JP2023507581A - 濃縮されたｐｇｍゾーンを備えた排気浄化触媒物品、それを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

現在特許請求される発明は、排気浄化触媒物品であって、入口軸方向端部および出口軸方向端部を有する基材と、入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層と、トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、または両端部から基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部または基材の出口軸方向端部から始まり、第２の部分における白金族金属の濃度よりも２～１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、第１の部分が、基材体積の５～５０％を構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔである、排気浄化触媒物品を提供する。第１の部分の白金基金属は、第２の供給管を介して投薬ユニットに接続されたスプレーノズル、スプレーノズルに接続された制御アームデバイスを含む装置を使用して白金基金属前駆体溶液を噴霧することによって堆積され、当該制御アームデバイスは、基材面に対するノズルの３Ｄ位置決めを可能にし、個々のチャネル内の白金族金属の半径方向および／または軸方向の堆積を適応させるように適合されている。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１２月１９日に出願された米国仮出願第６２／９５０，２６５号の全体に対する優先権の利益を主張する。

現在特許請求される発明は、排気ガスを処理してそこに含まれる汚染物質を低減するのに有用な排気浄化触媒物品と、当該排気浄化触媒を調製する方法および装置に関する。特に、現在特許請求される発明は、軸方向および／または半径方向に濃縮されたＰＧＭゾーンおよび方法を有する排気浄化触媒物品、ならびに触媒物品を調製するための装置に関する。

三元変換（ＴＷＣ）触媒（以下、三元変換触媒、三元触媒、ＴＷＣ触媒、およびＴＷＣと互換的に呼ぶ）は、内燃機関からの排気ガス流の処理に数年間利用されてきた。一般に、炭化水素、窒素酸化物、および一酸化炭素等の汚染物質を含有する排気ガスを処理または精製するために、三元変換触媒を含有する触媒コンバータが内燃機関の排気ガスラインに使用される。三元変換触媒は、典型的には、未燃の炭化水素および一酸化炭素を酸化し、窒素酸化物を還元することが知られている。市販のＴＷＣ触媒のほとんどは、より少ない量のロジウムとともに使用される、主要な白金族金属成分としてパラジウムを含有する。

触媒は、白金族金属含有スラリーを基材上にコーティングすることにより形成され、コーティングされた層は、ボトム層およびトップを有する層状構造の形態であり得る。白金族金属は、３～３００ｇ／ｆｔ^３の範囲のＰＧＭ添着量で基材上に均一にコーティングされている。別の技術では、白金族金属は、ゾーン様式で基材上にコーティングされる。

しかしながら、ＮＯ_ｘ、ＨＣおよびＣＯなどの汚染物質のより高い削減を達成するために、既存の触媒は、ウォッシュコートの構造、ＰＧＭのタイプと添着量、およびコーティング戦略と方法の点でまだ改善する必要があることが分かる。

したがって、大幅に高い汚染物質の削減を達成するために、ＰＧＭの高添着量（最大１０００ｇ／ｆｔ^３）を含む軸方向および／またはラジアルゾーンの基材の入口または出口部分での最下層または最上層に堆積させることができる、追加のＰＧＭ濃縮ゾーンを適用することが想定される。上記の設計アプローチにより、例えば逆円錐形のピラミッド、渦、または下にあるウォッシュコートの中に延びる星のパターンに似ている、複雑なＰＧＭ濃縮構造の形成が可能になる。

本発明は、排気浄化触媒物品であって、
入口軸方向端部および出口軸方向端部を有する基材と、
入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、または両端部から基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部または基材の出口軸方向端部から始まり、第２の部分における白金族金属の濃度よりも２～１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、
第１の部分が、基材体積の５～５０％を構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、排気浄化触媒物品を提供する。

現在特許請求される発明の別の態様によれば、スプレーノズル装置を使用して白金族金属濃縮のための三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を作製することを含む、排気浄化触媒物品を調製するためのプロセスも提供される。

現在特許請求される発明のさらに別の態様によれば、ＰＧＭ前駆体溶液貯蔵ユニットと、ＰＧＭ前駆体溶液用のための投薬ユニットと、投薬ユニットに接続された少なくとも１つのＰＧＭ前駆体溶液供給管と、第２の供給管を介した投薬ユニットに接続されたスプレーノズルと、任意選択で空気供給手段に接続されたスプレーノズルに接続された制御アームデバイスであって、基材面に対してノズルの３Ｄ位置決めを可能にするように適合されている、制御アームデバイスと、任意選択で、追加の空気供給または迂回手段と、任意選択で真空機能と、を備え、当該装置が、ＰＧＭ前駆体溶液を噴霧し、基材の入口または出口軸方向端部から始まる幾何学的形状を含む三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を作製するように適合されている、装置である。

本発明の実施形態の理解を提供するために、添付図面が参照され、これらは、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、参照番号は、本発明の例示的な実施形態の構成要素を指す。図面は、単なる例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。現在特許請求される発明の上および他の特色、それらの性質、ならびに様々な利点は、添付されている図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すると、より明らかになるであろう。

噴霧されたＰＧＭ前駆体溶液をブランクまたはウォッシュコーティングされた触媒基材上に堆積させるための装置（１００）の概略図である。 現在特許請求される発明のいくつかの実施形態による例示的な構成における触媒物品設計の概略図である。 同一のＰＧＭ添着量での参照触媒と発明触媒のライトオフ性能の比較結果を示す。 現在特許請求される発明の一実施形態による触媒組成物を含み得るハニカム型基材担体の斜視図である。 図４Ａについて拡大され、かつ図４Ａの基材担体の端面に平行な平面に沿って取られた部分断面図であり、図４Ａに示した複数のガス流路の拡大図である。 図４Ａのハニカム型基材が、ウォールフローフィルタ基材モノリスを表している、図４Ａについて拡大された断面の破断図である。

ここで、現在特許請求される発明を、これ以降より十分に説明する。現在特許請求される発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本願で特許請求される発明が十分かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。本明細書中のいかなる言葉も、請求されていない要素を、開示された材料および方法の実施に必須であることを示すものと解釈されるべきではない。

本明細書に考察される材料および方法を説明する文脈（特に以下の請求項の文脈）における「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」という用語、および同様の指示語の使用は、本明細書で別途指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を網羅すると解釈される。

本明細書全体を通して使用される「約」という用語は、小さな変動を説明し、釈明するために使用される。例えば、「約」という用語は、±５％以下、例えば、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下を指す。すべての数値は、明示的に示されているか否かに関わらず、「約」という用語によって修飾される。もちろん、「約」という用語によって修飾される値には、特定の値が含まれる。例えば、「約５．０」には、５．０が含まれる必要がある。

本明細書に記載されているすべての方法は、本明細書で別途指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行することができる。本明細書で提供される任意およびすべての例または例示的言語（例えば「など」）の使用は、材料および方法をよりよく説明することのみを意図したものであり、別途請求されない限り、範囲を限定するものではない。

白金族金属（ＰＧＭ）成分は、ＰＧＭ（Ｒｈ、Ｐｄ、およびＰｔ）を含む任意の成分を指す。例えば、ＰＧＭは、原子価がゼロの金属形態であってもよいか、またはＰＧＭは、酸化物形態であってもよい。「ＰＧＭ成分」についての言及は、任意の価電子状態でのＰＧＭの存在を考慮に入れている。「白金（Ｐｔ）成分」、「ロジウム（Ｒｈ）成分」、「パラジウム（Ｐｄ）成分」などの用語は、触媒の焼成または使用時に、触媒活性形態、通常は金属または金属酸化物に分解されるかまたは変換される、それぞれの白金族金属化合物、錯体などを指す。

本明細書で使用される場合、「触媒」または「触媒組成物」という用語は、反応を促進する材料を指す。

「触媒物品（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｒｔｉｃｌｅ）」または「触媒物品（ｃａｔａｌｙｓｔ ａｒｔｉｃｌｅ）」という用語は、基材が、所望の反応を促進するために使用される触媒成分でコーティングされた成分を指す。一実施形態において、触媒物品は、層状触媒物品である。層状触媒物品という用語は、基材が、ＰＧＭ組成物で層状にコーティングされた触媒物品を指す。これらの組成物は、ウォッシュコートと称され得る。

「ＮＯ_ｘ」という用語は、ＮＯおよび／またはＮＯ_２などの窒素酸化物化合物を指す。

一態様では、現在特許請求される発明は、入口軸方向端部および出口軸方向端部を有する基材を備える、排気浄化触媒物品を提供し、この触媒物品が、
入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸端部もしくは出口軸方向端部、または両端部から基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部または基材の出口軸方向端部から始まり、第２の部分における白金族金属の濃度よりも２～１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、
第１の部分が、基材体積の５～５０％を構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、排気浄化触媒物品である。

本出願で請求される発明によれば、入口軸方向端もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、それぞれの基材端部から基材面の２０～１００％を覆うベースを有し、基材体積の５～５０％の体積を有する、幾何学的形状である。本発明の文脈において、「入口軸方向端部」および「出口軸方向端部」という用語は、それぞれ「第１の軸方向端部」および「第２の軸方向端部」と交換可能に使用することができる。一実施形態では、形成された幾何学的形状の全体積が、基材体積の５～５０％であるように、第１の部分が、入口端部または出口端部から基材の５～５０％の範囲の軸方向長さを有し、基材の入口または出口面の２０～１００％を覆う。三次元軸方向および／または半径方向ゾーンの配置が、円錐、先細り円錐、非対称円錐、丸い円筒、楕円の円筒、多角形の円筒、丸いピラミッド、楕円のピラミッド、多角形のピラミッド、立方体、放物線状、半楕円形、半球、多角形のプリズム、平行六面体、菱面体、多面体、および双曲線体から選択される幾何学的形状を含む。幾何学的形状を有する入口軸方向端部もしくは出口端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、スプレーノズルまたはスプレーノズルを備える装置を使用した、基材の軸方向、半径方向、または軸方向および半径方向同時のコーティングによって作製されている。トップまたはボトムウォッシュコートの第１の部分が、基材の全長に白金族金属が任意選択で事前に添着されている、トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層のうちの少なくとも一部を、噴霧された形で堆積される追加の白金族金属溶液を用いて、コーティングすることによって形成される濃縮ゾーンと称されている。ウォッシュコートまたは濃縮ゾーンで使用される白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの組み合わせから選択される。白金族金属は、典型的には、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびそれらの組み合わせから選択される担体上に担持されて、アルミナ成分が、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、またはそれらの組み合わせを含み、酸素貯蔵成分が、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ジルコニア成分が、ランタナ－ジルコニアおよびバリウムジルコニアを含む。本発明の一実施形態によれば、第１の部分の最上層から基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の少なくとも４０～１００％が、第１の部分内のウォッシュコートを通して５０％以下の勾配で分布している。別の実施形態では、濃縮されたウォッシュコート層の第１の部分の最上層から基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の５０％以上が、第１の部分の最上の１／３に存在する。一実施形態では、第１の部分の白金族金属の５０％～９５％は、濃縮されたウォッシュコート層の第１の部分の最上層から基材への電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分の最上の１／３に存在する。いくつかの実施形態では、第１の部分は、パラジウムを含む。第１の部分におけるパラジウムの量は、触媒物品中に存在する総パラジウムの３０～１００重量％である。別の実施形態では、第１の部分は、白金を含む。第１の部分における白金の量は、触媒物品中に存在する総白金の３０～１００重量％である。さらに別の実施形態では、第１の部分は、ロジウムを含む。一実施形態では、第１の部分の白金族金属と、第２の部分の白金族金属との重量比が、４．０～５０である。

例示的な一実施形態では、排気浄化触媒物品は、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に堆積されたパラジウムまたは白金を含み、入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層であって、
ボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびそれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で支持されるパラジウムまたは白金を含み、
第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
第１の部分が、基材体積の５～５０％構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、ボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、またはこれらの組み合わせを含み、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから、基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備える。

別の例示的な実施形態では、排気浄化触媒物品は、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されたパラジウムを含み、入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含み、基材の入口または出口軸方向端部のいずれかから、基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
トップウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で担持されているパラジウムまたは白金を含み、第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
第１の部分が、基材体積の５～５０％構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である。

一実施形態では、ボトムウォッシュコート層は、トップ層の総重量に基づいて、１．０～２０重量％の量で、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物を含む。

「モノリシック基材」、または「ハニカム基材」への言及は、入口から出口まで均質かつ連続的な単一構造を意味する。本明細書で使用されているように、「ウォッシュコート」という用語は、処理されるガス流の通過を可能にするのに十分に細孔性のある基材材料、例えばハニカムタイプの担体部材に塗布される触媒または他の材料の薄い接着性コーティングの技術分野におけるその通常の意味を有する。ウォッシュコートは、液体ビヒクル中のある特定の固体含有量（例えば、１５～６０重量％）の粒子を含有するスラリーを調製し、次いでこれを基材上にコーティングし、乾燥させてウォッシュコート層を提供することによって形成される。

本明細書において使用され、Ｈｅｃｋ，Ｒｏｎａｌｄ，ａｎｄ Ｆａｒｒａｕｔｏ，Ｒｏｂｅｒｔ，Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ａｉｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ－Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，ｐｐ．１８－１９に記載されているように、ウォッシュコート層は、モノリシック基材または下側のウォッシュコート層の表面に配置された材料の、組成的に区別される層を含む。一実施形態では、基材は、１つ以上のウォッシュコート層を含有し、各ウォッシュコート層は、何らかの方式で異なる（例えば、粒径または結晶子相などの、例えば、その物理的特性において異なり得る）、および／または化学的触媒機能が異なり得る。

触媒物品は、「未使用」であってもよく、これは、それが新しく、任意の熱または熱的ストレスに長期間の間曝露されていないことを意味する。「未使用」とはまた、触媒が最近調製され、任意の排気ガスまたは高温に曝露されていないことを意味し得る。同様に、「エージングした」触媒物品は、新しくなく、長期間（すなわち、３時間超）の間、排気ガスおよび高温（すなわち、５００℃超）に曝露されてきた。

１つ以上の実施形態によれば、現在特許請求される発明の触媒物品の基材は、自動車用触媒を調製するために典型的に使用される任意の材料で構築することができ、典型的にはセラミックまたは金属モノリシックハニカム構造を含む。一実施形態において、基材は、セラミック基材、金属基材、セラミックフォーム基材、ポリマーフォーム基材、または織物繊維基材である。

基材は、典型的には、上記で本明細書に記載の触媒組成物を含むウォッシュコートが塗布および接着される複数の壁面を提供し、それにより触媒組成物用の担体として作用する。

例示的な金属基材は、チタンおよびステンレス鋼ならびに鉄が実質的なまたは主な成分である他の合金などの耐熱性金属および金属合金を含む。そのような合金は、ニッケル、クロム、および／またはアルミニウムのうちの１つ以上を含有し得、これらの金属の総量は、有利には、合金の少なくとも１５重量％、例えば、１０～２５重量％のクロム、３～８重量％のアルミニウム、および最大２０重量％のニッケルを含み得る。合金はまた、マンガン、銅、バナジウム、およびチタンなどの、少量または微量の１つ以上の金属を含有し得る。金属基材の表面は、高温、例えば、１０００℃以上で酸化されて、基材の表面上に酸化物層を形成し、合金の耐食性を改善し、金属表面へのウォッシュコート層の接着を容易にし得る。

基材の構築に使用されるセラミック材料としては、任意の好適な耐火性材料、例えば、コーディエライト、ムライト、コーディエライト－アルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ－シリカマグネシア、ケイ酸ジルコン、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、アルミナ、アルミノシリケートなどを挙げることができる。

通路が流体流に開放されるように、基材の入口から出口面まで延在する複数の微細で平行なガス流路を有するモノリスフロースルー基材などの、任意の好適な基材を用いることができる。入口から出口への本質的に直線の経路である通路は、通路を通して流れるガスが触媒材料と接触するように、触媒材料がウォッシュコートとしてコーティングされる壁によって画定される。モノリス基材の流路は、例えば、台形、長方形、正方形、正弦波形状、六角形、楕円形、および円形などの任意の好適な断面形状のものであり得る薄壁チャネルである。そのような構造は、断面の１平方インチ当たり約６０～約１２００以上のガス入口開口部（すなわち、「セル」）（ｃｐｓｉ）、より一般的には、約３００～９００ｃｐｓｉを含有する。フロースルー基材の壁厚は、変動する可能性があり、典型的な範囲は、０．００２～０．１インチである。代表的な市販のフロースルー基材は、４００ｃｐｓｉおよび６ミルの壁厚、または６００ｃｐｓｉおよび４．０ミルの壁厚を有するコーディエライト基材である。しかしながら、本発明は、特定の基材の種類、材料、または幾何学的形状に限定されないことが理解されるであろう。代替的な実施形態において、基材は、各通路が、基材本体の一端で非多孔性プラグによって閉塞され、交互の通路が反対側の端面で閉塞されている、壁流基材であってもよい。これは、出口に到達するために、ガス流がウォールフロー基材の多孔質壁を通ることを必要とする。そのようなモノリス基材は、約１００～４００ｃｐｓｉ、より典型的には、約２００～約３００ｃｐｓｉなどの、最大約７００またはそれよりも多いｃｐｓｉを含有し得る。セルの断面形状は、上記に説明されているように、変動する可能性がある。ウォールフロー基材は、典型的には、０．００２～０．１インチの壁厚を有する。代表的な市販のウォールフロー基材は、多孔性コーディエライトから構築され、その例は、２００ｃｐｓｉおよび１０ミルの壁厚、または８ミルの壁厚を有する３００ｃｐｓｉ、ならびに４５～６５％の壁の多孔度を有する。チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、および窒化ケイ素などの他のセラミック材料もまた、ウォールフローフィルタ基材として使用される。しかしながら、本発明は、特定の基材の種類、材料、または形状には限定されないことが理解されるであろう。基材がウォールフロー基材である場合、触媒組成物は、壁の表面に配置されることに加えて、多孔質壁の細孔構造内に浸透し得る（すなわち、細孔開口部を部分的または完全に塞ぐ）ことに留意されたい。一実施形態では、基材は、フロースルーセラミックハニカム構造、ウォールフローセラミックハニカム構造、または金属ハニカム構造を有する。

本明細書で使用される場合、「流」という用語は、広義的には、固体または液体の微粒子状物質を含み得る流動ガスの任意の組み合わせを指す。

本明細書で使用されているように、「上流」および「下流」という用語は、エンジンからテールパイプに向かうエンジン排気ガス流の流れに応じた相対的な方向を指し、エンジンは上流位置にあり、テールパイプおよびあらゆる汚染物軽減物品、例えばフィルタおよび触媒は、エンジンの下流にある。

図４Ａおよび４Ｂは、本明細書に記載のウォッシュコート組成物でコーティングされたフロースルー基材の形態の例示的な基材２を例示する。図４Ａを参照すると、例示的な基材２は、円筒形状を有し、円筒外面４、上流端面６、および端面６と同一の対応する下流端面８を有する。基材２は、その中に形成された複数の微細で平行なガス流路１０を有する。図４Ｂに見られるように、流路１０は、壁１２によって形成され、基材２を通って上流端面６から下流端面８まで延在し、通路１０は、遮られておらず、流体、例えば、ガス流が、そのガス流路１０を介して基材２を通って長手方向に流れることを可能にする。図５でより容易に見られるように、壁１２は、ガス流路１０が実質的に規則的な多角形形状を有するように寸法決めされ、構成されている。示されるように、ウォッシュコート組成物は、必要に応じて、複数の区別される層で適用することができる。例示される実施形態において、ウォッシュコートは、基材部材の壁１２に接着された別個の第１のウォッシュコート層１４および第１のウォッシュコート層１４の上にコーティングされた第２の別個のウォッシュコート層１６からなる。一実施形態では、現在特許請求される発明はまた、２つ以上（例えば、３つまたは４つ）のウォッシュコート層で実施され、例示される２層の実施形態に限定されない。

図５は、本明細書に記載のウォッシュコート組成物でコーティングされたウォールフローフィルタ基材の形態の例示的な基材２を例示する。図５に見られるように、例示的な基材２は、複数の通路５２を有する。通路は、フィルタ基材の内壁５３によって管状に囲まれている。基材は、入口端５４および出口端５６を有する。交互の通路は、入口端で入口プラグ５８により、出口端で出口プラグ６０により塞がれて、入口５４および出口５６で逆となる市松模様を形成する。ガス流６２は、塞がれていないチャネル入口６４を通して入り、出口プラグ６０によって止められ、（多孔性である）チャネル壁５３を通して出口側６６に拡散する。ガスは、入口プラグ５８を理由に、壁の入口側に戻って通ることができない。本発明で使用される多孔質ウォールフローフィルタは、その上にまたはその中に１つ以上の触媒材料を有するかまたは含有する当該要素の壁に触媒作用を有する。触媒材料は、要素壁の入口側のみ、出口側のみ、入口側および出口側の両方に存在してもよく、または壁自体が、触媒材料からすべてまたは一部が構成されてもよい。本発明は、要素の入口壁および／または出口壁における１つ以上の触媒材料層の使用を含む。

別の態様では、排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスが提供され、プロセスは、
ｉ）少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択で含むスラリーを得、基材の入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さで当該スラリーをコーティングして、ボトムウォッシュコート層を得ることと、
ｉｉ）基材の入口軸方向端部または出口軸方向で始まるボトムウォッシュコート層の少なくとも一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または入口軸方向端部または出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、
ｉｉｉ）トップコートがボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから基材の６０～１００％長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含むスラリーを得ること、およびボトムウォッシュコートの少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすることと、を含むことと、を含む、プロセスである。

一実施形態では、排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、
ｉ）入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層を調製し、少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択に含む当該スラリーを得ることと、基材の全長にスラリーをコーティングすることとを含むことと、
ｉｉ）トップコートがボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから基材の６０～１００％の長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含むスラリーを得ること、およびボトムウォッシュコートの少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすることと、
ｉｉｉ）基材の入口軸方向端部または出口端部で始まるトップウォッシュコート層の一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または入口軸方向端部または出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、を含む、プロセスである。

従来技術とは異なり、現在請求されている発明によるプロセスは、ＰＧＭ堆積パターンを制御するために基材マスキングなしで実行される。噴霧およびスプレーによる基材へのＰＧＭの堆積は、基材およびウォッシュコートから構成される触媒物品の背圧の測定可能な追加の増加をもたらさないことが見出されている。

スラリーを調製するステップは、初期湿潤含浸、初期湿潤共含浸、および後添加から選択される技術を含む。

毛細管含浸または乾式含浸とも称される初期湿式含浸技術は、一般的に、不均一系の材料、すなわち、触媒の合成に使用される。典型的には、活性金属前駆体を水溶液または有機溶液に溶解させ、次いで触媒支持体に金属含有溶液を添加し、触媒支持体は、添加された溶液の体積と同じ細孔容積を含有する。毛細管現象により、溶液が担体の細孔に引き込まれる。担体の細孔容積を超えて添加された溶液により、溶液輸送が、毛細管現象プロセスから、はるかに遅い拡散プロセスに変わる。触媒を乾燥および焼成して、溶液内の揮発性成分を除去し、触媒担体の表面上に金属を堆積させる。含浸させられた材料の濃度プロファイルは、含浸および乾燥の間の細孔内の物質移動条件に依存する。適切に希釈した後、複数の活性金属前駆体を触媒担体に共含浸させてもよい。代替的に、活性金属前駆体は、スラリー調製のプロセス中に撹拌下で後添加を介してスラリーに導入される。

担体粒子は、典型的には、溶液の実質的にすべてを吸収して、湿潤固体を形成するのに十分に乾燥している。典型的には、（ロジウムが活性金属である場合）塩化ロジウム、硝酸ロジウム、酢酸ロジウム、またはそれらの組み合わせ、および（パラジウムが活性金属である場合）硝酸パラジウム、パラジウムテトラアミン、酢酸パラジウム、またはそれらの組み合わせなどの活性金属の水溶性化合物または錯体の水溶液が利用される。活性金属溶液を用いた担持体粒子の処理後、粒子を、高温（例えば、１００～１５０℃）で一定期間（例えば、１～３時間）、熱処理するなどによって、粒子は乾燥され、次いで、活性金属をより触媒的に活性な形態に変換するために焼成される。例示的な焼成プロセスは、約４００～５５０℃の温度で１０分間～３時間、空気中で熱処理することを伴う。必要に応じて、含浸の手段によって上のプロセスを繰り返して、所望の活性金属の添着レベルに到達させることができる。

上記の触媒組成物は、典型的には、上記のように触媒粒子の形態で調製される。これらの触媒粒子を水と混合して、ハニカム型基材などの触媒基材をコーティングする目的でスラリーを形成する。触媒粒子に加えて、スラリーは、任意選択的に、アルミナ、シリカ、酢酸ジルコニウム、コロイド状ジルコニア、もしくは水酸化ジルコニウムの形態の結合剤、会合性増粘剤、および／または界面活性剤（アニオン性、カチオン性、非イオン性、もしくは両性の界面活性剤を含む）を含有してもよい。他の例示的な結合剤としては、ベーマイト、ガンマ－アルミナ、またはデルタ／シータアルミナ、ならびにシリカゾルが挙げられる。結合剤は、存在する場合、典型的に、総ウォッシュコート添着量の約１．０～５．０重量％の量で使用される。スラリーに酸性または塩基性の種の添加を行い、それによりｐＨを調整する。例えば、いくつかの実施形態では、スラリーのｐＨは、水酸化アンモニウム、硝酸水溶液、または酢酸の添加により調整される。スラリーの典型的なｐＨ範囲は、約３．０～１２である。

スラリーを粉砕して、粒径を低減させ、粒子の混合を促進してもよい。粉砕は、ボールミル、連続ミル、または他の同様の機器で達成され、スラリーの固形分は、例えば、約２０～６０重量％、より具体的には、約２０～４０重量％であり得る。一実施形態において、粉砕後のスラリーは、約３．０～約４０ミクロン、好ましくは１０～約３０ミクロン、より好ましくは約１０～約１５ミクロンのＤ_９０粒径によって特徴付けられる。Ｄ_９０は、専用の粒径分析装置を使用して決定される。この実施例で用いられている機器は、レーザー回折を使用して、少量のスラリーの粒径を測定する。典型的にはミクロン単位のＤ_９０は、粒子の数の９０％が、引用値よりも小さな直径を有することを意味する。

当該技術分野において知られている任意のウォッシュコート技術を使用して、スラリーを触媒基材上にコーティングする。一実施形態では、触媒基材は、スラリーに１回以上浸漬されるか、またはスラリーでコーティングされる。その後、コーティングされた基材を高温（例えば１００～１５０℃）で一定期間（例えば１０分～３時間）乾燥させ、次いで、例えば４００～７００℃で、典型的には約１０分～約３時間加熱することにより焼成される。乾燥および焼成後、最終的なウォッシュコートコーティング層は、本質的に溶媒を含まないと考えられる。焼成の後に、上記のウォッシュコート技術により得られる触媒添着量は、基材のコーティングされた重量とコーティングされていない重量との差を計算することにより求めることが可能である。当業者に明らかであるように、触媒添着量は、スラリーのレオロジーを変えることにより修正することが可能である。加えて、ウォッシュコートを生成するためのコーティング／乾燥／焼成プロセスを必要に応じて繰り返して、コーティングを所望の添着レベルまたは厚さに構築することができ、すなわち２回以上のウォッシュコートを塗布してもよい。

ある特定の実施形態では、コーティングされた基材は、コーティングされた基材に熱処理を施すことによってエージングさせる。一実施形態では、エージングは、１０体積％の水分の環境において、約８５０℃～約１０５０℃の温度で、５０～７５時間、交互に炭化水素／空気を供給して実施される。したがって、ある特定の実施形態では、エージングした触媒物品が提供される。ある特定の実施形態では、特に効果的な材料は、エージング（例えば、約８５０℃～約１０５０℃で、交互の炭化水素／空気供給中の１０体積％の水、５０～７５時間のエージング）時にそれらの細孔体積の高いパーセンテージ（例えば、約９５～１００％）を維持する金属酸化物ベースの支持体（実質的に１００％のセリア担体を含むが、これに限定されない）を含む。

現在請求されている発明はまた、三次元軸方向および／または半径方向ゾーン配置を提供し、それによって排気浄化触媒物品を作製するための装置を提供し、装置が、ＰＧＭ前駆体溶液貯蔵ユニットと、ＰＧＭ前駆体溶液のための投薬ユニットと、投薬ユニットに接続された少なくとも１つのＰＧＭ前駆体溶液供給管と、第２の供給管を介した投薬ユニットに接続されたスプレーノズルと、任意選択で空気供給手段に接続されたスプレーノズルに接続された制御アームデバイスであって、基材面に対してノズルの３Ｄ位置決めを可能にするように適合されている、制御アームデバイスと、任意選択で、追加の空気供給または迂回手段と、任意選択で真空機能と、を備え、当該装置が、ＰＧＭ前駆体溶液を噴霧し、基材の入口または出口軸方向端部から始まる幾何学的形状を含む三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を作製するように適合されている。ＰＧＭ濃縮ゾーンは、ノズルを使用して、ブランクまたは以前にウォッシュコーティングされた基材上にＰＧＭ含有溶液を噴霧および分散させる、本明細書に記載の装置を使用して、ウォッシュコーティングされた基材上に堆積される。軸方向および半径方向のＰＧＭ濃縮ゾーンの形状は、ノズルの形状と溶液の供給速度、および溶液の供給速度と供給空気圧の組み合わせによって制御される。基材のコーティングプロファイルは、コーティングされる基材の面の上の三次元空間でノズルの動きを調整することによってさらに制御される。基材は、コーティングされる面がコーティングノズルの方を向くようにコーティングセルに配置される。次に、ユニットは、所望の量のＰＧＭ前駆体がノズルを介して堆積されるようにプログラムされる。次に、コーティングは、噴霧されたＰＧＭ前駆体溶液が基材上に堆積されている間、制御アームが基材面上を所定の速度で面に対して三次元位置で移動することから始まる。ＰＧＭ前駆体の投入速度および給気圧力は、所望の堆積速度および浸透長が得られるように設定される。噴霧堆積は、必要に応じて、ノズルによって堆積された噴霧されたＰＧＭ溶液が必要に応じて基材上に導かれることができるように、装置によって提供される供給空気または真空機能を使用してさらに支援され得る。プロセスが完了すると、基材が削除され、次の基材がセルにロードされる。ＰＧＭ制御は、コーティングの前後に基材の重量を測定することによって実行される。任意選択で、スプレーコーティング中に計量を実行でき得る。

別の態様では、内燃機関のための排気システムが提供され、当該システムが、現在請求されている発明による排気浄化触媒物品を備える。

現在請求されている発明の別の態様によると、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を処理する方法であって、排気流を、現在特許請求されている発明による触媒物品または排気システムと接触させることを含む、方法が提供される。

別の態様では、現在請求されている発明は、ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減する方法であって、ガス状排気流を、現在特許請求される本発明に従った触媒物品または排気システムと接触させて、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減することを含む、方法を提供する。

なお別の態様では、現在特許請求される発明はまた、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、現在特許請求される発明の触媒系の使用も提供する。

本発明は、以下の実施形態を提供する。

１．排気浄化触媒物品であって、
入口軸方向端部および出口軸方向端部を有する基材と、
入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、または両端部から基材の６０～１００％の長さにコーティングされているトップウォッシュコート層と、を備え、
トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部または基材の出口軸方向端部から始まり、第２の部分における白金族金属の濃度よりも２～１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、
第１の部分が基材体積の５～５０％を構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、排気浄化触媒物品である。

２．入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向ゾーン配置が、それぞれ基材端部から基材面の２０～１００％を覆うベースを有し、基材体積の５～５０％の体積を有する、幾何学的形状である、実施形態１に記載の排気浄化触媒物品である。

３．三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、円錐、先細り円錐、非対称円錐、丸い円筒、楕円の円筒、多角形の円柱、丸いピラミッド、楕円形のピラミッド、多角形のピラミッド、立方体、放物線状、半楕円形、半球、多角形のプリズム、平行六面体、菱面体、多面体、および双曲線体から選択される幾何学的形状を含む、実施形態１または２に記載の排気浄化触媒物品である。

４．幾何学的形状を有する入口軸方向端部もしくは出口端部、またはその両方から開始する三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、スプレーノズルまたはスプレーノズルを備える装置を使用した、基材の軸方向および半径方向、または軸方向および半径方向同時のコーティングによって作製される、実施形態１～３のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品である。

５．第１の部分が、基材の全長に白金族金属が任意選択で事前に添着されている、トップウォッシュコート層および／またはボトムウォッシュコート層のうちの少なくとも一部を、噴霧された形で堆積される追加の白金族金属溶液を用いて、コーティングすることによって形成される濃縮ゾーンである、実施形態１～４のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品である。

６．白金族金属が、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの組み合わせから選択される、実施形態１～５のいずれか１つに記載の触媒物品である。

７．白金族金属が、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に担持されている、実施形態１～６のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品である。

８．形成された幾何学的形状の全体積が、基材体積の５～５０％であるように、第１の部分が、入口端部または出口端部から基材の５～５０％の範囲の軸方向長さを有し、基材の入口または出口面の２０～１００％を覆っている、実施形態１～７のいずれか１つに記載の触媒物品である。

９．濃縮されたウォッシュコート層の第１の部分の最上層から基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の５０％以上が、第１の部分の最上の１／３に存在する、実施形態１～８のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１０．第１の部分の最上層から基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、第１の部分における白金族金属の少なくとも４０～１００％が、第１の部分内のウォッシュコートを通して５０％以下の勾配で分布している、実施形態１～９のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１１．第１の部分における白金族金属の５０％～９５％が、濃縮されたウォッシュコート層の第１の部分の最上層から基材への電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合に、第１の部分の最上１／３に存在する、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１２．第１の部分が、パラジウムを含む、実施形態１～１１のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１３．第１の部分が、白金を含む、実施形態１～１２のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１４．第１の部分が、ロジウムを含む、実施形態１～１３のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１５．物品が、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に堆積されたパラジウムまたは白金を含み、入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００の長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層であって、
ボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、
第１の部分が、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびそれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で支持されるパラジウムまたは白金を含み、
第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
第１の部分が、基材体積の５～５０％構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、ボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、またはこれらの組み合わせを含み、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから、基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備える、実施形態１～１４のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１６．物品が、
酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されたパラジウムを含み、入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層と、
トップウォッシュコート層であって、トップコートが、ボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含み、基材の入口または出口軸方向端部のいずれかから、基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
トップウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、第１の部分が、基材の入口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で担持されているパラジウムまたは白金を含み、第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
第１の部分が、基材体積の５～５０％構成し、基材の入口軸方向端部もしくは出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
第１の部分における白金族金属の添着量が、第１の部分の第１の端部から第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、実施形態１～１５のいずれか１つに記載の触媒物品である。

１７．第１の部分が、パラジウムを含み、第１の部分におけるパラジウムの量が、触媒物品中に存在する総パラジウムの３０～１００重量％である、実施形態１～１６のいずれか１つに記載の触媒物品。

１８．第１の部分が、白金を含み、第１の部分における白金の量が、触媒物品中に存在する総白金の３０～１００重量％である、実施形態１～１７のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品。

１９．第１の部分の白金族金属と、第２の部分の白金族金属との重量比が、４．０～５０である、実施形態１～１８のいずれか１つに記載の触媒物品である。

２０．アルミナ成分が、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、またはそれらの組み合わせを含み、酸素貯蔵成分が、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、またはそれらの任意の組み合わせを含み、ジルコニア成分が、ランタナ－ジルコニアおよびバリウムジルコニアを含む、実施形態１～１９のいずれか１つに記載の触媒物品である。

２１．ボトムウォッシュコート層が、トップ層の総重量に基づいて、１．０～２０重量％の量で、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物を含む、実施形態１～２０のいずれか１つに記載の触媒物品である。

２２．基材が、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である、実施形態１～２１のいずれか１つに記載の触媒物品である。

２３．排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、プロセスが、
ｉ．少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択で含むスラリーを得、基材の入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さで当該スラリーをコーティングして、ボトムウォッシュコート層を得ることと、
ｉｉ．基材の入口軸方向端部または出口軸方向で始まるボトムウォッシュコート層の少なくとも一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または入口軸方向端部または出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、
ｉｉｉ．トップコートがボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから基材の６０～１００％の長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含むスラリーを得ること、およびボトムウォッシュコートの少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすること、を含むことと、を含む、プロセスである。

２４．排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、
ｉ．入口軸方向端部から出口軸方向端部までの基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層を調製し、少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択に含む当該スラリーを得ること、および基材の全長にスラリーをコーティングすること、を含むことと、
ｉｉ．トップコートがボトムウォッシュコート層の長さの少なくとも６０％を覆うように、基材の入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから基材の６０～１００％の長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含むスラリーを得ること、およびボトムウォッシュコートの少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすること、を含むことと、
ｉｉｉ．基材の入口軸方向端部または出口端部で始まるトップウォッシュコート層の一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または入口軸方向端部または出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、を含む、プロセスである。

２５．実施形態１～２２のいずれか１つに記載の触媒物品を調整するための装置であって、装置が、ＰＧＭ前駆体溶液貯蔵ユニットと、ＰＧＭ前駆体溶液のための投薬ユニットと、投薬ユニットに接続された少なくとも１つのＰＧＭ前駆体溶液供給管と、第２の供給管を介した投薬ユニットに接続されたスプレーノズルと、任意選択で空気供給手段に接続されたスプレーノズルに接続された制御アームデバイスであって、基材面に対してノズルの３Ｄ位置決めを可能にするように適合されている、制御アームデバイスと、任意選択で、追加の空気供給または迂回手段と、任意選択で真空機能と、を備え、当該装置が、ＰＧＭ前駆体溶液を噴霧し、基材の入口または出口軸方向端部から始まる幾何学的形状を含む三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を作製するように適合されている、装置である。

２６．内燃機関のための排気システムであって、当該システムが、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品を備える、システム。

２７．炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を処理する方法であって、排気流を、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品、または実施形態２６に記載の排気システムと接触させることを含む、方法である。

２８．ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減する方法であって、方法が、ガス状排気流を、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品、または実施形態２６に記載の排気システムと接触させて、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減することを含む、方法である。

２９．炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、実施形態１～２２のいずれか１つに記載の排気浄化触媒物品の使用である。

現在特許請求される発明の態様は、以下の実施例によってさらに完全に例示され、これらは、本発明のある特定の態様を例示するために記載されており、それを限定するものとして解釈されるべきではない。

ＰＧＭ噴霧による濃縮ゾーン形成およびその後のノズルを使用した堆積を有する本発明の触媒が、図１に概略的に示されており、１０がＰＧＭ供給、１２がノズル、１４が噴霧されたＰＧＭ、１６が半径方向ゾーン、１８が軸方向ゾーン、２０が基材である。軸方向／半径方向のコーティングを使用して作製された、実証されたゾーンパターンまたは触媒構造を図２に例示する。これらのパターン、すなわち、触媒Ａ（参照触媒Ａ：０／９６／４）、Ｂ（触媒Ｂ：０／７６．８／４）、およびＣ（触媒Ｃ：０／７６．８／４）は、例としてのみ示され、他の可能な濃縮ゾーンの形状を制約していると見なされるものではない。所望の濃縮ゾーンの形状および位置を達成するために最適化することができるいくつかの重要なパラメーターがあり、これらには、限定されるものではないが、
１）ＰＧＭ前駆体のタイプと濃度、
２）ノズルの形状と開口、
３）供給空気圧、
４）ＰＧＭ溶液の供給速度と圧力、
５）コーティングされた基材の面に対する空間内のノズルの向き、
６）堆積速度および持続時間、
７）基材、および存在する場合は下にあるウォッシュコートタイプが含まれる。

４つの例示的な連続的に調製された部品について、ノズルを介して堆積された噴霧ＰＧＭ前駆体を使用する触媒へのＰＧＭ添着量の目標からの偏差（％）が表１に示されている。

図１に概略的に提示されたアプローチの重要な利点の１つは、所望の濃縮ゾーンの形状、位置、およびＰＧＭ濃度を達成するために、マスクまたはいかなる機械的影響因子も必要としないことである。さらに、この方法は、高精度のＰＧＭ堆積を可能にする。ＰＧＭ堆積の精度は、コーティングされた基材へのＰｄ堆積の結果を示す表１に例示されている。この方法では、ＰＧＭ添着量を目的のターゲットから厳密に（＜１％）偏差させることができる。

実施例１ ＣＣ１参照触媒Ａの調製
参照触媒Ａは、１００ｇ／ｆｔ^３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／９６／４）のＰＧＭの添着量を有するＰｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ａは、直径４．６６インチ、および長さ４．４インチ、９００ｃｐｓｉのセル密度、および２．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされた２層ウォッシュコートアーキテクチャである。

ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、４８ｇ／ｆｔ^３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、４８ｇ／ｆｔ^３のＰｄ（総Ｐｄの５０重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．２重量％の耐火性Ａｌ_２Ｏ_３、４９．６重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．６重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、１．９重量％のＺｒＯ_２をもたらす酢酸ジルコニウム、および１．７重量％のＰｄを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの添着量は、約２．５９ｇ／ｉｎ^３であった。

トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ^３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させた。約８４．８重量％の耐火性Ａｌ_２Ｏ_３、約５０重量％のセリアを有する１５．０重量％のセリア－ジルコニア複合材料、および０．２３重量％のＲｈを含有するスラリー混合物をボトムコート上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの添着量は、約１．００ｇ／ｉｎ^３であった。参照Ｐｄ／Ｒｈ触媒物品を図２に例示する。

実施例２：ＣＣ１発明触媒Ｂの調製
発明触媒Ｂは、８０．８ｇ／ｆｔ３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／７６．８／４）のＰＧＭ添着量を持つＰｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｂは、ボトムコートと、触媒の入口側における追加のＰＧＭ濃縮ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ４．４インチ、９００ｃｐｓｉのセル密度、および２．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。

ボトムコートの調製：パラジウム前駆体溶液の形態で、２４ｇ／ｆｔ^３のＰｄ（総Ｐｄの３１．２５重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させ、パラジウム前駆体溶液の形態で、２４ｇ／ｆｔ^３のＰｄ（総Ｐｄの３１．２５重量％）を、約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料上に含浸させた。約３５．３重量％の耐火性Ａｌ_２Ｏ_３、５０．０重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１１．７重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、１．９重量％のＺｒＯ_２をもたらす酢酸ジルコニウム、および１．１重量％のＰｄを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ボトムコートのウォッシュコートの添着量は、約２．５７ｇ／ｉｎ^３であった。

触媒の入口側での濃縮ゾーンの調整：パラジウム前駆体溶液の形態の３０５．７ｇ／ｆｔ^３Ｐｄ（総Ｐｄの３７．５％）を噴霧し、図１に概略的に示すように、ウォッシュコーティングされた基材の入口側に堆積させこれにより、基材体積の約９．４％をカバーし、図２に概略的に示されるような形状を有するＰｄ濃縮ゾーンが形成されるようになっている。Ｐｄ濃縮ゾーンの堆積後、サンプルの総Ｐｄ添着量は、基材の全体積を考慮した場合、７６．８ｇ／ｆｔ^３（または参照触媒Ａの８０％）である。後続のステップでは、基材を１２０℃で３０分間乾燥させ、空気中で１時間焼成した。下にあるボトムコートへのＰｄ濃縮は、下にあるウォッシュコートの全範囲が制御された勾配で濃縮されるように実行され、触媒Ｂの場合、勾配は、ＥＰＭＡラインプロファイルから決定されて生じたコーティングにおける最高と最低のＰｄ濃度値との間で５０％以下に制限される。

トップコートの調製：ロジウム前駆体溶液の形態で、４ｇ／ｆｔ^３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、耐火性アルミナ上に含浸させた。約８４．８重量％の耐火性Ａｌ_２Ｏ_３、約５０重量％のセリアを有する１５．０重量％のセリア－ジルコニア複合材料、および０．２重量％のＲｈを含有するスラリー混合物をボトムコート上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、トップコートのウォッシュコートの添着量は、約１．００ｇ／ｉｎ^３であった。触媒Ｂを図２に例示する。

実施例３：ＣＣ１発明触媒Ｃの調製
本発明の触媒Ｃは、ＰＧＭ添着量が８０．８ｇ／ｆｔ^３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／７６．８／４）のＰｄ／Ｒｈ触媒物品である。触媒Ｃは、ボトムコートと、触媒の入口側における追加のＰＧＭ濃縮ゾーンと、直径４．６６インチ、および長さ４．４インチ、９００ｃｐｓｉのセル密度、および２．５ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされたトップコートとで構成されるウォッシュコートアーキテクチャを含む。

ボトムコートの調製：ボトムコートは、触媒Ｂのボトムコートと同一であった。

触媒の入口側における濃縮ゾーンの調製：濃縮ゾーンは、触媒Ｂの濃縮ゾーンと同一であった。濃縮ゾーンの体積は、依然として総基材体積の約９．４％を占めるが、図２に示すように、ゾーンは入口全体を覆い、入口から基材の出口側に向かって軸方向に突き出ている。Ｐｄ濃縮ゾーンの堆積後、サンプルの総Ｐｄ添着量は、基材の全体積を考慮した場合、７６．８ｇ／ｆｔ^３（または参照触媒Ａの８０％）である。

トップコートの調製：トップコートは、触媒Ｂのトップコートと同一である。触媒Ｃが図２に示されている。

実施例４：ＵＦ参照触媒Ｄの調製
参照触媒Ｄは、３ｇ／ｆｔ^３（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ＝０／０／３）のＰＧＭの添着量を有するＲｈ触媒物品である。触媒Ｊは、直径４．６６インチ、および長さ４．４インチ、４００ｃｐｓｉのセル密度、および４ミルの壁厚さの寸法を有する円筒形のモノリシックコーディエライト基材上にコーティングされた単層ウォッシュコートアーキテクチャを含む。

ロジウム前駆体溶液の形態で、３ｇ／ｆｔ^３のＲｈ（総Ｒｈの１００重量％）を、水、耐火性アルミナ、および約４０重量％のセリアを有する安定化されたセリア－ジルコニア複合材料と混合した。約６３．１重量％の耐火性Ａｌ_２Ｏ_３、３２．０重量％の安定化されたセリア－ジルコニア複合材料、１．５重量％のＢａＯをもたらす酢酸バリウム、０．３重量％のＺｒＯ_２をもたらす酢酸ジルコニウム、１．５重量％のＳｒＯをもたらす酢酸ストロンチウム、および０．１重量％のＲｈを含有するスラリーを、基材上にコーティングした。空気中、５５０℃で１時間の焼成後の、ウォッシュコートの添着量は、約２．８ｇ／ｉｎ^３であった。

実施例５：触媒の試験
実施例１～４において調製されたすべての触媒を、典型的な入口温度が約９４０℃、典型的な触媒床温度が１０００℃を超えないように運転するように設定されたエンジンを使用し、発熱エージングプロトコルを使用してエージングした。ＦＴＰ－７５試験プロトコルで試験された車両の典型的な運転条件をシミュレートするために、エンジンアウトガスの供給組成を、リッチとリーンとの間で交互にした。すべてのＣＣ１触媒とＵＦ触媒Ｄは、同じ条件を使用して１００時間エージングされた。

排気性能を、ＦＴＰ－７５試験プロトコルの下で運転するＣＣ１＋ＵＦ排気浄化システム構成を備えた、２．０Ｌターボチャージャー付きＵＬＥＶ７０車両を使用して試験した。各システムを少なくとも４回試験して、高い実験再現性およびデータの一貫性を保証した。

ＰＧＭ濃縮ゾーンを使用する利点を表２に実証する。

本発明の触媒は、Ｐｄ／Ｒｈ参照触媒Ａと比較して、最大１０％のＮＭＨＣ＋ＮＯ_ｘ排出削減を実証する。当該触媒システムは、選択されたエージングおよび試験条件下でＳＵＬＥＶ３０以上のＮＭＨＣ＋ＮＯ_ｘ性能を達成する。さらに、設計固有のＰＧＭ濃縮ゾーンにより、車両の排出量に影響を与えることなく、Ｐｄの添着量を２０％削減できる。

提案された設計アーキテクチャの実装による触媒活性の改善は、触媒の着火温度の低下と、ＦＴＰ－７５試験のＢａｇ－１部分での低排出量をもたらす。図３は、ＣＣ１＋ＵＦ排気浄化システムを搭載した２．０Ｌターボチャージャー付きＵＬＥＶ７０車両のＦＴＰ－７５試験のライトオフ部分で測定された触媒Ａ ０／９６／４および触媒Ｂ ０／７６．８／４のＴＨＣライトオフ曲線をまとめたものである。触媒入口にＰＧＭ濃縮ゾーンを蒸着すると、炭化水素の着火温度が約２５℃低下する。例の触媒Ｂの場合の改善は、約１２０～２００℃の触媒床温度で約３０～６０％の変換で観察される。触媒Ｂは、参照触媒Ａと比較して約２０％少ないＰＧＭでライトオフの改善を実現する。

本明細書全体を通して「一実施形態」、「ある特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料、または特性が、現在特許請求される発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「１つ以上の実施形態では」、「ある特定の実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、または「実施形態では」などの句が本明細書全体の様々な箇所に出現することは、必ずしも現在特許請求される発明の同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わせることができる。本明細書に開示される様々な実施形態、態様、およびオプションのすべては、そのような特徴または要素が本明細書の特定の実施形態の説明において明示的に組み合わされるかどうかに関係なく、すべてのバリエーションで組み合わせることができる。本願で特許請求される発明は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、開示される発明の任意の分けることが可能な特徴または要素が、その様々な態様および実施形態のいずれかにおいて、組み合わせ可能であることを意図すると考えるべきであると、全体として読み取られることが意図される。

本明細書に開示される実施形態は、特定の実施形態を参照して説明されたが、これらの実施形態は、現在特許請求される発明の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。現在特許請求される発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、現在特許請求される発明の方法および装置に対して様々な修正および変更がなされ得ることが、当業者には明らかであろう。したがって、現在特許請求される発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある修正および変更を含むことが意図され、上記の実施形態は、限定ではなく例示の目的で提示される。本明細書で引用されたすべての特許および公開物は、組み込まれた他の記述が具体的に提供されない限り、記載されたその特定の教示について参照によって本明細書に組み込まれる。

Claims (29)

1. 排気浄化触媒物品であって、
   入口軸方向端部および出口軸方向端部を有する基材と、
   前記入口軸方向端部から前記出口軸方向端部までの前記基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層と、
   トップウォッシュコート層であって、前記トップコートが、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも６０％を覆うように、前記基材の前記入口軸方向端部もしくは前記出口軸方向端部、または両端部から前記基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
   前記トップウォッシュコート層および／または前記ボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が、前記基材の前記入口軸方向端部または前記基材の前記出口軸方向端部から始まり、前記第２の部分における白金族金属の濃度よりも２～１００倍高い白金族金属の濃度を呈し、
   前記第１の部分が、基材体積の５～５０％を構成し、前記基材の入口軸方向端部もしくは前記出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
   前記第１の部分における前記白金族金属の添着量が、前記第１の部分の第１の端部から前記第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、排気浄化触媒物品。
2. 前記入口軸方向端部もしくは前記出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、それぞれの基材端部から基材面の２０～１００％を覆うベースを有し、前記基材体積の５～５０％の体積を有する、幾何学的形状である、請求項１に記載の排気浄化触媒物品。
3. 前記三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、円錐、先細り円錐、非対称円錐、丸い円筒、楕円の円筒、多角形の円筒、丸いピラミッド、楕円のピラミッド、多角形のピラミッド、立方体、放物線状、半楕円形、半球、多角形のプリズム、平行六面体、菱面体、多面体、および双曲線体から選択される幾何学的形状を含む、請求項１または２に記載の排気浄化触媒物品。
4. 幾何学的形状を有する前記入口軸方向端部もしくは前記出口端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置が、スプレーノズルまたはスプレーノズルを備える装置を使用した、前記基材の軸方向、半径方向、または軸方向および半径方向同時のコーティングによって作製される、請求項１に記載の排気浄化触媒物品。
5. 前記第１の部分が、前記基材の全長に白金族金属が任意選択で事前に添着されている、前記トップウォッシュコート層および／または前記ボトムウォッシュコート層のうちの少なくとも一部を、噴霧された形で堆積される追加の白金族金属溶液を用いて、コーティングすることによって形成される濃縮ゾーンである、請求項１に記載の排気浄化触媒物品。
6. 前記白金族金属が、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の触媒物品。
7. 前記白金族金属が、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、セリア成分、ジルコニア成分、およびそれらの組み合わせから選択される担体上に担持されている、請求項１に記載の触媒物品。
8. 形成された幾何学的形状の全体積が、基材体積の５～５０％であるように、前記第１の部分が、前記入口端部または前記出口端部から前記基材の５～５０％の範囲の軸方向長さを有し、基材の入口または出口面の２０～１００％を覆っている、請求項１に記載の触媒物品。
9. 前記濃縮されたウォッシュコート層の前記第１の部分の最上層から前記基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、前記第１の部分における白金族金属の５０％以上が、前記第１の部分の最上の１／３に存在する、請求項１に記載の触媒物品。
10. 前記第１の部分の最上層から前記基材まで、電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、前記第１の部分における白金族金属の少なくとも４０～１００％が、前記第１の部分内のウォッシュコートを通して５０％以下の勾配で分布している、請求項１に記載の触媒物品。
11. 前記第１の部分における白金族金属の５０％～９５％が、前記濃縮されたウォッシュコート層の前記第１の部分の最上層から前記基材への電子プローブ微小部分析（ＥＰＭＡ）ラインスキャンによって決定される場合、前記第１の部分の最上の１／３に存在する、請求項１～９のいずれか一項に記載の触媒物品。
12. 前記第１の部分が、パラジウムを含む、請求項１に記載の触媒物品。
13. 前記第１の部分が、白金を含む、請求項１に記載の触媒物品。
14. 前記第１の部分が、ロジウムを含む、請求項１に記載の触媒物品。
15. 前記物品が、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に堆積されたパラジウムまたは白金を含み、前記入口軸方向端部から前記出口軸方向端部までの前記基材の６０～１００％の長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層であって、
    前記ボトムウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、
    前記第１の部分が、前記基材の前記入口軸方向端部または前記出口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびそれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で支持されるパラジウムまたは白金を含み、
    前記第１の部分におけるパラジウムまたは白金の前記濃度が、前記第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
    前記第１の部分が、前記基材体積の５～５０％構成し、前記基材の前記入口軸方向端部もしくは前記出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の添着量が、前記第１の部分の第１の端部から前記第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、ボトムウォッシュコート層と、
    トップウォッシュコート層であって、前記トップコートが、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、またはこれらの組み合わせを含み、前記基材の前記入口軸方向端部または前記出口軸方向端部のいずれかから、前記基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備える、請求項１に記載の触媒物品。
16. 前記物品が、
    酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されたパラジウムを含み、前記入口軸方向端部から前記出口軸方向端部までの前記基材の６０～１００％長さにコーティングされている、ボトムウォッシュコート層と、
    トップウォッシュコート層であって、前記トップコートが、前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも６０％を覆うように、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に含浸されている、ロジウム、白金、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含み、前記基材の前記入口または前記出口軸方向端部のいずれかから、前記基材の軸方向長さの６０～１００％に対してコーティングされている、トップウォッシュコート層と、を備え、
    前記トップウォッシュコート層の少なくとも一部が、第１の部分および第２の部分を含み、前記第１の部分が、前記基材の入口軸方向端部から始まり、酸素貯蔵成分、アルミナ成分、およびこれらの組み合わせから選択される担体上に任意選択で担持されているパラジウムまたは白金を含み、前記第１の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度が、前記第２の部分におけるパラジウムまたは白金の濃度よりも２～１００倍高く、
    前記第１の部分が、前記基材体積の５～５０％構成し、前記基材の前記入口軸方向端部もしくは前記出口軸方向端部、またはその両方から始まる三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を呈し、
    前記第１の部分における前記白金族金属の添着量が、前記第１の部分の第１の端部から前記第１の部分の第２の端部まで軸方向に決定される場合、１０～１０００ｇ／ｆｔ^３である、請求項１に記載の触媒物品。
17. 前記第１の部分が、パラジウムを含み、前記第１の部分におけるパラジウムの量が、前記触媒物品中に存在する前記総パラジウムの３０～１００重量％である、請求項１５または１６に記載の触媒物品。
18. 前記第１の部分が、白金を含み、前記第１の部分における白金の量が、前記触媒物品中に存在する前記総白金の３０～１００重量％である、請求項１５または１６に記載の触媒物品。
19. 前記第１の部分の前記白金族金属と、前記第２の部分の前記白金族金属との重量比が、４．０～５０である、請求項１～１８のいずれか一項に記載の触媒物品。
20. 前記アルミナ成分が、アルミナ、ランタナ－アルミナ、セリア－アルミナ、セリア－ジルコニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、ランタナ－ジルコニア－アルミナ、バリア－アルミナ、バリア－ランタナ－アルミナ、バリア－ランタナ－ネオジミア－アルミナ、またはそれらの組み合わせを含み、前記酸素貯蔵成分が、セリア－ジルコニア、セリア－ジルコニア－ランタナ、セリア－ジルコニア－イットリア、セリア－ジルコニア－ランタナ－イットリア、セリア－ジルコニア－ネオジミア、セリア－ジルコニア－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－プラセオジミア、セリア－ジルコニア－ランタナ－ネオジミア－プラセオジミア、またはそれらの任意の組み合わせを含み、前記ジルコニア成分が、ランタナ－ジルコニアおよびバリウムジルコニアを含む、請求項７に記載の触媒物品。
21. 前記ボトムウォッシュコート層が、前記トップ層の前記総重量に基づいて、１．０～２０重量％の量で、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、またはそれらの任意の組み合わせを含む、少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物を含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の触媒物品。
22. 前記基材が、セラミック基材、金属基材、セラミック発泡体基材、ポリマー発泡体基材、または織物繊維基材である、請求項１～２１のいずれか一項に記載の触媒物品。
23. 排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、前記プロセスが、
    ｉ．少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択で含むスラリーを得、前記基材の前記入口軸方向端部から前記出口軸方向端部までの前記基材の６０～１００％の長さで前記スラリーをコーティングして、ボトムウォッシュコート層を得ることと、
    ｉｉ．前記基材の入口軸方向端部または出口軸方向で始まる前記ボトムウォッシュコート層の少なくとも一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または前記入口軸方向端部または前記出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、
    ｉｉｉ．前記トップコートが前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも６０％を覆うように、前記基材の前記入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから前記基材の前記６０～１００％の長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含む前記スラリーを得ること、および前記ボトムウォッシュコートの前記少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすること、を含むことと、を含む、プロセス。
24. 排気浄化触媒物品の調製のためのプロセスであって、前記プロセスが、
    ｉ．前記入口軸方向端部から前記出口軸方向端部までの前記基材の６０～１００％の長さにコーティングされているボトムウォッシュコート層を調製し、少なくとも１つの担体に含浸されている白金族金属を任意選択に含むスラリーを得ること、および前記基材の全長に前記スラリーをコーティングすること、を含むことと、
    ｉｉ．前記トップコートが前記ボトムウォッシュコート層の前記長さの少なくとも６０％を覆うように、前記基材の前記入口軸方向端部または出口軸方向端部のいずれかから前記基材の前記６０～１００％の長さにコーティングされたトップウォッシュコートを調製し、少なくとも１つの担体上に含浸されている白金族金属を含む前記スラリーを得ること、および前記ボトムウォッシュコートの前記少なくとも６０％の長さにわたってスラリーをコーティングすること、を含むことと、
    ｉｉｉ．前記基材の入口軸方向端部または出口端部で始まる前記トップウォッシュコート層の一部を、ノズルスプレーまたはノズルスプレーを含む装置を使用して噴霧白金基金属前駆体溶液でコーティングして、三次元軸方向および／または前記入口軸方向端部または前記出口端部から始まる放射状ゾーン配置を作製し、その後約１００～１４０℃の温度で乾燥して、石灰化して濃縮ゾーンを得ることと、を含む、プロセス。
25. 請求項１に記載の触媒物品を調整するための装置であって、前記装置が、ＰＧＭ前駆体溶液貯蔵ユニットと、ＰＧＭ前駆体溶液のための投薬ユニットと、前記投薬ユニットに接続された少なくとも１つのＰＧＭ前駆体溶液供給管と、第２の供給管を介した前記投薬ユニットに接続されたスプレーノズルと、任意選択で空気供給手段に接続された前記スプレーノズルに接続された制御アームデバイスであって、基材面に対して前記ノズルの３Ｄ位置決めを可能にするように適合されている、制御アームデバイスと、任意選択で、追加の空気供給または迂回手段と、任意選択で真空機能と、を備え、前記装置が、ＰＧＭ前駆体溶液を噴霧し、前記基材の入口または出口軸方向端部から始まる幾何学的形状を含む三次元軸方向および／または半径方向のゾーン配置を作製するように適合されている、装置。
26. 内燃機関用の排気システムであって、前記システムが、エンジンおよび請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒物品を備える、排気システム。
27. 炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を処理する方法であって、前記排気流を、請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒物品、または請求項２６に記載の排気システムと接触させることを含む、方法。
28. ガス状排気流中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物のレベルを低減する方法であって、前記方法が、前記ガス状排気流を、請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒物品、または請求項２６に記載の排気システムと接触させて、前記排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物の前記レベルを低減することを含む、方法。
29. 炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物を含むガス状排気流を精製するための、請求項１～２２のいずれか一項に記載の触媒の使用。

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