben 31 bis 36. Das Edelmetall-Katalysatorpulver, das die jeweiligen Prüfproben 31 bis 36 bildet, setzt sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammen, die Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) enthalten. Tabelle 3 zeigt außerdem das Zusammensetzungsverhältnis von Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in jeder der aus dem Edelmetall-Katalysatorpulver bestehenden Prüfproben 31 bis 36. Tabelle 3 zeigt außerdem die spezifische Oberfläche (m²/g) jeder der aus dem Edelmetall-Katalysatorpulver bestehenden Prüfproben 31 bis 36.
Im Einzelnen betrug die Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) in jeder Prüfprobe 31 bis 36 nicht mehr als 30%. Außerdem hat jede Prüfprobe 31 bis 36 eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm.

Als Nächstes wurde wie bei dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels 50 Stunden lang bei 1000°C die Haltbarkeitsprüfung der Prüfproben 31 bis 36 durchgeführt. Es wurde die Wasserstoffreinigungsrate (%) jeder Prüfprobe 31 bis 36 erfasst, und auf Grundlage. der erfassten Wasserstoffreinigungsrate (%) wurde die Reinigungstemperatur T50 (°C) berechnet. Die Tabelle 3 und 7 zeigen die Berechnungsergebnisse für jede Prüfprobe 31 bis 36. Tabelle 3

Probe Nr.	Zusammensetzungsverhältnis	mittlere Teilchengröße (μm)	Reinigungstemperatur T50 (°C)
31	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	25,0	45
32	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	12,7	55
33	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	2,7	105
34	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	1,5	115
35	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	0,9	185
36	Pt/Pd/Rh = 4,5/4,5/1	0,4	325

7 ist eine Ansicht, die gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zusammenhang zwischen der spezifischen Oberfläche (m²/g) und der Reinigungstemperatur T50 (°C) jeder Prüfprobe 31 bis 36 nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung zeigt.
In 7 bezeichnet das Bezugszeichen ”♦” die Reinigungstemperatur T50 (°C) nach Abschluss der Haltbarkeitsprüfung gegenüber der spezifischen Oberfläche (m²/g) des Edelmetall-Katalysatorpulvers in jeder Prüfprobe 31 bis 36, und das Bezugszeichen ”G3” gibt eine Näherungskurve der ermittelten Reinigungstemperatur T50 (°C) an.
Wegen der spezifischen Oberfläche (m²/g) von nicht weniger als 0,9 m²/g beträgt die Reinigungstemperatur T50 (°C) jeder Prüfprobe 31 bis 35 nicht mehr als 200°C, was vorzuziehen ist und im tatsächlichen Gebrauch ein besserer Wert ist. Das heißt, dass diese Bedingung es jeder Prüfprobe 31 bis 35 ermöglicht, hinreichend die hervorragende Katalysatorleistung von Pt (Platin) und die Oxidationsbeständigkeitsleistung von Pd (Palladium) (Stabilität in oxidativer Atmosphäre) zu zeigen.
Da die Prüfprobe 36 eine spezifische Oberfläche von weniger als 0,9 m²/g hatte, nahm andererseits die Reinigungstemperatur T50 (°C) rasch zu und betrug mehr als 200°C. Der Zustand der Prüfprobe 36 erschwerte es, dass sich hinreichend die hervorragende Katalysatorleistung des Edelmetall-Katalysatorpulvers zeigte. Die Prüfprobe 36 kann die Katalysatorleistung nicht hinreichend zeigen.
Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht weniger als 0,9 m²/g hat. Außerdem ist es im tatsächlichen Gebrauch vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifischer Oberfläche von nicht weniger als 10 m²/g hat, damit es hinreichend die Katalysatorleistung zeigt. Darüber hinaus ist es unter dem Gesichtspunkt der Fertigung noch mehr vorzuziehen, dass das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht mehr als 35 m²/g hat.
Das fünfte Ausführungsbeispiel zeigt zwar Prüfproben 31 bis 35 aus Edelmetall-Katalysatorpulver, das aus Edelmetall-Legierungsteilchen besteht, die sich hauptsächlich aus Pt (Platin), Pd (Palladium) und Rh (Rhodium) zusammensetzen. Doch ist das Konzept der Erfindung nicht auf das fünfte Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel ist es möglich, das Edelmetall-Katalysatorpulver aus Edelmetall-Legierungsteilchen zu verwenden, die sich aus Pt (Platin) und Pd (Palladium) zusammensetzen.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 folgt nun eine Beschreibung eines Gasmessfühlers und eines mit dem Gasmessfühler ausgestatteten Gassensors gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gasmessfühler gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel nutzt das Edelmetall-Katalysatorpulver gemäß dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt eines Gasmessfühlers 4 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt. Der in 8 gezeigte Gasmessfühler 4 ist in einem Gassensor wie einem Luft-Kraftstoff-Gassensor (A/F-Sensor) eingebaut. Der A/F-Sensor ist dazu in der Lage, auf Grundlage eines Grenzstroms, der einer Sauerstoffkonzentration in einem Zielgas wie einem Abgas entspricht, das von einem in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen. Der Gassensor mit diesem Aufbau wird später ausführlich erläutert.
Der in 8 gezeigte Gasmessfühler 4 setzt sich hauptsächlich aus einem Festelektrolyt 41, einer Zielgaselektrode 42, einer Bezugsgaselektrode 43 und einer porösen Diffusionswiderstandschicht 44 zusammen. Der Festelektrolyt 41 hat Sauerstoffionenleitfähigkeit. Auf einer Oberfläche des Festelektrolyts 41 ist die Zielgaselektrode 42 ausgebildet. Auf der anderen Oberfläche des Festelektrolyts 41 ist die Bezugsgaselektrode 43 ausgebildet.
Wie in 8 gezeigt ist, umgibt die poröse Diffusionswiderstandsschicht 44 die Zielgaselektrode 42. Durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht 44 geht das zu erfassende Zielgas, etwa ein von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenes Abgas, hindurch und erreicht die Zielgaselektrode 42.
Wie in 8 gezeigt ist, ist auf dem Festelektrolyt 41 auf der Seite der Bezugsgaselektrode 43 eine Bezugsgaskammer-Bildungsschicht 46 ausgebildet. Die Bezugsgaskammer-Bildungsschicht 46 besteht aus Aluminiumoxid mit elektrischen Isolationseigenschaften. Die Bezugsgaskammer-Bildungsschicht 46 verhindert den Durchgang von Gasen. In der Bezugsgaskammer-Bildungsschicht 46 ist ein Nutteil 469 ausgebildet. Der Nutteil 469 bildet die Bezugsgaskammer 460, in die als Bezugsgas Atmosphäre eingeleitet wird.
Auf der Oberfläche der Bezugsgaskammer-Bildungsschicht 46, die zu der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der Festelektrolyt 41 aufgeschichtet ist, ist ein Heizungssubstrat 47 aufgeschichtet. Auf dem Heizungssubstrat 47 sind Heizungsteile 471 ausgebildet, so dass die Heizungsteile 471 der Bezugsgaskammer-Bildungsschicht zugewandt sind.
Wie 8 gezeigt ist, ist die poröse Diffusionswiderstandsschicht 44 auf dem Festelektrolyt 41 um die Zielgaselektrode 42 herum ausgebildet. Die poröse Diffusionswiderstandsschicht 44 besteht aus porösem Aluminiumoxid, das Poren hat, die das Zielgas durchlassen können.
Auf der Oberfläche der porösen Diffusionswiderstandsschicht 44, die zu der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der Festelektrolyt 41 ausgebildet ist, ist eine Abschirmschicht 45 aufgeschichtet. Der Abschirmschicht 45 hat elektrische Isolationseigenschaften und einen dichten Aufbau, der Gas am Durchgang hindern kann. Wie in 8 gezeigt ist, ergeben die Abschirmschicht 45, der Öffnungsteil 449 der porösen Diffusionswiderstandsschicht 44 und der Festelektrolyt 41 die Zielgaskammer 440. In das Innere der Zielgaskammer 440 wird das zu erfassende Zielgas, etwa Abgas, eingeleitet.
9 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des Außenflächenteils der porösen Widerstandsschicht 44 zeigt, die in dem in 8 gezeigten Gasmessfühler 4 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist. Wie in 8 und in 9 gezeigt ist, sind auf der Außenfläche des Gasmessfühlers 4 eine Katalysatorschicht 48 und eine schützende Einfangschicht 49 ausgebildet. Die Katalysatorschicht 48 zeigt die Katalysatorleistung. Die schützende Einfangschicht 49 ist dazu in der Lage, katalysatorvergiftendes Material einzufangen, das in dem Zielgas enthalten ist.
Wie in 9 gezeigt ist, besteht die Katalysatorschicht 48 aus Aluminiumoxidteilchen 481, die Edelmetall-Katalysatorpulver 1 tragen, das sich aus den zuvor im ersten bis fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebenen Edelmetall-Legierungsteilchen 11 zusammensetzt. Die schützende Einfangsschicht 9 besteht aus Aluminiumoxidteilchen 491, die eine größere Teilchengröße als die in der Katalysatorschicht 48 enthaltenen Aluminiumoxidteilchen haben.
Als Nächstes folgt unter Bezugnahme auf 10 eine Beschreibung eines Gassensors 5, der mit dem Gasmessfühler 4 ausgestattet ist, der den oben beschriebenen Aufbau hat.
10 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt des mit dem Gasmessfühler 4 ausgestatteten Gassensors 5 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Der in 10 gezeigte Gassensor 5 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist ein A/F-Sensor, der dazu in der Lage ist, auf der Grundlage eines Grenzstroms, der einer Sauerstoffkonzentration in einem Zielgas wie einem Abgas entspricht, das von einem in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) zu erfassen.
Der Gassensor 5 setzt sich aus einem Isolationsglas 51 als einem Isolator, einem Gehäuse 52, einem Atmosphären-Abdeckungsgehäuse 53, einem Element-Abdeckungsgehäuse 54 und dem in den 8 und 9 gezeigten Gasmessfühler 4 zusammen. Das Isolationsglas 51 nimmt den Gasmessfühler 4 auf und trägt es in seinem Inneren. Das Gehäuse 52 nimmt das Isolationsglas 51 auf und trägt es in seinem Inneren. Das Atmosphären-Abdeckungsgehäuse 53 ist bei dem Gassensor 5 an der hinteren Endseite des Gehäuses 52 platziert. Das Atmosphären-Abdeckungsgehäuse 53 hält das Gehäuse 52 an einer Fußseite des Gehäuses 52 in Innendurchmesserrichtung fest. Das Element-Abdeckungsgehäuse 54 ist an der vorderen Endseite des Gehäuses 52 platziert, um den Gasmessfühler 4 vor einer von außen aufgebrachten Beschädigung zu schützen.
Wie in 10 gezeigt ist, hat das Element-Abdeckungsgehäuse 54 einen doppelwandigen Aufbau, der sich aus einem äußeren Abdeckungsgehäuse 541 und einem inneren Abdeckungsgehäuse 542 zusammensetzt. In der Seitenfläche und der Bodenfläche des äußeren Abdeckungsgehäuses 541 und des inneren Abdeckungsgehäuses 542 sind jeweils Gaseinlasslöcher 543 ausgebildet. Durch die Gaseinlasslöcher 543 wird das zu erfassende Zielgas in das Innere des Gassensors 5 eingeleitet. Die vordere Endseite des Gassensors 5 bezeichnet den Teil, durch den das zu erfassende Zielgas in das Innere des Gassensors 5 eingeleitet wird. Das hintere Ende ist der Teil, der zum vorderen Ende in dem Gassensor 5 entgegengesetzt ist.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Arbeitsweise und Wirkungen des mit dem Gasmessfühler 4 ausgestatteten Gassensors 5 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel.
In dem Gasmessfühler 4 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist auf dem Einlassweg, durch den das zu erfassende Zielgas in die Zielgaskammer 440 eingeleitet wird, in der die Zielgaselektrode 42 frei liegt, das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 gemäß dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel platziert.
Wie zuvor bei der Erläuterung des ersten bis fünften Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 in dem Gasmessfühler 4 dazu in der Lage, Wasserstoffgas, das in dem Zielgas enthalten ist, hinreichend zu verbrennen, da das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 eine hervorragende Wärmebeständigkeit und eine hervorragende Haltbarkeit hat und über eine lange Zeitdauer die Katalysatorleistung zeigt. Außerdem ist der Gasmessfühler 4 dazu in der Lage, seine Katalysatorleistung zu halten und über eine lange Zeitdauer zuverlässig das Entstehen einer inkorrekten Erfassung wie einer Abgabeverzögerung zu verhindern. Dies kann dem Gasmessfühler 4 eine hervorragende Haltbarkeit und eine hohe Erfassungszuverlässigkeit verleihen.
Darüber hinaus ist der Gassensor gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel mit dem eingebauten Gasmessfühler 4 ausgestattet, der das Edelmetall-Katalysatorpulver 1 gemäß dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel aufweist. Dieser Aufbau des Gassensors 5 ermöglicht es, über eine lange Zeitdauer zuverlässig das Entstehen einer inkorrekten Erfassung wie einer Abgabeverzögerung zu verhindern, die durch das Vorhandensein von Wasserstoffgasen hervorgerufen wird, die in dem Zielgas enthalten sind. Der Gassensor 5 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel hat eine hervorragende Haltbarkeit und eine hohe Erfassungszuverlässigkeit.
Es wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch wird der Fachmann erkennen, dass im Licht zu der Gesamtlehre dieser Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten entwickelt werden könnten. Dementsprechend sind die hier offenbarten, besonderen Gestaltungen lediglich darstellend gemeint und sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und aller ihrer Äquivalente vorgegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-199046 A [0005, 0006]

Claims

Edelmetall-Katalysatorpulver, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Platin, Palladium und Rhodium enthalten, wobei die Edelmetall-Legierungsteilchen eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm haben und eine Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Platin, Palladium und Rhodium nicht mehr als 20 Masse-% beträgt, wobei die Standardabweichung beim Gehalt durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst wird.
Edelmetall-Katalysatorpulver nach Anspruch 1, wobei der Gesamtgehalt an Platin und Palladium in dem Edelmetall-Katalysatorpulver nicht weniger als 40 Masse-% beträgt.
Edelmetall-Katalysatorpulver, das sich aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Platin und Palladium enthalten, wobei die Edelmetall-Legierungsteilchen eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,2 μm bis 2,0 μm haben und eine Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Platin und Palladium nicht mehr als 20 Masse-% beträgt, wobei die Standardabweichung beim Gehalt durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst wird.
Edelmetall-Katalysatorpulver nach Anspruch 1, wobei das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht weniger als 0,9 m²/g hat.
Edelmetall-Katalysatorpulver nach Anspruch 3, wobei das Edelmetall-Katalysatorpulver eine spezifische Oberfläche von nicht weniger als 0,9 m²/g hat.
Gasmessfühler mit: einem Festelektrolyt mit Sauerstoffionenleitfähigkeit; einer Zielgaselektrode, die auf einer Oberfläche des Festelektrolyts ausgebildet ist; einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolyts ausgebildet ist; einer die Zielgaselektrode umgebenden, porösen Diffusionswiderstandsschicht, durch die ein Zielgas geht und die Zielgaselektrode erreicht; und einem Edelmetall-Katalysatorpulver, das in einem Weg platziert ist, durch den das zu erfassende Zielgas in die poröse Diffusionswiderstandsschicht eingebracht wird, wobei sich das Edelmetall-Katalysatorpulver aus Edelmetall-Legierungsteilchen zusammensetzt, die Platin und zumindest eines der Elemente Palladium und Rhodium enthält, die Edelmetall-Legierungsteilchen eine mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,9 μm bis 2,0 μm haben und eine Standardabweichung beim jeweiligen Gehalt an Platin, Palladium und Rhodium nicht mehr als 20 Masse-% beträgt, wobei die Standardabweichung beim Gehalt durch quantitative Elementaranalyse an nicht weniger als zehn Erfassungspunkten des Edelmetall-Katalysatorpulvers erfasst wird.
Gassensor, der mit dem Gasmessfühler gemäß Anspruch 6 ausgestattet ist und dazu in der Lage ist, die Konzentration eines spezifischen Gases zu erfassen, das in einem zu erfassenden Zielgas enthalten ist.