JP3575307B2 - 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス浄化用触媒とその製造方法に関し、詳しくは高温のリーン雰囲気で使用しても浄化性能の劣化が防止された排ガス浄化用触媒とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より自動車などの排気系に配置される排ガス浄化用触媒には、触媒成分として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)などの貴金属が用いられ、これら貴金属がアルミナ( Al2O3)などの酸化物担体に担持されて用いられている。中でもPtはRhに比べて資源的に余裕があり、かつPdに比べて高い触媒活性を示すため、自動車用の排ガス浄化用触媒には主としてPtが利用されている。
【0003】
ところがPtは、高温のリーン雰囲気中で酸化され、粒成長により比表面積が減少して触媒活性が著しく低下するという問題がある。また近年のエンジン性能の向上や高速走行の増加、さらには排ガス規制の強化などにより排ガス温度は益々高くなる傾向にあるため、Ptの粒成長を抑制する手段の開発が強く求められている。
【0004】
そこで本願出願人は、先に特開昭62−277150号公報において、Ptとランタノイド元素又はアルカリ土類金属とのペロブスカイト型複合酸化物を用いた触媒を提案している。この触媒によれば、従来のPt/Al2O3触媒に比べてPtの熱劣化及び合金化が抑制されるため、耐久性が大幅に向上する。
しかしながら近年の排ガス温度はきわめて高くなっており、特開昭62−277150号公報に開示の触媒においても 900℃を超える領域ではペロブスカイト型複合酸化物は熱分解を始めてしまう。したがって今後の排ガス温度のさらなる高温化に対処するためには、1000℃を超えるような領域でもPtの粒成長を抑制できるようにする必要がある。
【0005】
そこで本願発明者らは鋭意研究を行い、特開平10−358号公報において、Ptとアルカリ土類元素又は周期表3A族元素から選ばれる1種又は2種以上の元素を含有するPt複合酸化物からなる粉末とγ−Al2O3粉末とを混合してなる触媒を提案している。この触媒によれば、Ptが複合酸化物の結晶中に取り込まれて安定化するため、1000℃以上の高耐熱性が達成できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが特開平10−358号公報に開示の触媒であっても、高温のリーン雰囲気において使用すると、Pt複合酸化物にある程度のシンタリングが生じることが明らかとなり、比表面積の減少により浄化性能が低下することがわかってきた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、Pt複合酸化物の耐熱性をさらに向上させることでPt複合酸化物のシンタリングを抑制し、Ptクラスターの粒成長を抑制することで耐久性を一層向上させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項1に記載の排ガス浄化用触媒の特徴は、M・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体と、複合酸化物担体の表面に形成されアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層と、よりなることにある。
【0008】
また請求項2に記載の排ガス浄化用触媒の特徴は、M・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体と、複合酸化物担体の表面に形成され少なくともMとM以外のアルカリ土類金属とを含む複合酸化物層と、複合酸化物層の表面に形成されアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層と、よりなることにある。
【0009】
また上記触媒を製造するのに最適な請求項3に記載の排ガス浄化用触媒の製造方法の特徴は、アルカリ土類金属を含むアルコキシドと白金化合物を溶解した溶液にM・Al2O4 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体粒子を混合し、アルコキシドを加水分解し次いで焼成することにより、複合酸化物担体粒子表面にアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層を形成することにある。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明者らの研究によれば、Pt複合酸化物のシンタリングは、Pt複合酸化物単独である場合に最も大きく、酸化物担体と混合した場合にはシンタリングが少なくなるもののまだ大きく、酸化物担体表面に薄膜状にPt複合酸化物層を形成した場合にシンタリングが最も抑制されることが見出された。
【0011】
さらに、酸化物担体としてM・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体を用いることにより、Pt複合酸化物との反応が生じにくいことが見出され、かつアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体では白金クラスターは1000℃でもきわめて安定であることも明らかとなった。本発明はこれらの発見に基づいてなされたものである。
【0012】
すなわち本発明の排ガス浄化用触媒では、M・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体表面に、アルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層が形成されている。この白金構造体中の白金クラスターは、1000℃で加熱されてもきわめて安定である。
【0013】
また Al2O3やSiO2などの酸化物は高温下で白金構造体と反応し、例えば SrAl2O4などが生成するため、白金クラスターの安定性が低く白金クラスターが粗大化して浄化性能が低下するという不具合がある。しかしM・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体は、高温下でも白金構造体と反応しにくいので、白金クラスターの粗大化が生じにくい。
【0014】
さらに白金構造体を層状とすることで、白金構造体自体のシンタリングを抑制することができ、白金構造体自体のシンタリングによる白金クラスターの粗大化を抑制することができる。
本発明の排ガス浄化用触媒では、これらの作用の相乗作用により白金クラスターの粗大化が抑制されると考えられ、耐熱性にきわめて優れている。
【0015】
スピネル構造をもつ複合酸化物担体はM・Al204 で表され、本発明では金属元素MとしてMg、Ca、Sr及びBaの少なくとも1種から選ばれるアルカリ土類金属が用いられる。中でもSr及びBaの少なくとも一方を用いることが特に望ましい。この複合酸化物担体の比表面積は高いほど望ましいが、重要なことは耐久前後で比表面積が変化しないことである。耐久前後で比表面積が変化しなければ、15m2/g程度の比表面積でも十分な効果を得ることができる。
【0016】
白金構造体層は、アルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されて構成されている。アルカリ土類金属としては、Mg、Ca、Sr及びBaの少なくとも1種を用いることができる。
白金構造体は、アルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが分散された構造であり、その詳しい組成は不明であるが、アルカリ土類金属とPtとの複合酸化物と考えられる。この白金構造体層の組成においては、モル比で、アルカリ土類金属:白金=2:1〜70:1の範囲することが望ましい。白金クラスターがこの範囲より少ないと望ましい浄化活性が得られず、白金クラスターがこの範囲より多くなると高温が作用したときに白金クラスターに粒成長が生じやすくなる。
【0017】
また白金構造体中の白金クラスターの粒径は、10nm以下とするのが望ましい。白金クラスターの粒径が10nmより大きくなると、表面積が低下して触媒活性点の減少により望ましい浄化活性が得られなくなる。白金クラスターの粒径を10nm以下とすれば、1000℃で5時間加熱する耐久試験を行った後も白金クラスターの粒径を10nm以下とすることができ、耐久試験後にも高い浄化性能を維持することができる。
【0018】
この白金構造体層の厚さは、0.05μm以下とすることが好ましく、一次粒子オーダーの厚さとすることが特に望ましい。白金構造体層の厚さが厚くなると、白金構造体自身のシンタリングが生じるようになるため好ましくない。
また請求項2に記載の排ガス浄化用触媒では、上記した複合酸化物担体と白金構造体層との間に、複合酸化物担体であるM・Al204 の構成要素であるアルカリ土類金属MとM以外のアルカリ土類金属とを含む複合酸化物層が形成されている。この複合酸化物層の介在により、複合酸化物担体と白金構造体層との接着強度が向上し、白金構造体層のシンタリングを一層抑制することができる。
【0019】
この複合酸化物層の構成要素であるM以外のアルカリ土類金属としては、白金構造体層の構成要素であるアルカリ土類金属と同一のものを用いることが望ましい。これにより複合酸化物担体と白金構造体層との接着強度がさらに向上し、白金構造体層のシンタリングをさらに抑制することができる。
この複合酸化物層の厚さは、0.02〜 0.1μmの範囲とすることが望ましい。複合酸化物層の厚さがこの範囲を外れると、複合酸化物担体と白金構造体層との接着強度の向上が望めない。
【0020】
ところで、触媒の比表面積と表面に存在する白金の活性点の数は比例するので、比表面積は大きいほど好ましいことになる。比表面積を大きくするには、上記したように比表面積15m2/g以上の微細な粒子状の複合酸化物担体を用い、その表面に薄膜状の白金構造体層を形成することが望ましい。このように薄膜状の白金構造体層を形成するには、アルコキシド法(ゾル−ゲル法)又は気相分解法などが利用できる。
【0021】
そこで本発明の排ガス浄化用触媒を安定して製造するための本発明の製造方法では、先ずアルカリ土類金属を含むアルコキシドと白金化合物を溶解した溶液にM・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体粒子を混合し、アルコキシドを加水分解し次いで焼成することにより、複合酸化物担体粒子表面に白金構造体層を形成している。
【0022】
アルコキシド法では、アルコキシドをアルコールなどの溶媒に溶解して溶液とし、加水分解・熟成により固体の水酸化物である酸化物前駆体を析出させ、次いで析出した酸化物前駆体を焼成することにより酸化物を形成する。したがって本発明の製造方法においては、加水分解・熟成により形成された水酸化物が共存する複合酸化物担体粒子の表面に析出し、それを焼成することにより粒子状担体の表面に薄膜状の白金構造体層として形成される。
【0023】
本発明の製造方法に用いられる複合酸化物担体としては、本発明の排ガス浄化用触媒に用いた複合酸化物担体と同様のものを用いることができる。またアルコキシドを溶解する溶媒としては、各種アルコールを単独であるいは二種類以上混合して用いることができるが、エーテルとアルコールの混合溶媒を用いることが望ましい。これにより加水分解時のPtアセチルアセトナートの析出が抑制され、均質なゲルが得られる。なおエーテルとアルコールの種類及び混合比は、用いるアルコキシドの種類や量に応じて各種選択することができる。
【0024】
得られた本発明の触媒は、定法によりペレット化しペレット触媒として実用に供することができる。またコージェライトやメタル製などのハニカム担体基材にコートしモノリス触媒として実用に供することもできる。そして酸化触媒、三元触媒、リーンバーン用触媒、ディーゼル用触媒、NOx 吸蔵還元型触媒などの用途に用いることができる。
【0025】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
(実施例1)
図1に本実施例で調製された触媒の模式的断面図を示す。この触媒は、 MgAl2O4よりなる複合酸化物担体粒子1と、複合酸化物担体粒子1の表面に形成され Sr5PtO7の構造と推定される白金構造体層2とから構成されている。以下、この触媒の製造方法を説明して、構成の詳細な説明に代える。
【0026】
2−プロパノール75gと2−メトキシメタノール25gを混合し、この混合溶媒中にSr(OC3H7)2を3.29gと Pt(C5H7O2)2を1.26g投入して、環流下で80℃で12時間攪拌してアルコキシド溶液を調製した。
一方、2−プロパノール75gと2−メトキシメタノール25gを混合し、この混合溶媒中に市販の MgAl2O4(比表面積20m2/g)を47.6g加えて攪拌し、80℃に加熱して担体分散液を調製した。
【0027】
次に80℃の担体分散液中に80℃の上記アルコキシド溶液を加え、80℃に保持して環流下で1時間攪拌した。そこへ0.40gの脱イオン水を加え、80℃に保持して環流下でさらに4時間攪拌して加水分解と熟成を行った。
得られた懸濁液をアスピレータにて 100℃で脱脂後さらにN2中 300℃で脱脂し、 500℃で3時間焼成して、本実施例の触媒粉末を得た。この触媒は、 MgAl2O4担体表面に Sr5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0028】
(実施例2)
Sr(OC3H7)2の代わりに4.09gのBa(OC3H7)2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4担体表面に Ba5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
この触媒の電子顕微鏡写真を図2に示す。図2から、 MgAl 2 O 4 担体粒子表面に 10nm 未満の白金クラスタが形成されていることがわかる。
【0029】
(実施例3)
Sr(OC3H7)2とAl(OC3H7)3を用い、ゾルゲル法により SrAl2O4を合成した。最終焼成条件は1000℃で5時間であり、得られた SrAl2O4の比表面積は43m2/gである。
MgAl2O4の代わりに上記 SrAl2O4を4.09g用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例3の触媒を調製した。この触媒は、 SrAl2O4担体表面に Sr5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0030】
(実施例4)
Ba(OC3H7)2とAl(OC3H7)3を用い、ゾルゲル法により BaAl2O4を合成した。最終焼成条件は1000℃で5時間であり、得られた BaAl2O4の比表面積は43m2/gである。
MgAl2O4の代わりに上記 BaAl2O4を4.09g用い、かつSr(OC3H7)2の代わりに4.09gのBa(OC3H7)2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例4の触媒を調製した。この触媒は、 BaAl2O4担体表面に Ba5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0031】
(実施例5)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr60PtO62と仮定して、各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4担体表面に Sr60PtO62で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0032】
(実施例6)
焼成後の担持成分の酸化状態をSrPtO3と仮定して、各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、実施例6の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4担体表面にSrPtO3で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0033】
(実施例7)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr90PtO47と仮定して、各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、実施例7の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4担体表面に Sr90PtO47で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0034】
(実施例8)
焼成後の担持成分の酸化状態を Ba20PtO62と仮定し、Sr(OC3H7)2の代わりにBa(OC3H7)2を用いて、各原料の仕込み量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、実施例8の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4担体表面に Ba20PtO62で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0035】
(実施例9)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr5PtO7/SrMgAl0.2O2.3/MgAl2O4と仮定して、仕込み担持量を計算した。
200gの脱イオン水に市販の MgAl2O4(比表面積25m2/g) 47.12gを投入する。次に、0.6772gのSr(NO3)2と0.8205gのMg(NO3)2・6H2Oと0.2400gのAl(NO3)3・9H2Oを加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、次いで 120℃で乾燥後 800℃で3時間焼成して、MgAl2O4粒子表面にSr−Mg−Al複合酸化物層をもつ粉末を調製した。
【0036】
そして MgAl2O4の代わりに上記粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例9の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4粒子表面にSr−Mg−Al複合酸化物層が形成され、さらにその表面に Ba5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(実施例10)
焼成後の担持成分の酸化状態をBa5PtO7/BaMgO2/MgAl2O4と仮定して、仕込み担持量を計算した。
【0037】
200gの脱イオン水に市販の MgAl2O4(比表面積25m2/g) 48.66gを投入する。次に、0.8363gのBa(NO3)2と0.8205gのMg(NO3)2・6H2Oを加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、次いで 120℃で乾燥後 800℃で3時間焼成して、 MgAl2O4粒子表面にBa−Mg複合酸化物層をもつ粉末を調製した。そして MgAl2O4の代わりに上記粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例10の触媒を調製した。この触媒は、 MgAl2O4粒子表面にSr−Mg複合酸化物層が形成され、さらにその表面に Ba5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
【0038】
(比較例1)
200gの脱イオン水に 12.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加え、さらに 49.37gのγ−Al2O3粉末(比表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成し比較例1の触媒粉末を得た。
【0039】
この比較例1の触媒は、γ−Al2O3粒子の細孔内部にまでPtが高分散に担持されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(比較例2)
200gの脱イオン水に 11.32gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)と3.02gの硝酸ロジウム水溶液(Rhとして3重量%含む)を加え、さらに 49.46gのγ−Al2O3粉末(比表面積 180m2/g)を加えて、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成し比較例2の触媒粉末を得た。
【0040】
この比較例2の触媒は、γ−Al2O3粒子の細孔内部にまでPtとRhが高分散に担持されていると考えられ、Ptの担持量は0.91重量%、Rhの担持量は0.18重量%である。
(比較例3)
200gの脱イオン水に 12.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加え、さらに 49.37gの MgAl2O4粉末(比表面積25m2/g)を加えて、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成し比較例3の触媒粉末を得た。
【0041】
この比較例3の触媒は、 MgAl2O4粒子の細孔内部にまでPtが高分散に担持されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(比較例4)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr5PtO7と仮定して、仕込み担持量を計算した。
【0042】
200gの脱イオン水に市販のγ−Al2O3粉末(比表面積 180m2/g) 47.62gを投入する。さらに 3.386gのSr(NO3)2と 15.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 500℃で1時間焼成し比較例4の触媒粉末を得た。
【0043】
この比較例4の触媒は、 Al2O3粒子表面に Sr5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(比較例5)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr5PtO7と仮定して、仕込み担持量を計算した。
【0044】
200gの脱イオン水に市販のSiO2粉末(比表面積 350m2/g) 47.62gを投入する。さらに 3.386gのSr(NO3)2と 15.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 700℃で1時間焼成し比較例5の触媒粉末を得た。
【0045】
この比較例5の触媒は、SiO2粒子表面に Sr5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(比較例6)
焼成後の担持成分の酸化状態を Sr5PtO7と仮定して、仕込み担持量を計算した。
【0046】
200gの脱イオン水に市販のZrO2粉末(比表面積49m2/g) 47.62gを投入する。さらに 3.386gのSr(NO3)2と 15.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 700℃で1時間焼成し比較例6の触媒粉末を得た。
【0047】
この比較例6の触媒は、ZrO2粒子表面に Sr5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(比較例7)
焼成後の担持成分の酸化状態を Ba5PtO7と仮定して、仕込み担持量を計算した。
【0048】
200gの脱イオン水に市販のγ−Al2O3粉末(比表面積 180m2/g) 47.62gを投入する。さらに 3.386gのBa(NO3)2と 15.63gのジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液(Ptとして 4.0重量%含む)を加えて溶解し、攪拌しながら 100℃に加熱して水分を蒸発させ、 120℃で一昼夜乾燥後、大気中にて 700℃で1時間焼成し比較例7の触媒粉末を得た。
【0049】
この比較例7の触媒は、 Al2O3粒子表面に Ba5PtO7で表される白金構造体層が形成されて構成されていると考えられ、Ptの担持量は1.25重量%である。
(評価試験)
実施例1〜10及び比較例1〜7の触媒をそれぞれ常温静水圧プレス( CIP)によって加圧後粉砕し、1.0〜 1.7mmのペレット状に成形した。得られたそれぞれのペレット触媒を常圧流通式の耐久試験装置に配置し、表1に示す耐久モデルガス(A/F=16相当に SO2を加えたもの)中にて1000℃で5時間の耐久処理を行った。
【0050】
耐久処理後の各ペレット触媒 2.0gをそれぞれ常圧流通式反応装置に配置し、表1に示す評価モデルガス(ストイキ相当)を5リットル/分の流量で供給して、触媒床温度が各温度におけるC3H6成分とNO成分の定常状態での浄化率をそれぞれ測定した。なお浄化率の定義は次式で表される。
浄化率= 100×{(入ガス中の濃度−出ガス中の濃度)/入ガス中の濃度}
【0051】
【表1】
得られた結果から、触媒床温度と浄化率との関係をそれぞれプロットし、浄化率が50%となる温度を求めた。結果を表2に示す。なお表2において、HC−T50とはC3H6成分の50%浄化温度を意味し、NO−T50とはNO成分の50%浄化温度を意味する。
【0052】
【表2】
【0053】
表2より、各実施例の触媒はHC及びNOの浄化活性に優れ、耐久性に優れていることがわかる。さらに、実施例9及び実施例10のように、スピネル構造をもつ複合酸化物担体と白金構造体層との間に両方のアルカリ土類金属を含む複合酸化物層を介在させることにより、耐久試験後の浄化活性が一層向上していることも明らかである。
【0054】
なお実施例6及び実施例7では、他の実施例と比べて耐久試験後の浄化活性に劣っているが、これは白金構造体層のPt量が過不足となったために、初期から浄化活性が低かったり、耐久試験時に白金クラスターの粒成長が生じたためと考えられる。
次に、耐久試験前後の実施例2及び比較例1の触媒について、その粒子を走査型電子顕微鏡(TEM)で観察し、Ptの粒子径分布を解析した。結果を図2〜5に示す。なお比較例1の触媒は、耐久試験前の状態ではPtは原子状に分散担持されているためTEMでの観察が困難であったので、図には示していない。
【0055】
図2〜4より、比較例1の触媒では耐久試験によってPtクラスターが10nmを超える粒径に粗大化し、10nm以下のPtクラスターは観察されなかったのに対し、実施例2の触媒では耐久試験によって全体としてPtクラスターの粗大化が進んでいるものの、耐久試験後にも10nm以下のPtクラスターが存在している。
また図5より、実施例2の触媒は比較例1に比べてPtの粒子径分布がより微細となっていることがわかる。
【0056】
つまり実施例2の触媒が耐久試験後にも高い浄化活性を示すのは、20nm以下のPtクラスターが多数存在するためと考えられる。
またEDXによって、耐久試験後の実施例2の触媒の表面領域の元素の分析を行った。なおEDX分析は、表3に示す条件で行った。
【0057】
【表3】
その結果、実施例2のPtクラスターが存在する部分のマトリックスは BaSO4であることがわかった。つまり白金構造体層のマトリックスは耐久試験時に硫黄被毒されたが、それにも関わらずPtクラスターは粗大化が抑制されていることが明らかであり、これはスピネル構造をもつ複合酸化物担体を用いた効果であると考えられる。
【0058】
【発明の効果】
すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によれば、Ptクラスターの粗大化を一層抑制でき、1000℃で加熱する耐久処理後にも高い浄化性能が発現され耐熱性にきわめて優れている。
また本発明の製造方法によれば、上記した優れた耐熱性を有する触媒を安定して確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の排ガス浄化用触媒の構造を示す模式的断面図である。
【図2】実施例2の触媒の初期における粒子構造を示す電子顕微鏡写真図である。
【図3】実施例2の触媒の耐久試験後における粒子構造を示す電子顕微鏡写真図である。
【図4】比較例1の触媒の耐久試験後における粒子構造を示す電子顕微鏡写真図である。
【図5】実施例2及び比較例1の触媒の耐久試験後のPtの粒度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
1:複合酸化物担体粒子 2:白金構造体層
Claims (3)
- M・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体と、該複合酸化物担体の表面に形成されアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層と、よりなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
- M・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体と、該複合酸化物担体の表面に形成され少なくとも該Mと該M以外のアルカリ土類金属とを含む複合酸化物層と、該複合酸化物層の表面に形成されアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層と、よりなることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
- 請求項1又は請求項2に記載の触媒の製造方法であって、アルカリ土類金属を含むアルコキシドと白金化合物を溶解した溶液にM・Al204 (Mはアルカリ土類金属)で表されるスピネル構造をもつ複合酸化物担体粒子を混合し、該アルコキシドを加水分解し次いで焼成することにより、該複合酸化物担体粒子表面にアルカリ土類金属酸化物を主成分とするマトリックス中に白金クラスターが均一に分散されてなる白金構造体層を形成することを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。
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