JP2003181293A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒

Info

Publication number
JP2003181293A
JP2003181293A JP2002296386A JP2002296386A JP2003181293A JP 2003181293 A JP2003181293 A JP 2003181293A JP 2002296386 A JP2002296386 A JP 2002296386A JP 2002296386 A JP2002296386 A JP 2002296386A JP 2003181293 A JP2003181293 A JP 2003181293A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
exhaust gas
supported
carrier
gas purifying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002296386A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4348928B2 (ja
Inventor
Yusuke Ito
祐介 伊藤
Kazunobu Ishibashi
一伸 石橋
Hiroshi Tamura
央 田村
Keiji Miyake
慶治 三宅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002296386A priority Critical patent/JP4348928B2/ja
Publication of JP2003181293A publication Critical patent/JP2003181293A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4348928B2 publication Critical patent/JP4348928B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒成分のシンタリングが抑制され、経時的
に安定して触媒性能を発揮する排気ガス浄化用触媒を提
供する。 【解決手段】 同じ担体上にPtとPdの少なくとも一
方(M)、及び遷移金属から選択された少なくとも1種
(X)(Pt、Pd、Au、及びRhを除く)、並びに所望
によりRhが担持されたことを特徴とする排気ガス浄化
用触媒である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温雰囲気下での
触媒成分のシンタリングが顕著に抑制され、高い耐久性
能を有する触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジン等の内燃機関から排出
される排気ガスには、一酸化炭素(CO)、炭化水素(H
C)、窒素酸化物(NOX)等が含まれ、これらの有害物質
は、一般に、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(P
d)、ロジウム(Rh)等の貴金属を触媒成分とする排気
ガス浄化用触媒によって浄化される。
【0003】これらの排気ガス浄化用触媒は、通常、金
属酸化物の担体に上記の触媒成分を担持して構成される
が、これらの有害物質の浄化反応を効率的に促進するた
めには、触媒成分が排気ガスとの高い接触面積を呈する
ように、担体上に触媒成分が高分散に担持されることが
必要である。そして、この高分散の担持状態が、排気ガ
ス雰囲気下で経時的に維持されることが必要である。
【0004】例えば、自動車用エンジンの排気ガス浄化
用触媒の場合、常温と約1000℃の間で温度が繰り返
して変動し、かつ比較的HCとCOの濃度が高くてO2
濃度が低い還元性雰囲気と、比較的HCとCOの濃度が
低くてO2濃度が高い酸化性雰囲気が繰り返される条件
下で、触媒成分の高分散の担持状態が維持される必要が
ある。
【0005】しかしながら、上記の貴金属の触媒成分に
は、こうした雰囲気に長期間曝されると、触媒成分が担
体上を移動して肥大化した粒子を形成する、いわゆるシ
ンタリングを生じる性質がある。このため、触媒成分
は、排気ガスとの高い接触面積を維持することができ
ず、排気ガスの浄化性能が経時的に低下するという問題
がある。
【0006】ところで、本出願人は、先に、RhとPt
が別々の担体に担持され、さらにNOX吸蔵材と遷移金
属が別々の担体に担持された排気ガス浄化用触媒を提案
し(特許文献1)、また、種々の合金触媒が担持された
排気ガス浄化用触媒を提案している(特許文献2)。し
かし、これらの文献に開示の触媒系では、触媒成分のシ
ンタリング抑制に関する顕著な効果は見出されていな
い。
【0007】
【特許文献1】特開平10−33984号公報
【特許文献2】特開平11−156193号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、かかる触媒成分のシンタリングが抑制され、経時的
に安定して高い触媒性能を発揮する触媒を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、同じ担体
上にPtとPdの少なくとも一方(M)、及び遷移金属か
ら選択された少なくとも1種(X)(Pt、Pd、Au、
及びRhを除く)が担持されたことを特徴とする排気ガ
ス浄化用触媒によって達成される。即ち、本発明の触媒
は、第1の態様において、PtとPdの少なくとも一方
(M)、及び遷移金属から選択された少なくとも1種(X)
が、同じ担体に担持されて構成される触媒である。
【0010】また、上記の目的は、同じ担体上にPtと
Pdの少なくとも一方(M)、及び遷移金属から選択され
た少なくとも1種(X)(Pt、Pd、Au、及びRhを
除く)が共存する合金粒子が担持されてなることを特徴
とする排気ガス浄化用触媒によって達成される。即ち、
本発明の触媒は、第2の態様において、PtとPdの少
なくとも一方(M)、及び遷移金属から選択された少なく
とも1種(X)が担体上で合金粒子を形成した触媒であ
る。
【0011】また、上記の目的は、同じ担体上にPtと
Pdの少なくとも一方(M)、遷移金属から選択された少
なくとも1種(X)(Pt、Pd、Au、及びRhを除
く)、及びRhが担持されたことを特徴とする排気ガス
浄化用触媒によって達成される。即ち、本発明の触媒
は、第3の態様において、PtとPdの少なくとも一方
(M)、遷移金属から選択された少なくとも1種(X)、及
びRhの触媒成分が、同じ担体に担持されて構成される
触媒である。
【0012】さらに、上記の目的は、同じ担体上にPt
とPdの少なくとも一方(M)、遷移金属から選択された
少なくとも1種(X)(Pt、Pd、Au、及びRhを除
く)、及びRhが共存する合金粒子が担持されてなるこ
とを特徴とする排気ガス浄化用触媒によって達成され
る。即ち、本発明の触媒は、第4の態様において、Pt
とPdの少なくとも一方(M)、遷移金属から選択された
少なくとも1種(X)、及びRhが担体上で合金粒子を形
成した触媒である。
【0013】こうした本発明の触媒において、シンタリ
ングが抑制され、高い排気ガス浄化性能を継続して発揮
することができるメカニズムは、以下のように考えられ
る。第1の態様の触媒は、PtとPdの少なくとも一方
(M)、及び遷移金属から選択された少なくとも1種(X)
を、また第3の態様の触媒は、PtとPdの少なくとも
一方(M)、遷移金属から選択された少なくとも1種
(X)、及びRhを、例えば、溶解性の金属化合物の溶液
を用いて担体上に担持して調製することで、触媒成分
は、担体の表面全体に、極めて微細な高分散の状態で担
持されることができる。
【0014】このようにして調製された触媒は、高分散
の担持状態の触媒成分により、高い初期活性の触媒性能
を発揮することができる。次いで、高温の排気ガスに長
期間曝されることにより、触媒成分のシンタリングが生
じるが、ここで、第1の態様の触媒は、シンタリングに
よって第2の態様の触媒に移行し、また第3の態様の触
媒は、シンタリングによって第4の態様の触媒に移行
し、この第2及び第4の態様の触媒においては、実質的
にシンタリングが停止し、むしろ初期活性よりも高い触
媒性能を発揮する。
【0015】即ち、PtとPdの少なくとも一方(M)、
及び遷移金属 (X)、又はPtとPdの少なくとも一方
(M)、遷移金属 (X)、及びRhが、同じ担体に高分散
の状態で担持されたこれらの触媒成分は、高温の排気ガ
スに曝されることにより担体上を移動し、担体上で合金
粒子を形成する。そして、一旦この合金粒子が形成され
ると、高温の排気ガスにさらに曝されても、粒子径のそ
れ以上の肥大化が起こらず、触媒成分の高分散の担持状
態が維持され、むしろ初期活性よりも高い触媒性能を継
続して発揮することができる。
【0016】こうした第1又は第3の態様の触媒から第
2又は第4の態様の触媒に移行し、第2及び第4の態様
の触媒においては実質的にシンタリングが停止すること
は、後述の実施例に記載するように、透過型電子顕微鏡
(TEM)による形態観察によって実証されている。この
ように、本発明は、PtとPdの少なくとも一方(M)、
及び遷移金属 (X)が、又はPtとPdの少なくとも一
方(M)、遷移金属 (X)、及びRhが、シンタリングに
よって、これらの成分が共存する合金粒子を形成し、そ
れによって以降のシンタリングが停止するといった特異
な現象に基づくものである。
【0017】このような現象が起きる理由は、必ずしも
明らかではないが、本発明者は以下のように推測する。
担体上のPtとPdの少なくとも一方(M)と微量の遷移
金属(X)は、シンタリングによって、図1(a)に示すよ
うな数原子層のM-Xバイメタリックシェルを形成し、
それによって、Pt又はPdの気相を介した移動等の原
子移動が抑制される。このシェルの厚さは数原子層と極
めて薄いため、Mの活性は実質的に阻害されない。
【0018】このシェルは角を有して形成される傾向に
あり、即ち、担体と格子整合性を有して結晶化するた
め、粒子のランダムウォーク等の粒子移動が抑制され、
したがって、粒子を担体に固定する作用を奏し、さら
に、Rhは高融点であるため、このM-X粒子に対して
ピン止め効果を与え、これらの作用により、以降のシン
タリングが停止されるものと考えられる。このほか、図
1(b)に示すような、高融点のM-X-Rhトリメタリッ
クシェルがPt又はPdの周囲に形成され、これにより
同様に、原子移動と粒子移動が抑制されることも考えら
れる。
【0019】そして、このようにして移動を抑制された
M−X又はM-X-Rhの微細な合金粒子は、高温の排気
ガス雰囲気に曝される中で、電子状態が触媒性能に関し
て最適化され、それによって、初期活性よりもむしろ高
い触媒性能が持続されるものと考えられる。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の第1の態様は、担体上に
PtとPdの少なくとも一方(M)、及び遷移金属から選
択された少なくとも1種(X)が担持されたことを特徴と
する排気ガス浄化用触媒である。この担体は、アルミ
ナ、シリカ、ジルコニアのような酸化物のほか、シリカ
-アルミナ、ジルコニア-セリア、アルミナ-セリア-ジル
コニア、セリア-ジルコニア-イットリア、ジルコニア-
カルシアのような複合酸化物からなり、平均粒子径が1
μm以下の微粒子からなるものが好適に使用可能であ
る。
【0021】このような担体にPt又はPdを担持する
のは、例えば、白金ジニトロジアンミンPt(NH3)
2(NO2)2、塩化白金酸H2PtCl6・6H2O等の白金
化合物を用い、又は硝酸パラジウムPd(NO3)2、塩化
パラジウムPdCl2等のパラジウム化合物を用い、蒸
発乾固法、含浸法、沈殿法、イオン交換法、吸着法、還
元析出法等によって行うことができる。
【0022】遷移金属の担持は、同様に、遷移金属の硝
酸塩、塩化物、酢酸塩、炭酸塩等を用い、蒸発乾固法、
含浸法、沈殿法、イオン交換法、吸着法、還元析出法等
によって行うことができる。好ましくは、遷移金属の担
持は、水溶液中で遷移金属のイオンを生成する化合物の
水溶液に還元剤を添加し、遷移金属のイオンを還元する
ことによって不溶性にし、遷移金属の粒子を析出させる
仕方により行う。
【0023】具体的には、遷移金属の硝酸塩、硫酸塩、
塩化物、酢酸塩、炭酸塩等の化合物を、上記のPtとP
dの少なくとも一方を担持した担体の水系スラリーに溶
解させ、このスラリーに、クエン酸三ナトリウム二水和
物C65Na37・2H2O、ヒドラジンN24、チオ
硫酸ナトリウムNa223、チオ硫酸カリウムK2 2
3、チオ硫酸アンモニウム(NH4)223、亜硫酸ナ
トリウムNa2SO3、ホウ水素化物、次亜リン酸塩、ク
エン酸塩、ギ酸CH22、シュウ酸CH24等の還元剤
(錯体を形成させる錯化剤としての機能も兼ねる)と、L-
アスコルビン酸ナトリウムC676Na、エチレンジ
アミン四酢酸塩等の緩衝剤を添加して遷移金属のイオン
を還元し、遷移金属の微粒子を析出させる。
【0024】ここで、還元剤、錯化剤、及び緩衝剤は硫
黄を含まないものを用いることが好ましい。硫黄を含む
ものを用いると、PtもしくはPdの周囲に硫黄が残留
し、被毒状態となるからである。
【0025】こうした還元析出によれば、直径約1nm
(ナノメートル)以下のレベルの遷移金属の微粒子を、実
質的に全てPt又はPdの上に析出させることが比較的
容易である。
【0026】Rhの担持は、例えば、硝酸ロジウムRh
(NO3)3、塩化ロジウムRhCl3・4H2O等のロジウ
ム化合物を用い、蒸発乾固法、含浸法、沈殿法、イオン
交換法、吸着法、還元析出法等によって行うことができ
る。これら触媒成分の担持の順序として、好ましくは、
先ず担体上にPtとPdの少なくとも一方が担持される
が、次いで上記の仕方で担持する遷移金属とRhは、担
持の順序はいずれを先にしてもよい。
【0027】なお、本発明における用語「遷移金属」
は、周期律表の3A〜7A族、8族、及び1B族のd-
ブロック元素とf-ブロック元素を含む元素であり(但
し、Pt、Pd、Au、及びRhを除く)、チタン(T
i)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(M
n)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅
(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオ
ブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ラン
タン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)、
ネオジム(Nd)が例示され、より好ましくは、マンガ
ン、鉄、コバルト、ニッケル、イットリウム、モリブデ
ン、ルテニウム、銅、セリウム、ネオジムである。
【0028】このようにして得られる第1の態様の触媒
は、好ましくは、X/Mの質量比が0.005〜0.3、
より好ましくは0.01〜0.2であり、第3の態様の触
媒は、好ましくは、X/Mの質量比が0.005〜0.
3、より好ましくは0.01〜0.2であり、かつRh/
Mの質量比が0.05〜0.5、より好ましくは0.05
〜0.3となるように原料比を調節して調製される。な
お、担体上にPt及び/又はPd、遷移金属、及びRh
以外の金属成分が、Pt、Pd、遷移金属、及びRhの
合計質量を基準に数質量%以下の量で含まれていても、
本発明の目的と効果において許容されることができる。
【0029】第2又は第4の態様の触媒は、第1又は第
3の態様の触媒を高温雰囲気に長期間曝すことにより発
現し、即ち、第1又は第3の態様の触媒に含まれる触媒
成分のPt及び/又はPd、遷移金属、及びRhは、担
体上を移動してこれらが1つの粒子の中に共存する合金
粒子を形成し、この合金粒子が担体に担持された状態の
第2又は第4の態様の触媒が形成される。
【0030】この第2及び第4の態様の触媒において、
触媒成分のPt及び/又はPd、遷移金属、及びRh
は、これらの合計質量を基準に少なくとも50質量%、
より好ましくは少なくとも75質量%が、直径0.5〜
20nm、より好ましくは、直径0.5〜10nmの極
めて微細な粒子として存在し、この粒子の中に含まれる
触媒成分のX/M、Rh/Mの質量比は、第1又は第3
の態様の触媒と同等である。
【0031】この第2及び第4の態様の触媒が、高温の
雰囲気下で一旦形成されると、高温の排気ガスにさらに
曝されても、合金粒子のそれ以上の肥大化が実質的に起
こらず、触媒成分の高分散の担持状態が維持され、むし
ろ初期活性よりも高い触媒性能を継続して発揮すること
ができる。
【0032】本発明の触媒を通常のハニカム型排気ガス
浄化用触媒に適用するには、第1又は第3の態様の触媒
をモノリス担体にウォッシュコート等により担持するこ
とでよく、排気ガス浄化用触媒として使用される過程
で、又は場合によりこの調製時の焼成工程で、第2又は
第4の態様の触媒が発現する。
【0033】なお、一般的なγ-アルミナ等の酸化物を
担体として第1又は第3の態様の触媒を調製し、この触
媒を自動車等の内燃機関の排気ガス浄化用触媒に実用す
る場合、ジルコニア-セリア、アルミナ-セリア-ジルコ
ニア、セリア-ジルコニア-イットリアのようなセリウム
含有複合酸化物を第1又は第3の態様の触媒と混合して
担持することで、より一層の安定した排気ガス浄化性能
を発揮させることができる。以下、実施例によって本発
明をより具体的に説明する。
【0034】
【実施例】−触媒の調製− 以下に記載した仕方により、表1に摘要を示す実施例と
比較例の触媒を調製した。ここで、実施例の触媒は、い
ずれもγ-アルミナ粉末(比表面積約180m2/g)を担
体として用い、この粉末の上にPt、遷移金属、及びR
hを担持し、比較例ではγ-アルミナ粉末のほかに、ジ
ルコニア粉末(比表面積約70m2/g)を担体として用
い、いずれの例も担持される全触媒成分の量を、担体と
の合計質量を基準に2質量%とした。
【0035】実施例1 γ-アルミナ粉末を担体として用い、これにジニトロジ
アンミン白金溶液を含浸させ、次いで乾燥と大気中で5
00℃×2時間の熱処理を行い、γ-アルミナ粒子の上
に1.58質量%のPtが担持された粉末を得た。
【0036】このPt担持γ-アルミナ粉末の30gを
200ccの30℃のイオン交換水に分散させ、得られ
たスラリーに、下記の試薬を下記の濃度となる量で順次
に添加し、穏やかな攪拌下に24時間置くことで硝酸ニ
ッケルNi(NO3)2・6H2OからNiを還元析出させ
た。 Ni(NO3)2・6H2O 2.30×10-2質量% C676Na 1.00質量% C65Na37・2H2O 2.00×10-1質量%
【0037】この還元析出の後、スラリーを濾過・洗浄
し、大気中で120℃×2時間の乾燥を行い、さらに大
気中で500℃×2時間の熱処理を行って、0.1質量
%のNiを担持した。得られたPt-Ni担持γ-アルミ
ナに硝酸ロジウム水溶液を含浸させ、次いで、乾燥と大
気中で500℃×2時間の熱処理を行って0.316質
量%のRhを担持し、γ-アルミナ粉末の上に合計で2
質量%の触媒成分(Pt/Rh/Niの質量比=79.2
/15.8/5)が担持された第3の態様の触媒Aを得
た。
【0038】実施例2〜4 実施例1と同様に、γ-アルミナ粉末にジニトロジアン
ミン白金を用いてPtを担持し、硝酸ニッケルNi(N
3)2・6H2Oを用いてNiを還元析出させ、次いで硝
酸ロジウムを用いてRhを担持させる際において、これ
らの薬剤の量を調節し、表1に摘要を示す第3の態様の
触媒B〜Dを得た。
【0039】実施例5 Pt担持γ-アルミナにNiを還元析出させた後、硝酸
ロジウム、アスコルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナ
トリウム(NaBH4)を用いて60℃のスラリーを調製
し、Niと同様にRhを還元析出させた以外は実施例2
と同様にして、表1に摘要を示す第3の態様の触媒Eを
得た。
【0040】実施例6 Pt担持γ-アルミナに、先に含浸によってRhを担持
し、次いで還元析出によってNiを担持した以外は実施
例2と同様にして、表1に摘要を示す第3の態様の触媒
Fを得た。
【0041】実施例7 Pt担持γ-アルミナに、先に、塩化ロジウム、アスコ
ルビン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウムを用いて
60℃の還元析出によってRhを担持し、次いで同様に
して還元析出によってNiを担持した以外は実施例2と
同様にして、表1に摘要を示す第3の態様の触媒Gを得
た。
【0042】実施例8〜15 遷移金属化合物として、硝酸コバルトCo(NO3)2、硝
酸鉄Fe(NO3)2・2H2O、硝酸セリウム(NO3)3
硝酸マンガン(NO3)2、硝酸ネオジムNd(NO 3)2・6
2O、硝酸イットリウムY(NO3)3、塩化モリブデン
MoCl5、塩化ルテニウムRuCl4を用い、Pt担持
γ-アルミナに、実施例2と同様にして、アスコルビン
酸ナトリウム、クエン酸三ナトリウム二水和物を用い
て、これらの遷移金属化合物から遷移金属を還元析出さ
せ、次いで、実施例2と同様にして、含浸によってRh
を担持し、表1に摘要を示す第3の態様の触媒H〜Oを
得た。
【0043】実施例16 実施例1と同様にして、ジニトロジアンミン白金を用い
てγ-アルミナ粉末の上にPtを含浸担持し、次いで硝
酸ニッケルを用いてNiを還元析出させ、2.14質量
%のPtと0.286質量%のNiが担持されたγ-アル
ミナ粉末を得た。別に、ジルコニア粉末(比表面積約7
0m2/g)を担体として用い、この担体上に、硝酸ロジ
ウム水溶液を用いて、1質量%のRhを含浸担持し、R
h担持ジルコニア粉末を得た。これらのPt-Ni、R
hがそれぞれ別々の担体に担持されたPt-Ni担持γ-
アルミナ粉末、Rh担持ジルコニア粉末を7:3の質量
比で乳鉢を用いて混合し、表1に概要を示す第1の態様
の触媒Pを得た。
【0044】比較例1 実施例1と同様にしてジニトロジアンミン白金を用いて
γ-アルミナ粒子の上に2質量%のPtを含浸担持した
粉末を、触媒成分がPtのみの比較例の触媒aとした。
【0045】比較例2 Niを還元析出せず、原料比を変えた以外は、実施例1
6と同様にして調製したものを、比較例の触媒bとし
た。
【0046】比較例3 原料比を変えた以外は実施例1と同様にして、ジニトロ
ジアンミン白金を用いてγ-アルミナ粒子の上にPtを
含浸担持し、次いで硝酸ロジウムを用いて、実施例1と
同様にしてRhを含浸担持したものを、比較例の触媒c
とした。
【0047】比較例4 原料比を変えた以外は実施例1と同様にして、ジニトロ
ジアンミン白金を用いてγ-アルミナ粒子の上にPtを
含浸担持し、次いで塩化ロジウムを用いて、実施例7と
同様にしてRhを還元析出させたものを、比較例の触媒
dとした。
【0048】−触媒性能の評価− 上記の実施例の触媒A〜Pと比較例の触媒a〜dを、そ
れぞれ圧縮・解砕し、直径約1〜3mmのペレット状の
触媒に成形した。これらの触媒の各2.0gを、実験室
用の排気ガス浄化性能評価装置の反応管内部に設置し、
下記に示す組成のA/F=14.7のモデル雰囲気ガス
を流通させ、触媒床温度を20℃/分の速度で昇温させ
ながら、700℃、800℃、又は1000℃の温度に
高め、それらの温度に3時間曝す耐久処理に供した。 A/F=14.7のモデル雰囲気ガス組成: 0.16%CO+2400ppmC36+1000ppmNO +14.5%CO2+0.57%O2+10%H2O (残余N2
【0049】次いで反応管内部に、下記に示す組成のA
/F=14.6(ストイキ)のモデル雰囲気ガスを流通さ
せ、400℃×5分間の前処理の後、触媒床温度を10
℃/分の速度で降温させながら、C36の50%浄化温
度(T50)を測定した。このモデル雰囲気ガスの流量は
6.0リットル/分/0.015g触媒成分とした。 A/F=14.6のモデル雰囲気ガス組成: 0.65%CO+1000ppmC36+1500ppmNO +10%CO2+0.7%O2+5%H2O (残余N2) このようにして測定された各触媒の1000℃耐久処理
後におけるT50を表1にまとめて示す。
【0050】
【表1】
【0051】図2は、触媒Bと触媒bについて、耐久処
理前と、700℃、800℃、及び1000℃で3時間
の耐久処理後のT50を示すものである。ここで、触媒B
と触媒bでは、耐久処理による排気ガス浄化性能の変化
が全く相違することが分かる。
【0052】即ち、比較例の触媒bでは、耐久処理に供
することによって排気ガス浄化性能が初期性能より低下
し、耐久処理温度が高くなるほど浄化性能が低下すると
いった通常の変化を示している。これに対し、本発明の
触媒Bは、耐久処理の温度が700℃、800℃、10
00℃と高くなるにしたがってT50が低下しており、耐
久処理に供することによって、排気ガス浄化性能が初期
性能よりも向上するといった、従来の触媒には見られな
い極めて特異な変化を示している。
【0053】図3は、Pt/Rh/Mの質量比がいずれ
も75/15/10の本発明の触媒と比較例の触媒、及
び触媒成分がPtのみの比較例の触媒について、100
0℃×3時間の耐久処理後のT50を示すものである。こ
の図3の結果より、同じ担体上にPt、遷移金属、及び
Rhの3成分を担持した本発明の触媒はいずれも、Pt
のみを担持した比較例の触媒a、3成分を含むがRhを
別の担体に担持した触媒Pよりも顕著に耐久性能が高い
ことが分かる。
【0054】−合金触媒の形態観察− 上記の実施例と比較例の各触媒について、耐久処理の前
後で、透過型電子顕微鏡(TEM)による形態観察と、エ
ネルギー分散型X線分光分析(EDX)による電子顕微鏡
像のスポット領域における元素分析を行った。耐久処理
の前では、各触媒はいずれも、分解能約1nmのTEM
において金属粒子は観察されず、EDXからは、担体の
表面の全体に触媒成分の存在が分析された。この結果か
ら、耐久処理の前では、担持した触媒成分は、明確な粒
子の形態を有しない極めて微細な状態で存在しているも
のと判断される。
【0055】これに対し、耐久処理の後では、実施例と
比較例の各触媒について、図4〜5のTEM像に見られ
るように、シンタリングによって成長した金属粒子が観
察された。図4は、触媒BをA/F=14.7の条件で
1000℃×3時間の耐久処理に供した後のTEM像で
あり、直径約2〜3nmの金属粒子が見られる。この金
属粒子をEDXによって元素分析したところ、Pt、N
i、及びRhの3成分が分析され、1つの粒子の中にこ
れらの3成分が共存することが確認された。
【0056】図5は、同様に、触媒bをA/F=14.
7の条件で1000℃×3時間の耐久処理に供した後の
TEM像であり、シンタリングによって成長した直径約
40〜60nmの金属粒子が見られる。
【0057】これらのTEM像とEDX分析より次のこ
とが分かる。分解能約1nmのTEMによって観察され
ない微細な耐久処理前の触媒成分は、耐久処理によって
シンタリングし、分解能約1nmのTEMによって観察
される大きさの粒子に成長する。
【0058】しかしながら、第3の態様の触媒から発現
する触媒成分が共存した第4の態様の触媒は、1000
℃×3時間といった厳しい促進された耐久処理の後であ
っても、粒子径が約2〜3nmと極めて微細な状態が維
持されており、したがって、かかる第4の態様の触媒の
微細な担持状態は、自動車エンジン用排気ガス浄化用触
媒の通常の使用条件下では、長期間にわたって維持され
ることができる。これに対し、比較例の触媒では、かか
る微細な粒子径を大きく上回る粒子に成長しており、シ
ンタリングによって到達する触媒成分の粒子径には格段
の相違が見られる。
【0059】また、このように、本発明の触媒において
粒子径が極めて微細な段階でシンタリングが停止するこ
と、及び共存する触媒成分の電子状態が高温雰囲気下で
最適化されることが、図2に示すような初期活性よりも
高い触媒性能を発揮する効果をもたらすものと考えられ
る。
【0060】実施例17 γ-アルミナ粉末(比表面積約180m2/g)を担体とし
て用い、これにジニトロジアンミン白金溶液を含浸さ
せ、次いで乾燥と大気中で500℃×2時間の熱処理を
行い、γ-アルミナ粒子の上に2質量%のPtが担持さ
れた粉末を得た。
【0061】このPt担持γ-アルミナ粉末の30gを
200ccの30℃のイオン交換水に分散させ、得られ
たスラリーに、アスコルビン酸ナトリウム(1.00質
量%)、クエン酸三ナトリウム二水和物(2.00×1
-1質量%)及び硝酸鉄の順に添加し、穏やかな攪拌下
に24時間置くことで硝酸鉄Fe(NO3)3・9H2Oか
らFeを還元析出させた。この還元析出の後、スラリー
を濾過・洗浄し、大気中で120℃×2時間の乾燥を行
い、さらに大気中で500℃×2時間の熱処理を行っ
て、0.22質量%のFeを担持した。
【0062】別に、ジルコニア粉末(比表面積約70m2
/g)を担体として用い、この担体上に、硝酸ロジウム
水溶液を用いて、1質量%のRhを含浸担持し、Rh担
持ジルコニア粉末を得た。これらのPt-Fe担持γ-ア
ルミナ粉末及びRh担持ジルコニア粉末とセリア−ジル
コニア固溶体を1:0.53:1の質量比で乳鉢を用い
て混合し、第1の態様の触媒Qを得た。
【0063】実施例18 実施例17において、硝酸鉄の代わりに硝酸コバルトを
用いることを除き、同様にして2質量%のPt及び0.
22質量%のCoを担持したPt-Co担持γ-アルミナ
粉末を得た。このPt-Co担持γ-アルミナ粉末を、実
施例17と同様にして1質量%Rh担持ジルコニア粉末
及びセリア−ジルコニア固溶体と1:0.53:1の質
量比で乳鉢を用いて混合し、第1の態様の触媒Rを得
た。
【0064】実施例19 実施例17において、硝酸鉄の代わりに硝酸マンガンを
用いることを除き、同様にして2質量%のPt及び0.
22質量%のMnを担持したPt-Mn担持γ-アルミナ
粉末を得た。このPt-Mn担持γ-アルミナ粉末を、実
施例17と同様にして1質量%Rh担持ジルコニア粉末
及びセリア−ジルコニア固溶体と1:0.53:1の質
量比で乳鉢を用いて混合し、第1の態様の触媒Sを得
た。
【0065】実施例20 実施例17において、担体としてγ-アルミナの代わり
にアルミナ−セリア−ジルコニアを用い、同様にして1
質量%のPt及び0.11質量%のFeを担持させ、こ
れを1質量%Rh担持ジルコニア粉末と1:0.27の
質量比で乳鉢を用いて混合し、第1の態様の触媒Tを得
た。
【0066】比較例5 実施例17と同様にしてジニトロジアンミン白金を用い
てγ-アルミナ粒子の上に2質量%のPtを含浸担持
し、これを1質量%Rh担持ジルコニア粉末とセリア−
ジルコニア固溶体と1:0.53:1の質量比で乳鉢を
用いて混合し、比較例の触媒eを得た。
【0067】比較例6 担体としてγ-アルミナの代わりにアルミナ−セリア−
ジルコニアを用い、比較例5と同様にして2質量%のP
tを担持させ、これを1質量%Rh担持ジルコニア粉末
と1:0.27の質量比で乳鉢を用いて混合し、比較例
の触媒fを得た。
【0068】−触媒性能の評価− 上記の実施例の触媒Q〜Tと比較例の触媒e〜fを、そ
れぞれ圧縮・解砕し、直径約1〜3mmのペレット状の
触媒に成形した。これらの触媒の各2.0gを、実験室
用の排気ガス浄化性能評価装置の反応管内部に設置し、
下記に示す組成のリッチ及びリーンのモデル雰囲気ガス
を、リッチ/リーン=1分/1分で1000℃×5時間流通
させ、耐久処理に供した。このモデル雰囲気ガスの流量
は4.5リットル/分/2.0g触媒成分とした。 リッチモデル雰囲気ガス組成: 1.1%CO+4800ppmC36+1000ppmNO+14.4%CO2+0.3% O2+10%H2O (残余N2) リーンモデル雰囲気ガス組成: 0.1%CO+1200ppmC36+1000ppmNO+14.4%CO2+1.1% O2+10%H2O (残余N2
【0069】次いで反応管内部に、下記に示す組成のA
/F=14.6(ストイキ)のモデル雰囲気ガスを流通さ
せ、400℃×5分間の前処理の後、触媒床温度を10
℃/分の速度で降温させながら、CO、NO及びC36
の50%浄化温度(T50)を測定した。このモデル雰囲気
ガスの流量は6.0リットル/分/0.015g触媒成分
とした。 A/F=14.6のモデル雰囲気ガス組成: 0.65%CO+1000ppmC36+1500ppmNO+10%CO2+0.7% O2+5%H2O (残余N2) このようにして測定された各触媒の耐久処理後における
T50を図6にまとめて示す。
【0070】また、触媒Q及び触媒eについて、耐久試
験前と耐久試験後のCO吸着量を測定し、その結果を図
7に示す。
【0071】図6の結果より、同じ担体上にPtと遷移
金属の2成分を担持した本発明の触媒はいずれも、Pt
のみを担持した比較例の触媒よりも顕著に耐久性が高い
ことが分かる。さらに、図7に示すように、遷移金属を
担持させることにより、耐久試験前、すなわち新品触媒
のCO吸着量は低下する。これは遷移金属がPt粒子表
面上に存在しており、COの吸着を妨げているためと考
えられる。一方、耐久試験前と試験後の比較において、
本発明の触媒QのCO吸着量低下分はきわめて小さい。
これは遷移金属の担持によりPtのシンタリングが抑制
されているためであると考えられる。
【0072】
【発明の効果】触媒成分のシンタリングが抑制され、経
時的に安定して触媒性能を発揮する排気ガス浄化用触媒
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の触媒の想定される形態を示すモデル図
である。
【図2】耐久処理条件と触媒性能の関係を示すグラフで
ある。
【図3】各触媒の触媒性能を比較したグラフである。
【図4】触媒成分の粒子構造を示す透過型電子顕微鏡写
真である。
【図5】触媒成分の粒子構造を示す透過型電子顕微鏡写
真である。
【図6】各触媒の触媒性能を比較したグラフである。
【図7】各触媒のCO吸着量を比較したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 23/656 B01J 23/64 104A 37/02 101 103A (72)発明者 田村 央 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 三宅 慶治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BA03X BA08X BA18X BA19X BA26X BA28X BA30X BA31X BA32X BA33X BA36X BA37X BA38X BA41X BB01 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B BA05A BA05B BB02A BB02B BC02C BC21C BC29A BC31A BC40A BC40B BC43A BC43B BC44A BC44B BC59A BC59B BC62A BC62B BC66A BC66B BC67A BC67B BC68A BC68B BC70A BC70B BC71A BC71B BC72A BC72B BC75A BC75B BE06C CA03 CA09 EA02Y EB18Y ED06 FA03 FC03 FC08

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同じ担体上にPtとPdの少なくとも一
    方(M)、及び遷移金属から選択された少なくとも1種
    (X)(Pt、Pd、Au、及びRhを除く)が担持された
    ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 同じ担体上にPtとPdの少なくとも一
    方(M)、及び遷移金属から選択された少なくとも1種
    (X)(Pt、Pd、Au、及びRhを除く)が共存する合
    金粒子が担持されてなることを特徴とする排気ガス浄化
    用触媒。
  3. 【請求項3】 同じ担体上にPtとPdの少なくとも一
    方(M)、遷移金属から選択された少なくとも1種(X)
    (Pt、Pd、Au、及びRhを除く)、及びRhが担持
    されたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
  4. 【請求項4】 同じ担体上にPtとPdの少なくとも一
    方(M)、遷移金属から選択された少なくとも1種(X)
    (Pt、Pd、Au、及びRhを除く)、及びRhが共存
    する合金粒子が担持されてなることを特徴とする排気ガ
    ス浄化用触媒。
  5. 【請求項5】 X/Mの質量比が0.005〜0.3であ
    り、かつRh/Mの質量比が0.05〜0.5である請求
    項1〜4のいずれか1項に記載の排気ガス浄化用触媒。
  6. 【請求項6】 Xが、Mn、Fe、Co、Ni、Y、M
    o、Ru、Cu、Ce、及びNdから選択された少なく
    とも1種である請求項1〜4のいずれか1項に記載の排
    気ガス浄化用触媒。
  7. 【請求項7】 合金粒子の粒子径が0.5〜20nmで
    ある請求項2又は4に記載の排気ガス浄化用触媒。
  8. 【請求項8】 合金粒子の粒子径が0.5〜10nmで
    ある請求項2又は4に記載の排気ガス浄化用触媒。
  9. 【請求項9】 還元剤、錯化剤、及び緩衝剤を含む水溶
    液中において、担体上に担持させたPtとPdの少なく
    とも一方の粒子に遷移金属の錯体を吸着もしくは還元さ
    せてPtとPdの少なくとも一方の粒子の上に析出さ
    せ、焼成によりPtとPdの少なくとも一方と遷移金属
    とを合金化させることを特徴とする、請求項2又は4記
    載の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記還元剤、錯化剤及び緩衝剤のいず
    れもが硫黄を含まないことを特徴とする、請求項9記載
    の排気ガス浄化用触媒の製造方法。
JP2002296386A 2001-10-10 2002-10-09 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法 Expired - Fee Related JP4348928B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002296386A JP4348928B2 (ja) 2001-10-10 2002-10-09 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001-313084 2001-10-10
JP2001313084 2001-10-10
JP2002296386A JP4348928B2 (ja) 2001-10-10 2002-10-09 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003181293A true JP2003181293A (ja) 2003-07-02
JP4348928B2 JP4348928B2 (ja) 2009-10-21

Family

ID=27615310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002296386A Expired - Fee Related JP4348928B2 (ja) 2001-10-10 2002-10-09 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4348928B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005238027A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Nissan Motor Co Ltd 触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
JP2005288307A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd 高耐熱性触媒、その製造方法及び排ガス浄化用触媒
WO2006121205A1 (ja) * 2005-05-11 2006-11-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 金属クラスター担持金属酸化物担体及びその製造方法
US7713911B2 (en) 2004-03-23 2010-05-11 Nissan Motor Co., Ltd. Catalyst powder, exhaust gas purifying catalyst, and method of producing the catalyst powder

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005238027A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Nissan Motor Co Ltd 触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
JP4547935B2 (ja) * 2004-02-24 2010-09-22 日産自動車株式会社 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
US7713911B2 (en) 2004-03-23 2010-05-11 Nissan Motor Co., Ltd. Catalyst powder, exhaust gas purifying catalyst, and method of producing the catalyst powder
JP2005288307A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd 高耐熱性触媒、その製造方法及び排ガス浄化用触媒
US7674744B2 (en) 2004-03-31 2010-03-09 Nissan Motor Co., Ltd. Catalyst powder, method of producing the catalyst powder, and exhaust gas purifying catalyst
JP4513384B2 (ja) * 2004-03-31 2010-07-28 日産自動車株式会社 高耐熱性排ガス浄化用触媒及びその製造方法
WO2006121205A1 (ja) * 2005-05-11 2006-11-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 金属クラスター担持金属酸化物担体及びその製造方法
JP2006314885A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Toyota Motor Corp 金属クラスター担持金属酸化物担体及びその製造方法
KR100899000B1 (ko) 2005-05-11 2009-05-21 도요타 지도샤(주) 금속 클러스터 담지 금속 산화물 담체 및 그 제조방법
US7820585B2 (en) 2005-05-11 2010-10-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal cluster-carrying metal oxide support and process for production thereof
JP4715294B2 (ja) * 2005-05-11 2011-07-06 トヨタ自動車株式会社 金属クラスター担持金属酸化物担体及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP4348928B2 (ja) 2009-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4547935B2 (ja) 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
JP3314897B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒の製造方法
US20070167319A1 (en) Heat-resistive catalyst and production method thereof
JP2005270882A (ja) 触媒
WO1999032223A1 (fr) Catalyseur d'epuration des gaz d'echappement, procede de fabrication correspondant et procede d'epuration des gaz d'echappement
JP5663307B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
US20080318769A1 (en) Catalyst and Method for Manufacturing Catalyst for Use in Exhaust Emission Control
WO2007145152A1 (ja) 排ガス浄化用触媒
JPH10216518A (ja) 金合金触媒
US9084988B2 (en) NOX purification catalyst
JP2006055748A (ja) 触媒の製造方法
JP2003290658A (ja) 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP2006320797A (ja) 触媒及びその製造方法
JP4348928B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP2011016090A (ja) 排ガス浄化触媒及びその製造方法
JP4779271B2 (ja) 触媒
JP7428681B2 (ja) 排ガス浄化触媒
JP2020131086A (ja) 排ガス浄化用触媒
JP4075412B2 (ja) パティキュレート燃焼触媒及びその製造方法
JP2008221217A (ja) 排ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP7099304B2 (ja) 排ガス浄化用触媒
JP3893867B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP3246295B2 (ja) 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP2005305300A (ja) 排ガス浄化触媒及びその製造方法
JP2005185959A (ja) 排ガス浄化用触媒

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050926

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080617

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080811

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090410

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090521

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090630

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090713

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120731

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130731

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees