JP4265561B2 - Automobile exhaust gas purification catalyst body - Google Patents

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Description

本発明は、触媒成分が担持されたアルミナなどの酸化物粒子を、コージェライトなどの多孔質基材に担持してなる自動車の排ガス浄化用触媒体に関する。 The present invention relates to an automobile exhaust gas purification catalyst body in which oxide particles such as alumina carrying a catalyst component are supported on a porous substrate such as cordierite.

従来より、自動車の排ガス等に含まれるHC、CO、NOx等の有害成分を浄化するための触媒成分としては、一般にPt、Pd、Rh等の貴金属が使用されている。   Conventionally, noble metals such as Pt, Pd, and Rh are generally used as catalyst components for purifying harmful components such as HC, CO, and NOx contained in automobile exhaust gas and the like.

また、そのような触媒成分としては、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能なものとして、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の固溶体微粒子である基粒子と、この基粒子の表面の少なくとも一部を被覆する1種以上の貴金属または貴金属酸化物からなる表面被覆層とよりなる触媒粒子が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   In addition, as such a catalyst component, one having a primary particle size on the order of nanometers or two or more kinds having higher activity and capable of exhibiting activity against a plurality of types of substances. Catalyst particles comprising a base particle which is a solid solution fine particle and a surface coating layer made of one or more kinds of noble metals or noble metal oxides covering at least a part of the surface of the base particles have been proposed (for example, Patent Documents). 1).

そして、従来では、このような触媒成分においては、コージェライトからなる多孔質基材を用いることにより、当該触媒成分をこの多孔質基材の表面に高分散に担持することが行われている。   Conventionally, in such a catalyst component, by using a porous base material made of cordierite, the catalyst component is supported on the surface of the porous base material in a highly dispersed manner.

しかし、コージェライトの表面積では、上記触媒成分を高分散に担持させるためには十分でなく、かつコージェライトと上記触媒成分との結合力が弱いため、十分な担持量を確保することができない。   However, the surface area of cordierite is not sufficient to support the catalyst component in a highly dispersed manner, and the bonding force between cordierite and the catalyst component is weak, so that a sufficient loading amount cannot be ensured.

そこで、従来より、γ−アルミナ(Al23)を代表とする、高い比表面積を有する粒子状の酸化物粒子を担体として、上記触媒成分の担持を行う前に、この酸化物粒子をコージェライトの表面上に約数10μmという厚さでにコーティングし、その後、コーティングされた酸化物粒子に対して触媒成分をさらに担持していた。
特開2003−80077号公報
Therefore, conventionally, before carrying the catalyst component on the basis of particulate oxide particles having a high specific surface area represented by γ-alumina (Al 2 O 3 ), the oxide particles are corded. It was coated on the surface of the light to a thickness of about several tens of μm, and then the catalyst component was further supported on the coated oxide particles.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-80077

しかしながら、コージェライトからなる多孔質基材の上にγ−アルミナからなる酸化物粒子を担持させ、さらにこの酸化物粒子に触媒成分を担持させる従来の構成では、酸化物粒子であるγ−アルミナの厚さがコージェライト上において数10μmにもなるため、次に述べるようないくつかの問題点がある。   However, in the conventional configuration in which the oxide particles made of γ-alumina are supported on the porous base material made of cordierite and the catalyst component is supported on the oxide particles, the γ-alumina that is the oxide particles Since the thickness is several tens of μm on cordierite, there are some problems as described below.

まず、従来の触媒体では、触媒成分はγ−アルミナの表面ならびに内部に存在することになるが、反応ガスの拡散性により、厚いγ−アルミナの内部に存在する触媒成分は十分に機能しないという問題がある。   First, in the conventional catalyst body, the catalyst component is present on the surface and inside of the γ-alumina, but the catalyst component existing inside the thick γ-alumina does not function sufficiently due to the diffusibility of the reaction gas. There's a problem.

しかしながら、コージェライトモノリス基材上にコーティングされたγ−アルミナの厚さを小さくすることは、γ−アルミナに触媒成分を担持する際に、触媒成分がγ−アルミナ粒子の隙間を通過し、その下のコージェライトの表面からコージェライトモノリス基材の孔内部にまで到達してしまうためできなかった。   However, reducing the thickness of the γ-alumina coated on the cordierite monolith substrate means that when the catalyst component is supported on the γ-alumina, the catalyst component passes through the gaps of the γ-alumina particles, This was not possible because the cordierite monolith substrate reached the inside of the pores from the lower cordierite surface.

また、γ−アルミナは、高い比表面積を有するが、それ自体は耐熱性が低いため、長時間の使用によってγ−アルミナが形状変化を起こし、そのため、触媒成分がγ−アルミナの内部に埋没し、触媒機能を失活することになっていた。   In addition, γ-alumina has a high specific surface area, but itself has low heat resistance, so that the shape of γ-alumina changes due to long-term use, so that the catalyst component is buried inside γ-alumina. The catalyst function was to be deactivated.

このため、必要な排ガスの浄化性能すなわち十分な触媒機能を達成するためには、初期の段階より、過剰な触媒成分を担持させる必要があり、触媒成分の使用量が多く、利用効率が低くなってしまうという問題があった。   For this reason, in order to achieve the necessary exhaust gas purification performance, that is, sufficient catalyst function, it is necessary to carry an excess catalyst component from the initial stage, and the amount of catalyst component used is large and the utilization efficiency is low. There was a problem that.

さらに、コージェライトモノリス基材上にコーティングされたγ−アルミナの層は、従来では上述したように約数10μmという厚さであり、反応ガスの通過面積が小さいため、このγ−アルミナの層が大きな通気抵抗となっていた。   Furthermore, the γ-alumina layer coated on the cordierite monolith substrate is conventionally about several tens of μm thick as described above, and the area through which the reaction gas passes is small. It became a big ventilation resistance.

そのため、従来の触媒体を自動車の排ガス浄化用の触媒体に用いた場合、エンジン出力が低下したり、熱容量が大きくなることで温度上昇が遅くなるため、エンジン始動から触媒体が活性化するまでの時間が長くかかるという問題があった。   Therefore, when a conventional catalyst body is used as a catalyst body for exhaust gas purification of an automobile, the engine output is reduced or the temperature rise is slowed by increasing the heat capacity. From the start of the engine to the activation of the catalyst body There was a problem that it took a long time.

さらに、上記排ガス浄化用の触媒体は、約1000℃付近の高温下で長時間使用されるため、この高温での使用に伴って、上述した触媒成分のγ−アルミナの内部への埋没という問題に加えて、熱によるシンタリングが発生するという問題が生じる。   Furthermore, since the exhaust gas purifying catalyst body is used at a high temperature of about 1000 ° C. for a long time, the problem that the catalyst component described above is buried inside the γ-alumina with the use at this high temperature. In addition, there is a problem that sintering due to heat occurs.

すると、このシンタリングによって、触媒成分が移動、あるいは、触媒成分同士が結合してしまい、反応活性な比表面積が低下してしまい、浄化性能が劣化してしまう。このことからも、初期に必要とされる触媒量より、たとえば7割程度多く触媒成分を担持する必要があり、環境負荷とコスト高という問題があった。   Then, due to this sintering, the catalyst components move or the catalyst components are combined with each other, the reaction-active specific surface area is reduced, and the purification performance is deteriorated. For this reason as well, it is necessary to carry, for example, about 70% more catalyst components than the amount of catalyst required in the initial stage, and there are problems of environmental burden and high cost.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、触媒が担持された酸化物粒子を、多孔質基材に担持してなる自動車の排ガス浄化用触媒体において、触媒成分の反応利用効率を高め、触媒成分の使用量を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a catalyst body for exhaust gas purification of an automobile in which oxide particles carrying a catalyst are carried on a porous substrate, the reaction utilization efficiency of the catalyst component is improved. The purpose is to increase and reduce the amount of catalyst components used.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、多孔質基材(10)と、多孔質基材(10)の表面上に順次積層された酸化物粒子からなる第1のコート層(21)、第2のコート層(22)と、第2のコート層(22)の上に設けられた触媒成分(30)と、を備え、第1のコート層(21)を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材(10)の平均細孔径の1/2倍〜1/4倍であり、第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材(10)の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍であることを特徴とする自動車の排ガス浄化用触媒体が提供される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a porous substrate (10) and a first coat layer comprising oxide particles sequentially laminated on the surface of the porous substrate (10). (21), the second coat layer (22), and a catalyst component (30) provided on the second coat layer (22), and the oxidation constituting the first coat layer (21) The particle size of the product particles is ½ to ¼ times the average pore size of the porous substrate (10), and the particle size of the oxide particles constituting the second coat layer (22) is There is provided an automobile exhaust gas purification catalyst body characterized in that the average pore diameter of the porous substrate (10) is 1/25 to 1/65 times .

ここで、本発明の触媒体においては、酸化物粒子の粒径は、一般的に用いられる平均粒径であり、一次粒子径であっても、一次粒子が凝集した二次粒子の径であってもどちらでもよい。   Here, in the catalyst body of the present invention, the particle diameter of the oxide particles is a commonly used average particle diameter, and even the primary particle diameter is the diameter of the secondary particles in which the primary particles are aggregated. Or either.

それによれば、第2のコート層(22)は、第1のコート層(21)よりも粒径の小さな酸化物粒子からなるものとなる。そのため、第2のコート層(22)は、触媒成分(30)を通過させない緻密な層であって、且つ、粒子径小さいから触媒成分(30)を担持するための表面積が大きな層とすることができる。   According to this, the second coat layer (22) is made of oxide particles having a smaller particle diameter than the first coat layer (21). Therefore, the second coat layer (22) is a dense layer that does not allow the catalyst component (30) to pass therethrough and has a large surface area for supporting the catalyst component (30) because the particle size is small. Can do.

また、粒径の大きな第1のコート層(21)を、粒径の小さな第2のコート層(22)と多孔質基材(10)との間に介在させることにより、この第1のコート層(21)が土台となって多孔質基材(10)の細孔の蓋をした状態となるため、その上の第2のコート層(22)を多孔質基材(10)の細孔に入り込まないようにすることができる。   Further, the first coat layer (21) having a large particle size is interposed between the second coat layer (22) having a small particle size and the porous substrate (10), whereby the first coat layer (21) is interposed. Since the layer (21) serves as a base and covers the pores of the porous base material (10), the second coat layer (22) thereon is used as the pores of the porous base material (10). You can keep out.

そのため、多孔質基材(10)上に担持される第2のコート層(22)は、多孔質基材(10)の細孔の内部には、ほとんど入りこまない状態で、第1のコート層(21)の酸化物粒子およびその隙間に配置される。その結果、第2のコート層(22)は、多孔質基材(10)の表面に配置されることになり、第2のコート層(22)の厚さは、必要な範囲で極力薄くすることができる。   Therefore, the second coat layer (22) supported on the porous base material (10) hardly penetrates into the pores of the porous base material (10), and the first coat It arrange | positions in the oxide particle of a layer (21), and its clearance gap. As a result, the second coat layer (22) is disposed on the surface of the porous substrate (10), and the thickness of the second coat layer (22) is made as thin as possible within the necessary range. be able to.

また、第1のコート層(21)も、それを構成する酸化物粒子の粒径が大きいものにできるため、第2のコート層(22)の土台として多孔質基材(10)の細孔を閉塞するためには、さほど厚くなくてもよい。   In addition, since the first coat layer (21) can also have a large particle size of the oxide particles constituting the first coat layer (21), the pores of the porous base material (10) can be used as a base for the second coat layer (22). In order to occlude the film, it is not necessary to be so thick.

また、第1のコート層(21)の酸化物粒子は、多孔質基材(10)の表面にて多孔質基材(10)の細孔の蓋をするだけで、細孔にはほとんど入り込まないので、多孔質基材(10)において細孔による空隙は残り、多孔質基材(10)の熱による膨張・収縮を緩和する機能すなわち熱衝撃性は確保される。   Further, the oxide particles of the first coat layer (21) almost enter the pores only by covering the pores of the porous substrate (10) on the surface of the porous substrate (10). Therefore, voids due to the pores remain in the porous base material (10), and the function of relaxing expansion / contraction due to heat of the porous base material (10), that is, thermal shock resistance, is ensured.

こうして、本発明では、多孔質基材(10)の表面上において薄く形成された第1および第2のコート層(21、22)の上に、触媒成分(30)が担持された形となるため、結果的に、多孔質基材(10)の表面に触媒成分(30)が薄く配置された構成を実現できる。   Thus, in the present invention, the catalyst component (30) is supported on the first and second coat layers (21, 22) formed thin on the surface of the porous substrate (10). Therefore, as a result, a configuration in which the catalyst component (30) is thinly arranged on the surface of the porous substrate (10) can be realized.

このように、本発明の触媒体によれば、多孔質基材(10)上の酸化物粒子の層の厚さを従来に比べて極力薄くできることから、上記した通気抵抗を小さくでき、また、触媒成分(30)が酸化物粒子の下の多孔質基材(10)の細孔に入り込むことはほとんどなく、多孔質基材(10)の表面に効率的に配置される。   Thus, according to the catalyst body of the present invention, the thickness of the oxide particle layer on the porous substrate (10) can be made as thin as possible compared to the conventional one, so that the above-mentioned ventilation resistance can be reduced, The catalyst component (30) hardly enters the pores of the porous substrate (10) under the oxide particles and is efficiently disposed on the surface of the porous substrate (10).

したがって、本発明によれば、触媒成分(30)が担持された酸化物粒子を、多孔質基材(10)に担持してなる触媒体において、触媒成分(30)の反応利用効率を高め、触媒成分(30)の使用量を低減することができる。   Therefore, according to the present invention, in the catalyst body formed by supporting the oxide particles supporting the catalyst component (30) on the porous substrate (10), the reaction utilization efficiency of the catalyst component (30) is increased, The usage-amount of a catalyst component (30) can be reduced.

また、請求項2に記載の発明では、請求項1記載の触媒体において、多孔質基材(10)はコージェライトであり、第1のコート層(21)を構成する酸化物粒子の粒径は、600nm〜1000nmであり、第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子の粒径は、30nm〜80nmであることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 2, in the catalyst body according to claim 1, porous substrate (10) is cordierite, the grains of the oxide particles constituting the first coating layer (21) The diameter is 600 nm to 1000 nm, and the particle diameter of the oxide particles constituting the second coat layer (22) is 30 nm to 80 nm.

このように、多孔質基材(10)がコージェライトである場合においては、第1のコート層(21)を構成する酸化物粒子の粒径は、600nm〜1000nmであり、第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子の粒径は、30nm〜80nmであることが好ましい。   Thus, when the porous substrate (10) is cordierite, the particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer (21) is 600 nm to 1000 nm, and the second coat layer. The particle size of the oxide particles constituting (22) is preferably 30 nm to 80 nm.

多孔質基材(10)がコージェライトである場合において、本発明者の行った調査の結果により、コージェライト細孔径の平均細孔径1μm〜2μmであるので、上述した酸化物粒子の粒径が好ましいことを確認した。   In the case where the porous base material (10) is cordierite, the average pore diameter of the cordierite pore diameter is 1 μm to 2 μm according to the results of the investigation conducted by the present inventor. It was confirmed that it was preferable.

また、請求項に記載の発明では、請求項1〜請求項に記載の触媒体において、第1および第2のコート層(21、22)を構成する酸化物粒子は、CeO、ZrO、Al、TiO、SiO、MgO、Y、Niおよびこれらの組成物から選ばれる一種または二種以上の化合物のいずれかから構成することを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 3, in the catalyst body according to claims 1 to 2, oxide particles constituting the first and second coating layer (21, 22) is, CeO 2, ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, Y 2 O 3 , Ni 2 O 3 and any one or more compounds selected from these compositions .

それによれば、触媒成分の担体である酸化物粒子として、従来のγ−アルミナよりも耐熱性に優れるものを提供することが可能になる。つまり、この中から、より耐熱性に優れるθ−アルミナ、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)等を、酸化物粒子として使用することで、酸化物粒子自体の形状変化を軽減することができ、触媒成分の埋没も防ぐことができる。 According to this, it is possible to provide oxide particles that are carriers of the catalyst component that have better heat resistance than conventional γ-alumina. That is, among these, θ-alumina, titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), etc., which are more excellent in heat resistance, can be used as oxide particles, thereby reducing the shape change of the oxide particles themselves. It is possible to prevent the catalyst component from being buried.

より具体的には、請求項に記載の発明のように、請求項に記載の触媒体においては、酸化物粒子として、θ−アルミナまたはδ−アルミナからなるものを採用することができる。 More specifically, as in the invention described in claim 4 , in the catalyst body described in claim 3 , those made of θ-alumina or δ-alumina can be employed as the oxide particles.

本発明者は、従来のγ−アルミナの耐熱化を検討した。γ−アルミナの温度を600℃付近から上昇させていくと、800℃付近でθ−アルミナに相変化し、δ−アルミナを経て、1200℃付近でα−アルミナに相変化する。   The inventor examined heat resistance of conventional γ-alumina. When the temperature of γ-alumina is raised from around 600 ° C., it changes to θ-alumina around 800 ° C., passes through δ-alumina, and changes to α-alumina around 1200 ° C.

ここで、γ−アルミナの比表面積は150〜300m2/gであり、θ−アルミナおよびδ−アルミナの比表面積は30〜100m2/gであり、α−アルミナの比表面積は1〜2m2/gである。なお、コージェライトの比表面積はα−アルミナの比表面積と同程度である。 Here, the specific surface area of γ-alumina is 150 to 300 m 2 / g, the specific surface area of θ-alumina and δ-alumina is 30 to 100 m 2 / g, and the specific surface area of α-alumina is 1 to 2 m 2. / G. The specific surface area of cordierite is approximately the same as that of α-alumina.

つまり、酸化物粒子として、θ−アルミナまたはδ−アルミナを採用すれば、多少、γ−アルミナに比べて比表面積は多少小さくなるものの、実用上は問題なく、しかも、耐熱性に優れた酸化物粒子を提供することができる。   In other words, if θ-alumina or δ-alumina is used as the oxide particles, the specific surface area is somewhat smaller than that of γ-alumina, but there is no practical problem and the oxide has excellent heat resistance. Particles can be provided.

また、請求項に記載の発明のように、請求項に記載の触媒体においては、酸化物粒子は、SiOも好適である。 It is preferable as defined in claim 5, in the catalyst body according to claim 3, oxide particles, SiO 2 is also suitable.

本発明者の検討によれば、SiO2をコート層(21、22)の原料とすることにより、触媒成分(30)との密着性が向上し、高温での長時間使用に対して、触媒成分(30)の凝集等による触媒劣化すなわちシンタリングを抑制できる。 According to the study of the present inventor, by using SiO 2 as a raw material for the coating layers (21, 22), the adhesion with the catalyst component (30) is improved, and the catalyst is used for a long time use at a high temperature. Catalyst degradation due to aggregation of the component (30), that is, sintering, can be suppressed.

その結果、活性の高い触媒機能を持続することが実現可能となり、高温での耐久性能が向上した触媒体を提供することができる。ちなみに、耐熱性向上が期待できるコート層(21、22)−触媒成分(30)の具体的な組合せとしては、SiO2コート−CeO2微粒子、SiO2コート−CeO2・ZrO2複合酸化物微粒子などがあげられる。 As a result, it is possible to maintain a highly active catalyst function, and it is possible to provide a catalyst body with improved durability at high temperatures. Incidentally, specific combinations of the coating layer (21, 22) -catalyst component (30) that can be expected to improve heat resistance include SiO 2 coat-CeO 2 fine particles, SiO 2 coat-CeO 2 .ZrO 2 composite oxide fine particles. Etc.

また、請求項に記載の発明では、請求項1〜請求項に記載の触媒体において、触媒成分(30)は、1nm〜100nmの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子(1)と、この基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物とからなる触媒粒子であることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 6, wherein in the section 1 catalyst body according to claim 5, the catalyst component (30), a kind having a primary particle size of 1nm~100nm single particulates or of two or more The catalyst particles are characterized by comprising base particles (1) which are compound fine particles and one or more metals or compositions thereof covering at least a part of the surface of the base particles (1).

ここで、一種の単体微粒子とは、一種の元素または化合物よりなる微粒子のことであり、二種以上の化合物微粒子とは、二種以上の元素または化合物が固溶した微粒子のことである。また、本発明において固溶した微粒子とは、物質AとBとが混合した状態、物質AとBとが反応して初期の構造と異なっている状態を含むものである。   Here, one kind of single particle is a fine particle made of one kind of element or compound, and two or more kinds of compound fine particles are fine particles in which two or more kinds of elements or compounds are dissolved. Further, the solid solution fine particles in the present invention include a state in which the substances A and B are mixed, and a state in which the substances A and B react to differ from the initial structure.

本発明によれば、触媒成分(30)を、1個の触媒粒子全体として、ナノメートルオーダ(本明細書では1nm〜100nmの範囲を意味する)のサイズのものにできるとともに、従来の単なるナノメートルオーダの貴金属触媒粒子よりも、比表面積が大きく、高活性なものにできる。 According to the present invention, the catalyst component (30) can be made to have a size of nanometer order (in the present specification, meaning a range of 1 nm to 100 nm) as a whole catalyst particle, The specific surface area is larger than that of precious metal catalyst particles of the metric order and can be made highly active.

そして、本発明では、基粒子も触媒活性を持つものにすることができ、基粒子と一種以上の金属またはそれらの組成物とを、互いに異なる物質に対して触媒活性を示すものになるように選択することができるので、1種の触媒粒子で複数種類の物質に対して活性を示すことができる。   In the present invention, the base particles can also have catalytic activity so that the base particles and one or more metals or compositions thereof exhibit catalytic activity against different substances. Since it can be selected, the activity can be exhibited with respect to plural kinds of substances with one kind of catalyst particle.

また、本発明においては、基粒子と一種以上の金属またはそれらの組成物との一方を触媒、他方を助触媒とすることができる。つまり、触媒成分(30)として、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能な触媒粒子を提供することができる。   In the present invention, one of the base particles and one or more metals or their composition can be used as a catalyst, and the other as a promoter. That is, as the catalyst component (30), it is possible to provide catalyst particles that are more active and can exhibit activity against a plurality of types of substances.

ここで、請求項に記載の発明のように、請求項に記載の触媒体においては、基粒子(1)としては、金属酸化物、金属炭化物および炭素材料から選ばれたものよりなるものにできる。 Here, as in the invention according to claim 7, those in the catalyst body according to claim 6, the group particles (1), made of one selected metal oxide, a metal carbide and carbon material Can be.

具体的に、請求項に記載の発明のように、請求項に記載の触媒体においては、前記金属酸化物としては、Ce、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Sr、Niの酸化物およびそれらの組成物から選ばれる一種の単体、または二種以上の化合物からなるものを採用できる。 Specifically, as in the invention according to claim 8 , in the catalyst body according to claim 7 , the metal oxide includes Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Sr, Ni. It is possible to employ one kind of simple substance selected from these oxides and their compositions, or one comprising two or more kinds of compounds.

また、請求項に記載の発明のように、請求項または請求項に記載の触媒体においては、前記金属炭化物としては、SiCまたはその化合物からなるものを採用することができる。 As in the invention described in claim 9 , in the catalyst body described in claim 7 or claim 8 , the metal carbide may be composed of SiC or a compound thereof.

また、請求項10に記載の発明のように、請求項〜請求項に記載の触媒体においては、前記炭素材料としては、グラファイトを採用することができる。 It is preferable as defined in claim 10, in the catalyst body according to claim 7 to claim 9, as the carbon material, can be employed graphite.

また、請求項11に記載の発明では、請求項〜請求項10に記載の触媒体において、基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの化合物が、50nm未満の粒径を持つ超微粒子であることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 11, in the catalyst body according to claims 6 to claim 10, at least a portion of one or more metals or coating the compound of their surface groups particle (1) is, 50 nm It is characterized by ultrafine particles having a particle size of less than.

基粒子(1)の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの化合物は、粒子の形や層の形で被覆を行うことが可能であるが、粒子の場合、50nm未満の粒径を持つ超微粒子であることが好ましい。50nm以上の粒径では、ナノメータサイズの基粒子表面を被覆することが困難になる。   One or more metals or compounds thereof covering at least a part of the base particle (1) can be coated in the form of particles or layers, but in the case of particles, the particle size is less than 50 nm. It is preferable to have ultrafine particles. When the particle diameter is 50 nm or more, it is difficult to coat the nanometer-sized base particle surface.

また、請求項12に記載の発明では、請求項〜請求項11に記載の触媒体において、基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物が、1〜30原子層からなる被覆層(2)であることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 12, in the catalyst body according to claims 6 to claim 11, of metal or composition thereof one or more covering at least part of the surface of the base particles (1) It is a coating layer (2) consisting of 1 to 30 atomic layers.

一方、基粒子(1)の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物が層である場合は、1〜30原子層からなる被覆層(2)であることが好ましい。表面被覆層が30原子層よりも厚くなると、1個の触媒粒子全体としてナノメートルオーダのサイズの確保が難しくなることや、表面被覆層自体が粒子化し比表面積が小さくなるため、好ましくない。   On the other hand, when the 1 or more types of metal which coats at least one part of base particle (1) or those compositions is a layer, it is preferable that it is a coating layer (2) which consists of 1-30 atomic layers. If the surface coating layer is thicker than 30 atomic layers, it is not preferable because it becomes difficult to ensure the size of the nanometer order as a whole catalyst particle, and the surface coating layer itself becomes particles to reduce the specific surface area.

また、請求項13に記載の発明のように、請求項〜請求項12に記載の触媒体においては、基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物は、純度が99%以上のものであることが好ましい。 Further, according to the invention described in claim 13, in the catalyst body according to claims 6 to claim 12, at least a portion of one or more metals or covering the composition of their surface groups particles (1) The product preferably has a purity of 99% or more.

さらに、請求項14に記載の発明のように、請求項〜請求項13に記載の触媒体においては、基粒子(1)の表面の全体ではなく一部が、前記一種以上の金属またはそれらの組成物にて被覆されていることが好ましい。 Furthermore, as in the invention according to claim 14, in the catalyst body according to claims 6 to claim 13, some but not total surface of the base particles (1) comprises one or more metals or their It is preferable to coat with the composition.

それによれば、基粒子が触媒活性を持つものである場合等において、一種以上の金属またはそれらの組成物にて被覆されずに露出する基粒子の表面を介して、基粒子の特性を有効に活かすことができる。   According to this, in the case where the base particles have catalytic activity, the characteristics of the base particles are effectively improved through the surface of the base particles exposed without being coated with one or more metals or their compositions. You can make use of it.

また、請求項15に記載の発明のように、請求項〜請求項14に記載の触媒体においては、前記一種以上の金属またはそれらの組成物としては、Pt、Rh、Pd、Au、Ag、Ruおよびそれらの酸化物から選ばれる一種以上の単体、または二種以上の化合物を採用することができる。 It is preferable as defined in claim 15, in the catalyst body according to claims 6 to claim 14, wherein the one or more metals or compositions thereof, Pt, Rh, Pd, Au, Ag , Ru, and oxides thereof, one or more simple substances or two or more compounds can be employed.

さらに、請求項16に記載の発明では、請求項1〜請求項15に記載の触媒体において、第2のコート層(22)の上に、さらに、第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子よりも粒径の大きな酸化物粒子からなる第3のコート層(23)が設けられており、この第3のコート層(23)の上に触媒成分(30)が設けられていることを特徴としている。 Furthermore, in the invention according to claim 16 , in the catalyst body according to claims 1 to 15 , the second coat layer (22) is further formed on the second coat layer (22). A third coat layer (23) made of oxide particles having a larger particle diameter than the oxide particles is provided, and a catalyst component (30) is provided on the third coat layer (23). It is characterized by that.

上述したように第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子は、粒径が小さいから、表面積を確保できるが、粒径が小さすぎて第2のコート層(22)が緻密になりすぎた場合、かえって表面積が小さくなる可能性がある。   As described above, since the oxide particles constituting the second coat layer (22) have a small particle size, the surface area can be secured, but the particle size is too small and the second coat layer (22) becomes dense. If too much, the surface area may be reduced.

そのような場合、第2のコート層(22)よりも粒径の大きな酸化物粒子からなる第3のコート層(23)を第2のコート層(22)の上に設け、これに触媒成分(30)を担持させれば、触媒成分(30)を担持するための表面積を適切に確保できる。   In such a case, a third coat layer (23) made of oxide particles having a particle size larger than that of the second coat layer (22) is provided on the second coat layer (22), and a catalyst component is provided on the third coat layer (22). If (30) is supported, the surface area for supporting the catalyst component (30) can be appropriately secured.

ここで、請求項17に記載の発明のように、第3のコート層(23)を構成する酸化物粒子の粒径は、100nm〜1000nmであるものにできる。 Here, as in the invention described in claim 17 , the particle diameter of the oxide particles constituting the third coat layer (23) can be 100 nm to 1000 nm.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[構成・製法等]
図1は、本発明の実施形態に係る触媒体の模式的な構成を示す断面図である。
[Configuration / Production method]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a catalyst body according to an embodiment of the present invention.

図1に示されるように、本実施形態の触媒体は、大きくは、多孔質基材10と、多孔質基材10の表面上に順次積層された酸化物粒子からなる第1のコート層21、第2のコート層22と、第2のコート層22の上に設けられた触媒成分30と、を備えて構成されている。   As shown in FIG. 1, the catalyst body of the present embodiment is roughly composed of a porous substrate 10 and a first coat layer 21 composed of oxide particles sequentially laminated on the surface of the porous substrate 10. The second coating layer 22 and the catalyst component 30 provided on the second coating layer 22 are configured.

ここで、多孔質基材10は、コージェライトなど、表面に細孔を有する構造体である。本例では、多孔質基材10としては、本発明者の行った実測結果によれば細孔の平均径、すなわち、平均細孔径が1μm〜2μm程度のコージェライトからなるものを採用している。   Here, the porous substrate 10 is a structure having pores on the surface, such as cordierite. In this example, as the porous base material 10, according to an actual measurement result performed by the present inventor, an average pore diameter, that is, a cordierite having an average pore diameter of about 1 μm to 2 μm is adopted. .

また、図1に示されるように、本実施形態の触媒体においては、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径よりも大きいものとなっている。ここで、酸化物粒子の粒径は、一般的に用いられる平均粒径であり、一次粒子径であっても、一次粒子が凝集した二次粒子の径であっても、どちらでもよい。   Further, as shown in FIG. 1, in the catalyst body of the present embodiment, the particle size of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is the particle size of the oxide particles constituting the second coat layer 22. It is larger than the diameter. Here, the particle diameter of the oxide particles is a commonly used average particle diameter, and may be either the primary particle diameter or the secondary particle diameter in which the primary particles are aggregated.

具体的には、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材10の平均細孔径の1/2倍〜1/4倍であり、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材10の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍である。   Specifically, the particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is ½ to ¼ times the average pore diameter of the porous substrate 10, and the second coat layer 22. The particle size of the oxide particles constituting the is 1/25 to 1/65 times the average pore size of the porous substrate 10.

このような酸化物粒子の粒径とすれば、第1のコート層21を構成する酸化物粒子が、多孔質基材10の細孔にほとんど入り込まず、また、第2のコート層22によって緻密で表面積の大きな酸化物粒子の層が適切に実現できる。   With such a particle size of the oxide particles, the oxide particles constituting the first coat layer 21 hardly enter the pores of the porous substrate 10 and are densely formed by the second coat layer 22. Thus, a layer of oxide particles having a large surface area can be appropriately realized.

下側の第1のコート層21の酸化物粒子は、後述するように、スラリーの状態で多孔質基材10の表面に塗布されるため、この酸化物粒子の粒径が多孔質基材10の平均細孔径よりも小さくても、1/2倍〜1/4倍であれば、スラリー状態における表面張力などにより、酸化物粒子は多孔質基材10の細孔にほとんど侵入しない。   Since the oxide particles of the lower first coat layer 21 are applied to the surface of the porous substrate 10 in a slurry state, as will be described later, the particle size of the oxide particles is the porous substrate 10. Even if it is smaller than the average pore diameter, the oxide particles hardly penetrate into the pores of the porous substrate 10 due to the surface tension in the slurry state, etc., if it is 1/2 times to 1/4 times.

また、上側の第2のコート層22の酸化物粒子も、後述するように、第1のコート層21が形成された多孔質基材10の上に塗布される。また、このとき、多孔質基材10の細孔は、第2のコート層22の土台としての第1のコート層21により蓋をされた状態となっている。   The oxide particles of the upper second coat layer 22 are also applied on the porous substrate 10 on which the first coat layer 21 is formed, as will be described later. At this time, the pores of the porous substrate 10 are covered with the first coat layer 21 as a base of the second coat layer 22.

そのため、第2のコート層22の酸化物粒子の粒径が多孔質基材10の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍であれば、この酸化物粒子は、多孔質基材10の細孔の内部には、ほとんど入りこまない状態で、第1のコート層21の酸化物粒子およびその隙間に配置され、緻密な層を形成する。   Therefore, if the particle diameter of the oxide particles of the second coat layer 22 is 1/25 to 1/65 times the average pore diameter of the porous substrate 10, the oxide particles are The fine particles are arranged in the oxide particles of the first coat layer 21 and the gaps in a state of hardly entering the inside of the pores to form a dense layer.

より具体的には、本例のように、多孔質基材10がコージェライトであるときに、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、600nm〜1000nmであり、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径は、30nm〜80nmであることが好ましい。   More specifically, as in this example, when the porous substrate 10 is cordierite, the particle size of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is 600 nm to 1000 nm, and the second The particle diameter of the oxide particles constituting the coat layer 22 is preferably 30 nm to 80 nm.

これは、上述したように、多孔質基材10がコージェライトである場合において、本発明者の実測結果によれば、コージェライトの平均細孔径は1μm〜2μmであることによる。このようなコージェライトモノリス基材の孔の実測値に基づけば、上述したような酸化物粒子の粒径が好ましい。   As described above, this is because, when the porous substrate 10 is cordierite, the average pore diameter of cordierite is 1 μm to 2 μm according to the measurement results of the present inventors. Based on the actually measured values of the pores of such a cordierite monolith substrate, the particle diameter of the oxide particles as described above is preferable.

また、図1に示されるように、触媒体において触媒成分30は、上側の第2のコート層22に担持され固定されている。   As shown in FIG. 1, the catalyst component 30 is supported and fixed on the upper second coat layer 22 in the catalyst body.

ここで、第1および第2のコート層21、22を構成する酸化物粒子としては、CeO2、ZrO2、Al23、TiO2、SiO2、MgO、Y23、Ni23およびこれらの組成物から選ばれる一種または二種以上の化合物のいずれかから構成されるものを採用することができる。 Here, the oxide particles constituting the first and second coat layers 21 and 22 include CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, Y 2 O 3 , and Ni 2 O. 3 or any one of two or more compounds selected from these compositions can be employed.

より具体的には、このような酸化物粒子としては、θ−アルミナ、δ−アルミナまたはSiO2からなるものにできる。本例では、触媒成分30との決着力の強いSiO2を、酸化物粒子としている。 More specifically, such oxide particles can be made of θ-alumina, δ-alumina or SiO 2 . In this example, SiO 2 having a strong detergency with the catalyst component 30 is used as oxide particles.

なお、図1では、各酸化物粒子は独立した粒子として示されているが、SiO2(シリカ)を酸化物粒子として用いた場合、実際には、シリカのガラス転移温度以上の焼成によって、互いの酸化物粒子が溶けてつながった形となる。 In FIG. 1, each oxide particle is shown as an independent particle. However, when SiO 2 (silica) is used as the oxide particle, in practice, each oxide particle is baked at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of silica. The oxide particles melt and become connected.

また、触媒成分30としては、従来より一般的に用いられているPt、Pd、Rh等の貴金属粒子を採用することができるが、それ以外のもの、触媒機能を有するものであれば何でもよい。   Further, as the catalyst component 30, noble metal particles such as Pt, Pd, and Rh that are generally used in the past can be adopted, but any other one that has a catalytic function may be used.

本例では、図2に示されるように、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能な触媒成分30として、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子1と、この基粒子1の表面の少なくとも一部を被覆する1種以上の貴金属または貴金属酸化物からなる表面被覆層2とよりなる触媒粒子を採用している。   In this example, as shown in FIG. 2, as a catalyst component 30 that is more active and capable of exhibiting activity against a plurality of types of substances, a kind of simple particles having a primary particle size on the order of nanometers. Alternatively, catalyst particles comprising base particles 1 that are two or more kinds of compound fine particles and a surface coating layer 2 made of one or more kinds of noble metals or noble metal oxides covering at least a part of the surface of the base particles 1 are employed. ing.

ここで、基粒子1の一次粒子径とは、1個の基粒子1の径のことであり、一次粒子径がナノオーダであるとは、通常、一次粒子径が100nm以下である。本例では、基粒子1の一次粒子径は、1nm〜50nm程度である。   Here, the primary particle diameter of the base particle 1 is the diameter of the single base particle 1, and the primary particle diameter is usually 100 nm or less when the primary particle diameter is nano-order. In this example, the primary particle diameter of the base particle 1 is about 1 nm to 50 nm.

また、基粒子1として、一種の単体微粒子とは、一種のセラミックや金属等の元素または化合物よりなる微粒子のことであり、二種以上の化合物微粒子とは、二種以上のセラミックや金属等の元素または化合物が固溶した微粒子のことである。   In addition, as the base particle 1, a kind of single particle is a fine particle made of an element or a compound such as a kind of ceramic or metal, and two or more kinds of compound fine particles are two or more kinds of ceramic or metal. A fine particle in which an element or a compound is dissolved.

このような基粒子1としては、金属酸化物、金属炭化物および炭素材料から選ばれたものよりなるものにできる。   Such base particles 1 can be made of a metal oxide, a metal carbide and a carbon material.

具体的に、金属酸化物としては、Ce、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Sr、Niの酸化物およびそれらの組成物から選ばれる一種の単体、または二種以上の化合物を採用することができ、金属炭化物としては、SiCまたはその化合物を採用することができ、炭素材料としては、グラファイトを採用することができる。   Specifically, as the metal oxide, one kind of simple substance selected from Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Sr, Ni oxides and compositions thereof, or two or more kinds of compounds are employed. SiC or a compound thereof can be used as the metal carbide, and graphite can be used as the carbon material.

このようなナノオーダの微粒子である基粒子1の調製方法としては、特に限定されるものではないけれども、共沈法、ゾルゲル法、メッキ法、さらには超音波アシスト還元法などがあげられる。   The method for preparing the base particle 1 which is such a nano-order fine particle is not particularly limited, and examples thereof include a coprecipitation method, a sol-gel method, a plating method, and an ultrasonic assisted reduction method.

また、二種以上の化合物の性状、組成比なども特に限定されるものではなく、温度特性、耐久特性などの浄化性能を向上させるために、これら二種以上の化合物の性状、組成比などを適宜調整すればよい。   In addition, the properties and composition ratios of the two or more compounds are not particularly limited, and the properties and composition ratios of these two or more compounds are set in order to improve purification performance such as temperature characteristics and durability characteristics. What is necessary is just to adjust suitably.

そして、図2に示される触媒成分30は、このような基粒子1の表面の少なくとも一部を、一種以上の金属またはそれらの組成物により被覆したものとしている。ここで、一種以上の金属またはそれらの組成物とは、触媒機能を持つ貴金属または貴金属酸化物などを用いることができる。   And the catalyst component 30 shown by FIG. 2 shall cover at least one part of the surface of such a base particle 1 with a 1 or more types of metal or those compositions. Here, a noble metal or a noble metal oxide having a catalytic function can be used as the one or more metals or compositions thereof.

そして、これら一種以上の金属またはそれらの組成物を、50nm未満の粒径を持つ超微粒子として基粒子1の表面に付着させたり、1または複数の原子層からなる被覆層として基粒子1の表面に付着させる。   Then, these one or more metals or their compositions are attached to the surface of the base particle 1 as ultrafine particles having a particle size of less than 50 nm, or the surface of the base particle 1 as a coating layer composed of one or a plurality of atomic layers. Adhere to.

このように、ナノオーダの基粒子1上に超微粒子または被覆層を形成させると、触媒成分30として高活性な触媒粒子を実現することができる。これは、次のような理由によるものと考えられる。   As described above, when ultrafine particles or a coating layer is formed on the nano-order base particles 1, highly active catalyst particles can be realized as the catalyst component 30. This is considered due to the following reasons.

粒径が小さくなれば、比表面積が大きくなり、触媒活性を持つサイトが増加する。したがって、活性の高い触媒粒子となるので触媒量を低減させても、現状レベルの性能を満足することができる。   As the particle size decreases, the specific surface area increases and the number of sites having catalytic activity increases. Therefore, since the catalyst particles are highly active, even if the amount of the catalyst is reduced, the current level of performance can be satisfied.

それに加え、このような触媒粒子としての触媒成分30の有効性について、基粒子として酸化セリウム(セリア)、基粒子上に存在する超微粒子としてPtを用い、これを自動車の排ガス浄化用触媒に適用した場合を例に説明する。   In addition, regarding the effectiveness of the catalyst component 30 as such catalyst particles, cerium oxide (ceria) is used as the base particles, and Pt is used as the ultrafine particles existing on the base particles, and this is applied to an exhaust gas purification catalyst for automobiles. An example will be described.

基粒子であるセリアは酸素を吸収・放出する酸素吸放出能(酸素吸蔵脱離機能)を有しており、排ガス中の酸素濃度が高い場合にCeが酸化されて4+となり、酸素が取り込まれてCeO2となる。また、酸素濃度が低い場合は、Ceが還元されて3+になり、CeO3/2となる。 Ceria, the base particle, has the ability to absorb and release oxygen (oxygen storage and desorption function). When the oxygen concentration in the exhaust gas is high, Ce is oxidized to 4 + and oxygen is taken in. To become CeO 2 . Further, when the oxygen concentration is low, Ce is reduced to 3 + and becomes CeO 3/2 .

この場合、O2分子が直接セリア内部に出入りするよりも、解離して原子状態Oになったほうが出入りしやすいと考えられる。一方、触媒であるPtは酸素の解離を助ける役割をしていると考えられる。したがって、助触媒と触媒とがより近接している方が、酸素の出入りをすばやく行うことができ、酸素吸蔵脱離速度に優れると言える。 In this case, it is considered that it is easier for the O 2 molecule to enter and exit the atomic state O than to enter and exit the ceria directly. On the other hand, Pt as a catalyst is considered to play a role of assisting in dissociation of oxygen. Therefore, it can be said that the closer the cocatalyst and the catalyst are, the faster the oxygen can enter and exit, and the better the oxygen storage / desorption rate.

以上のことから、ナノオーダの基粒子1上に超微粒子または表面被覆層2を形成させた触媒粒子にすると、比表面積が高く、高活性というだけでなく、排ガス中の酸素濃度の変化にも早急に対応することができる。   From the above, when the catalyst particles are formed by forming the ultrafine particles or the surface coating layer 2 on the nano-order base particles 1, not only the specific surface area is high and the activity is high, but also the oxygen concentration in the exhaust gas changes rapidly. It can correspond to.

また、単に、セリア等の基粒子1の表面に、粒径が50nm未満の超微粒子を存在させることによって、高活性な触媒粒子を得ることができるが、特に、セリア等の結晶性の基粒子表面に、数原子層の表面被覆層を触媒層として形成することにより、より高活性な触媒粒子を得ることができる。   Moreover, highly active catalyst particles can be obtained simply by allowing ultrafine particles having a particle size of less than 50 nm to be present on the surface of the base particles 1 such as ceria. In particular, crystalline base particles such as ceria can be obtained. By forming a surface coating layer of several atomic layers on the surface as a catalyst layer, more highly active catalyst particles can be obtained.

この理由は、基粒子1の表面に形成させた数原子層の触媒層が、基粒子の結晶構造を反映した格子構造をとることができるためである。つまり、一種以上の金属またはそれらの組成物を被覆層として基粒子1の表面に付着させる方が、単に超微粒子として存在する場合の表面格子構造と異なる構造を採ることから、電子状態が変化して触媒活性が高まると考えられる。   This is because the catalyst layer of several atomic layers formed on the surface of the base particle 1 can take a lattice structure reflecting the crystal structure of the base particle. In other words, the method of attaching one or more metals or their composition as a coating layer to the surface of the base particle 1 adopts a structure different from the surface lattice structure in the case of existing as ultrafine particles, so that the electronic state changes. Therefore, the catalytic activity is considered to increase.

そのため、図2の例では、基粒子1の表面の少なくとも一部に、表面被覆層2が形成されている。以下、この触媒成分30としての触媒粒子について、以下に述べる特徴点は、表面被覆層2を、基粒子1の表面を被覆する超微粒子に置き換えた場合でもあてはまるものである。   Therefore, in the example of FIG. 2, the surface coating layer 2 is formed on at least a part of the surface of the base particle 1. Hereinafter, the feature points described below for the catalyst particles as the catalyst component 30 are applicable even when the surface coating layer 2 is replaced with ultrafine particles covering the surfaces of the base particles 1.

この表面被覆層2は、基粒子1の表面を1〜30原子層の厚さにて被覆する1種以上の貴金属または貴金属酸化物からなるものである。表面被覆層2としては、Pt、Rh、Pd、Au、Ag、Ru等の貴金属、およびそれらの貴金属酸化物から選ばれる一種以上の単体、または二種以上の化合体からなるものにできる。   The surface coating layer 2 is made of one or more kinds of noble metals or noble metal oxides that coat the surfaces of the base particles 1 with a thickness of 1 to 30 atomic layers. The surface coating layer 2 can be made of a noble metal such as Pt, Rh, Pd, Au, Ag, or Ru, and one or more simple substances selected from those noble metal oxides, or a combination of two or more kinds.

この1〜30原子層レベルの表面被覆層2は、非常に織密で結晶性が高く、格子欠陥がなく、不純物が少ない層を示すが、当該表面被覆層を構成する一種以上の貴金属または貴金属酸化物の純度が99%以上であることが好ましい。このような表面被覆層2の性状や純度は、TEM像や元素分析法等で確認することができる。   The surface coating layer 2 at the level of 1 to 30 atomic layers is very dense and highly crystalline, has no lattice defects, and has few impurities, but one or more noble metals or noble metals constituting the surface coating layer. The oxide purity is preferably 99% or more. Such properties and purity of the surface coating layer 2 can be confirmed by a TEM image, an elemental analysis method or the like.

この表面被覆層2の形成方法としては、同時蒸発法、共沈法、ゾルゲル法、メッキ法、超音波アシスト還元法等があげられるが、超音波アシスト還元法や同時蒸発法がナノレベルで均一な複合組成物を得ることが出来るという点で優れている。   Examples of the method for forming the surface coating layer 2 include a co-evaporation method, a coprecipitation method, a sol-gel method, a plating method, an ultrasonic assisted reduction method, and the like. It is excellent in that a complex composition can be obtained.

このように、図2に示される触媒粒子は、ナノオーダの基粒子1を担体として、該基粒子1の表面の少なくとも一部が、触媒機能を持つ表面被覆層2により1〜30原子層といった原子層レベル(数nm程度)の厚さに被覆されたものである。   As described above, the catalyst particles shown in FIG. 2 have nano-order base particles 1 as carriers, and at least a part of the surface of the base particles 1 is an atom of 1 to 30 atomic layers by the surface coating layer 2 having a catalytic function. It is coated to a layer level (about several nm) thickness.

そのため、表面被覆層2も含めた1個の触媒粒子全体として、ナノオーダ(100nm以下程度)のサイズにできるとともに、従来の単なるナノオーダの貴金属触媒粒子よりも、比表面積が大きく、高活性なものが得られる。   Therefore, the entire catalyst particle including the surface coating layer 2 can have a nano-order size (about 100 nm or less), and has a larger specific surface area and higher activity than conventional nano-order noble metal catalyst particles. can get.

なお、表面被覆層2が30原子層よりも厚くなると、1個の触媒粒子全体としてナノオーダのサイズの確保が難しくなり、また、表面被覆層2自体が粒成長し比表面積が小さくなるので好ましくない。   If the surface coating layer 2 is thicker than 30 atomic layers, it is difficult to ensure the nano-order size of one catalyst particle as a whole, and the surface coating layer 2 itself grows and the specific surface area decreases, which is not preferable. .

この表面被覆層2の場合の厚みについて、Ptの場合を例に説明する。   The thickness in the case of this surface coating layer 2 is demonstrated to the case of Pt as an example.

面方位によって多少差はあるものの、Ptの層間隔は約0.2nm程度である。本例の触媒粒子では、上述の気相法である同時蒸発法によって表面被覆層2を形成することが好ましいが、表面被覆層2が30原子層以上ということは、Pt層の厚みが6nm以上になる。   Although there are some differences depending on the plane orientation, the Pt layer spacing is about 0.2 nm. In the catalyst particles of this example, it is preferable to form the surface coating layer 2 by the co-evaporation method which is the gas phase method described above. However, the surface coating layer 2 is 30 atomic layers or more, and the thickness of the Pt layer is 6 nm or more. become.

検討の結果、同時蒸発法では30原子層以上積層させることは困難である。また、積層の厚みが多くなると表面被覆層2に期待している基粒子1の結晶構造の反映効果が少なくなり、触媒粒子としての性質が強くなり表面被覆層としてもメリットが少なくなる。   As a result of examination, it is difficult to stack 30 atomic layers or more by the co-evaporation method. Further, when the thickness of the laminated layer is increased, the reflection effect of the crystal structure of the base particles 1 expected for the surface coating layer 2 is reduced, the properties as the catalyst particles are enhanced, and the merit as the surface coating layer is reduced.

以上のことより、表面被覆層2の厚みは1〜30原子層が適している。   From the above, the thickness of the surface coating layer 2 is suitably 1 to 30 atomic layers.

また、超微粒子の場合は、上記した原子層による規定ではなく、50nm未満の粒径が好ましく、50nm以上の粒径では、ナノメータサイズの基粒子表面を被覆することが困難になる。   Further, in the case of ultrafine particles, the particle size is not limited by the above-described atomic layer, and a particle size of less than 50 nm is preferable. With a particle size of 50 nm or more, it becomes difficult to coat the nanometer-sized base particle surface.

また、この図2に示される触媒成分30としての触媒粒子は、基粒子1も触媒活性を持ち、基粒子1と表面被覆層2とを、互いに異なる物質に対して触媒活性を示すものを選択することができるため、1種の触媒粒子で複数種類の物質に対して活性を示すことができる。   In addition, the catalyst particles as the catalyst component 30 shown in FIG. 2 are selected so that the base particles 1 also have catalytic activity, and the base particles 1 and the surface coating layer 2 exhibit catalytic activity against different substances. Therefore, one kind of catalyst particle can exhibit activity against a plurality of kinds of substances.

上記の理由から、メカニズムの詳細はよくわからないが、相乗的に触媒機能を高めることができ、複数の有毒物質に対して分解活性の高い触媒粒子が実現できる。   For the above reasons, the details of the mechanism are not well understood, but the catalytic function can be synergistically enhanced, and catalyst particles having high decomposition activity against a plurality of toxic substances can be realized.

具体的に、触媒機能の相乗効果が期待できる表面被覆層2にてコートされた基粒子1の組合せとしては、PtにてコートされたCeO2微粒子、PtにてコートされたCeO2−ZrO2固溶微粒子、Auにてコ一トしたTiO2微粒子、Ptにてコートされた炭素粒子などがあげられる。 Specifically, the combination of the base particles 1 coated with the surface coating layer 2 that can be expected to have a synergistic effect on the catalyst function includes CeO 2 fine particles coated with Pt and CeO 2 —ZrO 2 coated with Pt. Examples thereof include solid solution fine particles, TiO 2 fine particles coated with Au, and carbon particles coated with Pt.

こうして、図2に示される触媒粒子によれば、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示す触媒成分30を提供することができる。   Thus, according to the catalyst particles shown in FIG. 2, it is possible to provide the catalyst component 30 that has higher activity and exhibits activity against a plurality of types of substances.

なお、上記触媒粒子においては、基粒子1の表面の全体ではなく一部が、表面被覆層2にて被覆されていることが好ましい。このように被覆することで、基粒子1が、単なる担体ではなく触媒活性を持つものである場合等、表面被覆層2にて被覆されずに露出する基粒子1の表面を介して、基粒子1の特性を有効に活かすことができる。   In the catalyst particles, it is preferable that a part of the surface of the base particle 1 is coated with the surface coating layer 2 instead of the whole surface. By coating in this way, when the base particle 1 is not a simple carrier but has catalytic activity, the base particle is exposed through the surface of the base particle 1 exposed without being covered with the surface coating layer 2. The characteristic of 1 can be utilized effectively.

たとえば、この触媒粒子として、CeO2(基粒子1)をPt(表面被覆層2)で被覆したものは、上述したように、自動車の排ガス浄化用触媒として用いられる。このとき、表面被覆層2であるPtはHCの酸化やNOxの還元が行われる触媒として機能するが、基粒子1であるCeO2は、酸素を吸収・放出する機能(酸素吸放出能)を持つ助触媒として機能する。 For example, as the catalyst particles, those obtained by coating CeO 2 (base particles 1) with Pt (surface coating layer 2) are used as exhaust gas purification catalysts for automobiles as described above. At this time, Pt which is the surface coating layer 2 functions as a catalyst for performing oxidation of HC and reduction of NOx, but CeO 2 which is the base particle 1 has a function of absorbing and releasing oxygen (oxygen absorption / release capability). It functions as a co-catalyst.

そのため、触媒周囲の雰囲気(排ガス)中の酸素の過不足に応じて、CeO2から酸素が放出されたり、CeO2へ酸素が吸収されたりすることにより、HCの酸化やNOxの還元を行うための酸素雰囲気を適切に実現することができ、排ガス浄化を適切に行うことができる。 Therefore, depending on the oxygen deficiency in the catalyst the ambient atmosphere (exhaust gas), or oxygen from the CeO 2 is released, by the CeO 2 oxygen or is absorbed, in order to perform reduction of the oxidized and NOx of HC Therefore, the exhaust gas purification can be performed appropriately.

そして、このような働きは、CeO2とPtとが接している両者の境界部で効果的に行われると考えられ、図3に示されるように、基粒子1であるCeO2粒子の表面の全体ではなく一部を表面被覆層2であるPt層にて被覆することにより、当該境界部の領域を多くすることができ、有効である。 Such a function is considered to be effectively performed at the boundary portion where CeO 2 and Pt are in contact with each other. As shown in FIG. 3, the surface of the CeO 2 particle as the base particle 1 By covering a part, not the whole, with the Pt layer which is the surface coating layer 2, the boundary area can be increased, which is effective.

上記表面被覆層2による基粒子1表面の被覆割合は、TEM像等で確認することができる。本発明者の検討では、基粒子1の表面の0.5〜60%程度を被覆するものが好ましい。   The coverage ratio of the surface of the base particle 1 by the surface coating layer 2 can be confirmed by a TEM image or the like. According to the study of the present inventors, it is preferable to cover about 0.5 to 60% of the surface of the base particle 1.

図1に示される本実施形態の触媒体は、次のようにして調製する。   The catalyst body of this embodiment shown in FIG. 1 is prepared as follows.

まず、第1のコート層21を構成する酸化物粒子を分散させたスラリーを用意し、このスラリーに多孔質基材10を含浸させ、その後、乾燥・焼成することで第1のコート層21が形成された多孔質基材10が得られる。   First, a slurry in which the oxide particles constituting the first coat layer 21 are dispersed is prepared, and the slurry is impregnated with the porous substrate 10, and then dried and baked to form the first coat layer 21. The formed porous substrate 10 is obtained.

続いて、第2のコート層22を構成する酸化物粒子を分散させたスラリーを用意し、このスラリーに、第1のコート層21付きの多孔質基材10を含浸させ、その後、乾燥・焼成することで、第1のコート層21の上に第2のコート層22を形成する多孔質基材10を得る。   Subsequently, a slurry in which the oxide particles constituting the second coat layer 22 are dispersed is prepared, and this slurry is impregnated with the porous substrate 10 with the first coat layer 21, and then dried and fired. By doing so, the porous substrate 10 on which the second coat layer 22 is formed on the first coat layer 21 is obtained.

ここでは、超音波アシスト還元法によって、触媒成分として上記図2に示されるような基粒子1の表面を表面被覆層2により被覆してなる触媒粒子を形成した場合について、述べる。   Here, a case will be described in which catalyst particles are formed by coating the surface of the base particles 1 as shown in FIG.

超音波アシスト還元法とは、基粒子と金属前駆体とを溶媒中に混在させ、この溶媒に超音波を照射することにより、基粒子の表面に、金属前駆体が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる被覆層を析出させるものである。   The ultrasonic assisted reduction method is a method in which a base particle and a metal precursor are mixed in a solvent, and this solvent is irradiated with ultrasonic waves to form a metal having a metal precursor reduced on the surface of the base particle. A coating layer composed of metric metal fine particles or several atomic layers is deposited.

まず、触媒成分30を分散させたスラリーを用意する。具体的には、ビーカーなどの容器中に、上記溶媒として水やエタノール等の有機溶媒などを入れるとともに、この溶媒中にて基粒子と金属前駆体とを分散する。そして、この容器を超音波発生器(ソノリアクター)にセットして、超音波を照射する。   First, a slurry in which the catalyst component 30 is dispersed is prepared. Specifically, an organic solvent such as water or ethanol is placed in a container such as a beaker, and the base particles and the metal precursor are dispersed in the solvent. And this container is set to an ultrasonic generator (sono reactor), and an ultrasonic wave is irradiated.

基粒子としてCeO2、金属前駆体としてPtCl2を用いた例をとって、超音波アシスト還元法の原理について述べる。溶媒中にて基粒子と金属前駆体とを分散させると、CeO2、Pt2+イオン、Cl-イオンが溶媒中に分散する。 The principle of the ultrasonic assisted reduction method will be described by taking an example using CeO 2 as the base particle and PtCl 2 as the metal precursor. When the base particles and the metal precursor are dispersed in the solvent, CeO 2 , Pt 2+ ions, and Cl ions are dispersed in the solvent.

そして、溶媒中に含まれる還元剤によって、CeO2表面の活性点を核としてPt2+イオンが還元して金属化することにより、CeO2表面に表面被覆層としてPt金属が析出する。 Then, the reducing agent contained in the solvent, by Pt 2+ ions active sites of CeO 2 surface as nuclei metallized by reduction, Pt metal is deposited as a surface coating layer on the CeO 2 surface.

そして、Pt金属の析出が進行して行くが、このとき、超音波によってCeO2表面にキャビティ(泡)が発生する。このキャビティの存在によりPt金属がCeO2表面に分散して析出するとともに、キャビティの消滅の衝撃によりPt金属の結晶成長が抑制される。 Then, precipitation of Pt metal proceeds. At this time, cavities (bubbles) are generated on the CeO 2 surface by ultrasonic waves. Due to the presence of the cavity, Pt metal is dispersed and precipitated on the CeO 2 surface, and the crystal growth of the Pt metal is suppressed by the impact of the disappearance of the cavity.

超音波アシスト還元法では、このようなメカニズムにより、基粒子の表面に、金属前駆体が還元した金属であってナノメートルオーダの金属微粒子または数原子層からなる表面被覆層を析出してなる触媒粒子を調製できる。   In the ultrasonic assisted reduction method, a catalyst formed by depositing a surface coating layer composed of metal fine particles of a nanometer order or several atomic layers on the surface of the base particle by the mechanism as described above. Particles can be prepared.

また、超音波アシスト還元を活性化させる手段として、上述の還元剤を添加してもよい。このような還元剤としては、特に限定されるものではないが、アルコール類、アミン類、糖類、界面活性剤などがあげられる。具体的には、アルコール類としてはエタノール、プロパノール、アミン類としては、ジエタノールアミン、糖類としてはショ糖、界面活性剤としてはアルカリ性活性剤などがある。   Moreover, you may add the above-mentioned reducing agent as a means to activate ultrasonic assisted reduction. Such a reducing agent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols, amines, saccharides, and surfactants. Specifically, the alcohols include ethanol, propanol, the amines include diethanolamine, the saccharides include sucrose, and the surfactant includes an alkaline activator.

還元剤の添加量についても、特に限定されるものではなく、溶媒に対して0.01wt%(重量%)以上、つまり、還元剤は液相中の0.01wt%以上であればよい。ただし、還元剤の割合をコントロールすることにより、還元析出する金属粒径をコントロールすることが可能であり、希望とする金属粒径に対する還元剤の割合を選定することが望ましい。   The amount of the reducing agent added is not particularly limited, and may be 0.01 wt% (wt%) or more with respect to the solvent, that is, the reducing agent may be 0.01 wt% or more in the liquid phase. However, by controlling the ratio of the reducing agent, it is possible to control the metal particle size that is reduced and deposited, and it is desirable to select the ratio of the reducing agent to the desired metal particle size.

還元剤の割合が多いと、反応が速くなるために、金属粒子の成長が促進され、金属粒径が大きくなる。これに対し、還元剤の割合が少ないと、金属粒子の成長がゆっくりとなり、かつ成長よりも他の活性点への析出も促進されるため、金属粒径が小さくなる傾向にある。   When the ratio of the reducing agent is large, the reaction becomes faster, so that the growth of the metal particles is promoted and the metal particle size is increased. On the other hand, when the ratio of the reducing agent is small, the growth of the metal particles is slow and the precipitation to other active sites is promoted more than the growth, so that the metal particle size tends to be small.

また、上記超音波アシスト還元法において、照射超音波の周波数としては、特に限定されるものではないが、20〜300kHzが望ましい。周波数は、金属前駆体によって、最適値が異なり、一般的には、液相に溶解する金属前駆体に対しては、高周波数を使用し、液相に不溶な金属前駆体に対しては、低周波数を使用することが望ましい。   In the ultrasonic assisted reduction method, the frequency of irradiation ultrasonic waves is not particularly limited, but is preferably 20 to 300 kHz. The optimum frequency differs depending on the metal precursor. Generally, for metal precursors that dissolve in the liquid phase, a high frequency is used, and for metal precursors that are insoluble in the liquid phase, It is desirable to use a low frequency.

以上、超音波アシスト還元法により、上記図2に示される触媒粒子としての触媒成分30が得られる。そして、この触媒成分30は、水や有機溶媒などの溶媒に分散され、スラリーを形成する。   As described above, the catalyst component 30 as the catalyst particles shown in FIG. 2 is obtained by the ultrasonic assisted reduction method. The catalyst component 30 is dispersed in a solvent such as water or an organic solvent to form a slurry.

上記触媒成分30を分散させたスラリーに、第1および第2のコート層21、22付きの多孔質基材10を含浸させ、その後、乾燥・焼成する。これにより、図1に示される本実施形態の触媒体が得られる。   The slurry in which the catalyst component 30 is dispersed is impregnated with the porous substrate 10 with the first and second coat layers 21 and 22, and then dried and fired. Thereby, the catalyst body of this embodiment shown in FIG. 1 is obtained.

[効果等]
本実施形態によれば、多孔質基材10と、多孔質基材10の表面上に順次積層された酸化物粒子からなる第1のコート層21、第2のコート層22と、第2のコート層22の上に設けられた触媒成分30と、を備え、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径よりも大きいことを特徴とする触媒体が提供することができる。
[Effects]
According to the present embodiment, the porous substrate 10, the first coat layer 21, the second coat layer 22 made of oxide particles sequentially laminated on the surface of the porous substrate 10, and the second A catalyst component 30 provided on the coat layer 22, and the particle size of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is larger than the particle size of the oxide particles constituting the second coat layer 22. Can be provided.

それによれば、第2のコート層22は、第1のコート層21よりも粒径の小さな酸化物粒子からなるものとなる。そのため、第2のコート層22は、触媒成分30を通過させない緻密な層であって、且つ、粒子径小さいから触媒成分30を担持するための表面積が大きな層とすることができる。   Accordingly, the second coat layer 22 is made of oxide particles having a smaller particle diameter than the first coat layer 21. Therefore, the second coat layer 22 is a dense layer that does not allow the catalyst component 30 to pass therethrough and can be a layer having a large surface area for supporting the catalyst component 30 because the particle size is small.

また、粒径の大きな第1のコート層21を、粒径の小さな第2のコート層22と多孔質基材10との間に介在させることにより、この第1のコート層21が土台となって多孔質基材10の細孔を閉塞した状態となるため、その上の第2のコート層22を多孔質基材10の細孔に入り込まないようにすることができる。   Further, the first coat layer 21 having a large particle diameter is interposed between the second coat layer 22 having a small particle diameter and the porous base material 10, whereby the first coat layer 21 becomes a foundation. As a result, the pores of the porous substrate 10 are closed, so that the second coat layer 22 thereon can be prevented from entering the pores of the porous substrate 10.

そのため、多孔質基材10上に担持される第2のコート層22は、多孔質基材10の細孔の内部には、ほとんど入りこまない状態で、第1のコート層21の酸化物粒子およびその隙間に配置される。その結果、第2のコート層22は、多孔質基材10の表面に配置されることになり、第2のコート層22の厚さは、必要な範囲にて極力薄くすることができる。   Therefore, the second coat layer 22 supported on the porous substrate 10 hardly enters the pores of the porous substrate 10 and the oxide particles of the first coat layer 21 And disposed in the gap. As a result, the second coat layer 22 is disposed on the surface of the porous substrate 10, and the thickness of the second coat layer 22 can be made as thin as possible within a necessary range.

また、第1のコート層21も、それを構成する酸化物粒子の粒径が大きいものにできるため、第2のコート層22の土台として多孔質基材10の細孔を閉塞するためには、さほど厚くなくてもよい。   In addition, since the first coat layer 21 can also have a large particle size of the oxide particles constituting it, in order to close the pores of the porous substrate 10 as the base of the second coat layer 22 , It doesn't have to be very thick.

また、第1のコート層21の酸化物粒子は、多孔質基材10の表面にて多孔質基材10の細孔を閉塞するだけで、細孔にはほとんど入り込まないので、多孔質基材10において細孔による空隙は残り、多孔質基材10の熱による膨張・収縮を緩和する機能を持っているので熱衝撃性は確保される。   Further, since the oxide particles of the first coat layer 21 only block the pores of the porous substrate 10 on the surface of the porous substrate 10 and hardly enter the pores, the porous substrate 10 In 10, voids due to the pores remain, and the thermal shock resistance is ensured because the porous substrate 10 has a function of relaxing expansion and contraction due to heat.

つまり、コージェライトなどの多孔質基材の細孔に触媒成分を入り込ませず、多孔質基材の表層への触媒成分の集中的な担持を実現するためには、多孔質基材の表層における細孔を何らかの部材で充填して封止するとよい。   In other words, in order to achieve intensive loading of the catalyst component on the surface layer of the porous substrate without introducing the catalyst component into the pores of the porous substrate such as cordierite, the surface layer of the porous substrate The pores may be filled with some member and sealed.

しかし、そのようにしてしまうと、多孔質基材における細孔の空隙を活かした熱衝撃性能が発揮されず、多孔質基材ひいては触媒体の耐熱性が低下してしまう。   However, if it does so, the thermal shock performance utilizing the pore voids in the porous substrate will not be exhibited, and the heat resistance of the porous substrate and thus the catalyst body will decrease.

その点、本実施形態の触媒体は、多孔質基材10における細孔の空隙は存在するため、そのような問題は回避される。   In that respect, the catalyst body of the present embodiment has such pores in the porous substrate 10, so that such a problem is avoided.

こうして、本実施形態では、多孔質基材10の表面上において薄く形成された第1および第2のコート層21、22の上に、触媒成分30が担持された形となるため、結果的に、多孔質基材10の表面に触媒成分30が薄く配置された構成を実現することができる。   Thus, in this embodiment, since the catalyst component 30 is supported on the first and second coat layers 21 and 22 formed thinly on the surface of the porous substrate 10, as a result, A configuration in which the catalyst component 30 is thinly arranged on the surface of the porous substrate 10 can be realized.

このように、本実施形態の触媒体によれば、多孔質基材10上の酸化物粒子の層の厚さを従来に比べて極力薄くできるので、上記した通気抵抗を小さくでき、また、触媒成分30は酸化物粒子の下の多孔質基材10の細孔に入り込むことはほとんどなく、多孔質基材10の表面に効率的に形成される。   Thus, according to the catalyst body of the present embodiment, the thickness of the oxide particle layer on the porous substrate 10 can be made as thin as possible as compared with the prior art, so that the above-described ventilation resistance can be reduced, and the catalyst The component 30 hardly enters the pores of the porous substrate 10 below the oxide particles, and is efficiently formed on the surface of the porous substrate 10.

したがって、本実施形態によれば、触媒成分30が担持された酸化物粒子を、多孔質基材10に担持してなる触媒体において、触媒成分30の反応利用効率を高め、触媒成分30の使用量を低減することができる。そして、本実施形態によれば、環境にやさしく安価な触媒体を提供できる。   Therefore, according to the present embodiment, in the catalyst body formed by supporting the oxide particles on which the catalyst component 30 is supported on the porous substrate 10, the reaction utilization efficiency of the catalyst component 30 is increased, and the use of the catalyst component 30 is improved. The amount can be reduced. And according to this embodiment, an environmentally friendly and inexpensive catalyst body can be provided.

また、本実施形態の触媒体においては、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材10の平均細孔径の1/2倍〜1/4倍であり、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材10の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍であることも特徴のひとつである。   Further, in the catalyst body of the present embodiment, the particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is ½ times to ¼ times the average pore diameter of the porous substrate 10, One of the characteristics is that the particle diameter of the oxide particles constituting the second coat layer 22 is 1/25 to 1/65 times the average pore diameter of the porous substrate 10.

上述したように、このような酸化物粒子の粒径とすれば、第1のコート層21を構成する酸化物粒子が、多孔質基材10の細孔にほとんど入り込まず、また、第2のコート層22によって緻密で表面積の大きな酸化物粒子の層が適切に実現できる。   As described above, when the particle size of such oxide particles is used, the oxide particles constituting the first coat layer 21 hardly enter the pores of the porous substrate 10, and the second The coat layer 22 can appropriately realize a dense oxide particle layer having a large surface area.

また、本実施形態の触媒体では、多孔質基材10がコージェライトである場合には、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径は、600nm〜1000nmであり、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径は、30nm〜80nmであることも特徴のひとつである。   In the catalyst body of the present embodiment, when the porous substrate 10 is cordierite, the particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is 600 nm to 1000 nm, and the second One of the characteristics is that the particle diameter of the oxide particles constituting the coat layer 22 is 30 nm to 80 nm.

上述したように、本発明者の行った調査の結果によれば、コージェライトの平均細孔径は、1μm〜2μmであり、この実測値に基づいて、上述した酸化物粒子の粒径が好ましい。   As described above, according to the results of the investigation conducted by the present inventor, the average pore diameter of cordierite is 1 μm to 2 μm, and the particle diameter of the oxide particles described above is preferable based on this measured value.

また、本実施形態の触媒体においては、第1および第2のコート層21、22を構成する酸化物粒子は、CeO2、ZrO2、Al23、TiO2、SiO2、MgO、Y23、Ni23およびこれらの組成物から選ばれる一種または二種以上の化合物のいずれかから構成されるものであることも特徴のひとつである。 In the catalyst body of this embodiment, the oxide particles constituting the first and second coat layers 21 and 22 are CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , MgO, Y 2 O 3, Ni 2 O 3, and it is intended to be constructed from any of these one selected from a composition or two or more compounds are also one of the features.

それによれば、触媒成分30の担体である酸化物粒子として、従来のγ−アルミナよりも耐熱性に優れるものを提供することが可能になる。つまり、この中から、より耐熱性に優れるθ−アルミナ、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)等を、酸化物粒子として使用することで、酸化物粒子自体の形状変化を軽減することができ、触媒成分の埋没も防ぐことができる。 According to this, it is possible to provide oxide particles that are carriers of the catalyst component 30 that have better heat resistance than conventional γ-alumina. That is, among these, θ-alumina, titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), etc., which are more excellent in heat resistance, can be used as oxide particles, thereby reducing the shape change of the oxide particles themselves. It is possible to prevent the catalyst component from being buried.

より具体的には、上述したように、本実施形態の触媒体においては、酸化物粒子として、θ−アルミナまたはδ−アルミナからなるものを採用することができる。   More specifically, as described above, in the catalyst body of the present embodiment, oxide particles made of θ-alumina or δ-alumina can be employed.

本発明者は、従来のγ−アルミナの耐熱化を検討した。γ−アルミナの温度を600℃付近から上昇させていくと、800℃付近でθ−アルミナに相変化し、δ−アルミナを経て、1200℃付近でα−アルミナに相変化する。   The inventor examined heat resistance of conventional γ-alumina. When the temperature of γ-alumina is raised from around 600 ° C., it changes to θ-alumina around 800 ° C., passes through δ-alumina, and changes to α-alumina around 1200 ° C.

ここで、γ−アルミナの比表面積は150〜300m2/gであり、θ−アルミナおよびδ−アルミナの比表面積は30〜100m2/gであり、α−アルミナの比表面積は1〜2m2/gである。なお、コージェライトモノリス基材の比表面積はα−アルミナの比表面積と同程度である。 Here, the specific surface area of γ-alumina is 150 to 300 m 2 / g, the specific surface area of θ-alumina and δ-alumina is 30 to 100 m 2 / g, and the specific surface area of α-alumina is 1 to 2 m 2. / G. The specific surface area of the cordierite monolith substrate is approximately the same as the specific surface area of α-alumina.

つまり、酸化物粒子として、θ−アルミナまたはδ−アルミナを採用すれば、多少、γ−アルミナに比べて比表面積は小さくなるものの、実用上は問題なく、しかも、耐熱性に優れた酸化物粒子を提供することができる。   That is, if θ-alumina or δ-alumina is used as the oxide particles, the specific surface area is somewhat smaller than that of γ-alumina, but there is no practical problem and the oxide particles have excellent heat resistance. Can be provided.

また、上述したが、本実施形態においては、酸化物粒子は、SiO2からなるものであってもよく、本例では、そのようにしている。 As described above, in the present embodiment, the oxide particles may be made of SiO 2 , and in this example, this is the case.

SiO2をコート層21、22の原料に用いた場合、詳細なメカニズムは不明であるが、本発明者の検討によれば、SiO2をコート層21、22の原料とすることにより、触媒成分30との密着性が向上し、高温での長時間使用に対して、触媒成分30の凝集等による触媒劣化すなわちシンタリングを抑制できる。 When SiO 2 is used as a raw material for the coating layers 21 and 22, the detailed mechanism is unknown, but according to the study of the present inventors, by using SiO 2 as a raw material for the coating layers 21 and 22, a catalyst component Thus, the deterioration of the catalyst, that is, the sintering due to the aggregation of the catalyst component 30 or the like can be suppressed for a long time use at a high temperature.

その結果、活性の高い触媒機能を持続することが実現可能となり、高温での耐久性能が向上した触媒体を提供することができる。具体的に、耐熱性向上が期待できるコート層21、22−触媒成分30の組合せとしては、SiO2コート−CeO2微粒子、SiO2コート−CeO2・ZrO2複合酸化物微粒子などがあげられる。 As a result, it is possible to maintain a highly active catalyst function, and it is possible to provide a catalyst body with improved durability at high temperatures. Specifically, examples of the combination of the coating layers 21, 22 and the catalyst component 30 that can be expected to improve heat resistance include SiO 2 coat-CeO 2 fine particles, SiO 2 coat-CeO 2 .ZrO 2 composite oxide fine particles, and the like.

また、本実施形態の触媒体においては、触媒成分30は、上記図2に示されるような、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子1と、この基粒子1の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物と、よりなる触媒粒子を採用することも特徴のひとつである。   Further, in the catalyst body of the present embodiment, the catalyst component 30 is a base particle 1 that is one kind of single particle or two or more kinds of compound fine particles having a primary particle size on the order of nanometers as shown in FIG. It is also one of the features to employ catalyst particles comprising one or more metals or compositions thereof covering at least a part of the surface of the base particle 1 and the composition thereof.

それによれば、触媒成分30を、1個の触媒粒子全体として、ナノメートルオーダ(100nm以下程度)のサイズのものにできるとともに、従来の単なるナノメートルオーダの貴金属触媒粒子よりも、比表面積が大きく、高活性なものにできる。   According to this, the catalyst component 30 can be made to have a size of nanometer order (about 100 nm or less) as one whole catalyst particle, and the specific surface area is larger than the conventional noble metal catalyst particles of a simple nanometer order. Can be made highly active.

そして、本実施形態では、基粒子1も触媒活性を持つものにすることができ、基粒子1と一種以上の金属またはそれらの組成物とを、互いに異なる物質に対して触媒活性を示すものになるように選択することができるため、1種の触媒粒子で複数種類の物質に対して活性を示すことができる。   In the present embodiment, the base particles 1 can also have catalytic activity, and the base particles 1 and one or more metals or compositions thereof exhibit catalytic activity against different substances. Therefore, the activity can be exhibited with respect to a plurality of kinds of substances with one kind of catalyst particle.

つまり、本実施形態によれば、触媒成分30として、より高活性であり且つ複数種類の物質に対して活性を示すことの可能な触媒粒子を提供することができる。また、この図2に示される触媒成分30として用いられる触媒粒子について、上述したさらなる特徴や効果などが存在することは、既述の通りである。   In other words, according to the present embodiment, as the catalyst component 30, it is possible to provide catalyst particles that are more active and can exhibit activity against a plurality of types of substances. Further, as described above, the catalyst particles used as the catalyst component 30 shown in FIG. 2 have the above-described additional features and effects.

また、本実施形態によれば、多孔質基材10の表面上に酸化物粒子からなる第1のコート層21、第2のコート層22を順次積層形成し、第2のコート層22の上に触媒成分30を担持させてなる触媒体の製造方法であって、以下の各工程を行うことを特徴とする製造方法が提供される。   Further, according to the present embodiment, the first coat layer 21 and the second coat layer 22 made of oxide particles are sequentially laminated on the surface of the porous substrate 10, and the second coat layer 22 is There is provided a method for producing a catalyst body comprising the catalyst component 30 supported thereon, wherein the following steps are carried out.

(1)まず、第1のコート層21を構成する酸化物粒子を分散させたスラリーを用意し、このスラリーに多孔質基材10を含浸させた後、焼成により第1のコート層21が形成された多孔質基材10を作成する第1工程。   (1) First, a slurry in which the oxide particles constituting the first coat layer 21 are dispersed is prepared, and after impregnating the porous substrate 10 in this slurry, the first coat layer 21 is formed by firing. The 1st process of creating the porous base material 10 made.

(2)第1工程に続いて、第2のコート層22を構成する酸化物粒子として粒径が第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径よりも大きい粒子を分散させたスラリーを用意し、このスラリーに第1のコート層21が形成された多孔質基材10を含浸させた後、焼成により第1のコート層21の上に第2のコート層22が形成された多孔質基材10を作成する第2工程。   (2) Following the first step, slurry in which particles larger than the particle size of the oxide particles constituting the second coat layer 22 are dispersed as oxide particles constituting the second coat layer 22 The porous base material 10 on which the first coat layer 21 is formed is impregnated in the slurry, and then the porous structure in which the second coat layer 22 is formed on the first coat layer 21 by firing. A second step of creating the base material 10.

(3)触媒成分30を分散させたスラリーに、第1および第2のコート層21、22が形成された多孔質基材10を含浸させた後、焼成を行う第3工程。   (3) A third step in which the slurry in which the catalyst component 30 is dispersed is impregnated with the porous substrate 10 on which the first and second coat layers 21 and 22 are formed, and then fired.

以上、第1工程から第3工程により、上記図1に示される本実施形態の触媒体ができあがる。この製造方法においても、上記した本実施形態の触媒体について述べたのと同様の作用効果が発揮される。   As described above, the catalyst body of the present embodiment shown in FIG. 1 is completed by the first to third steps. Also in this manufacturing method, the same effect as described for the catalyst body of the present embodiment is exhibited.

つまり、本製造方法によれば、本実施形態の触媒体を適切に製造することができるとともに、触媒成分30が担持された酸化物粒子を、多孔質基材10に担持してなる触媒体において、触媒成分30の反応利用効率を高め、触媒成分30の使用量を低減することができる。そして、環境にやさしく安価な触媒体を提供できる。。   That is, according to the present manufacturing method, the catalyst body of the present embodiment can be appropriately manufactured, and in the catalyst body formed by supporting the oxide particles supporting the catalyst component 30 on the porous substrate 10. The reaction utilization efficiency of the catalyst component 30 can be increased, and the amount of the catalyst component 30 used can be reduced. In addition, an environmentally friendly and inexpensive catalyst body can be provided. .

また、このような特徴点を有する本実施形態の製造方法においても、さらに、次のような特徴点を備えた製造方法とすることができる。なお、以下の製造方法における各特徴点に係る作用効果は、上述したとおりである。   Further, in the manufacturing method of the present embodiment having such feature points, a manufacturing method having the following feature points can be obtained. In addition, the effect which concerns on each feature point in the following manufacturing methods is as having mentioned above.

(4)第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径として、多孔質基材10の平均細孔径の1/2倍〜1/4倍のものを用い、第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径として、多孔質基材10の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍のものを用いること。   (4) The particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer 21 is ½ to ¼ times the average pore diameter of the porous substrate 10, and the second coat layer 22 is used. As the particle diameter of the oxide particles that constitute the material, one having an average pore diameter of 1/25 to 1/65 times the average pore diameter of the porous substrate 10 is used.

(5)多孔質基材10としてコージェライトを用い、第1のコート層21を構成する酸化物粒子として粒径が600nm〜1000nmのものを用い、第2のコート層22を構成する酸化物粒子として粒径が30nm〜80nmのものを用いること。   (5) Cordierite is used as the porous substrate 10, and oxide particles constituting the second coat layer 22 are used as oxide particles constituting the first coat layer 21 having a particle diameter of 600 nm to 1000 nm. Use a particle size of 30 nm to 80 nm.

(6)第1および第2のコート層21、22を構成する酸化物粒子として、CeO2、ZrO2、Al23、TiO2、SiO2、MgO、Y23、Ni23およびこれらの組成物から選ばれる一種または二種以上の化合物のいずれかから構成されるものを、用いること。 (6) as the oxide particles constituting the first and second coating layers 21,22, CeO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, TiO 2, SiO 2, MgO, Y 2 O 3, Ni 2 O 3 And one composed of one or two or more compounds selected from these compositions.

(7)酸化物粒子として、θ−アルミナまたはδ−アルミナまたはSiO2からなるものを採用すること。 (7) Use oxide particles made of θ-alumina, δ-alumina or SiO 2 .

(8)触媒成分30として、上記図2に示されるような、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子1と、この基粒子1の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物と、よりなる触媒粒子を採用すること。なお、本製造方法において採用される、この触媒粒子について、上述したさらなる特徴や効果などが存在することは、既述の通りである。   (8) As the catalyst component 30, as shown in FIG. 2, a base particle 1 that is one kind of single particle or two or more kinds of compound fine particles having a primary particle size on the order of nanometers, and the surface of the base particle 1 A catalyst particle comprising at least one metal covering at least a part of the metal or a composition thereof, and the catalyst particles. As described above, the catalyst particles employed in the production method have the above-described additional features and effects.

[変形例]
ここで、本実施形態の変形例について述べておく。図3は、本実施形態の変形例としての触媒体の模式的な構成を示す断面図である。
[Modification]
Here, a modification of the present embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a catalyst body as a modification of the present embodiment.

図3に示される例では、第2のコート層22の上に、さらに、第2のコート層22を構成する酸化物粒子よりも粒径の大きな酸化物粒子からなる第3のコート層23が設けられており、この第3のコート層23の上に触媒成分30が設けられている。   In the example shown in FIG. 3, a third coat layer 23 made of oxide particles having a larger particle diameter than the oxide particles constituting the second coat layer 22 is further formed on the second coat layer 22. The catalyst component 30 is provided on the third coat layer 23.

上述したように第2のコート層22を構成する酸化物粒子は、粒径が小さいから、表面積を確保できるが、粒径が小さすぎて第2のコート層22が緻密になりすぎた場合、かえって表面積が小さくなる可能性がある。   As described above, since the oxide particles constituting the second coat layer 22 have a small particle size, the surface area can be secured, but when the particle size is too small and the second coat layer 22 becomes too dense, On the contrary, the surface area may be reduced.

そのような場合、第2のコート層22よりも粒径の大きな酸化物粒子からなる第3のコート層23を第2のコート層22の上に設け、これに触媒成分30を担持させれば、触媒成分30を担持するための表面積を適切に確保することができる。   In such a case, if a third coat layer 23 made of oxide particles having a particle size larger than that of the second coat layer 22 is provided on the second coat layer 22 and the catalyst component 30 is supported thereon, The surface area for supporting the catalyst component 30 can be appropriately ensured.

ここで、第3のコート層23を構成する酸化物粒子の粒径は、多孔質基材10がコージェライトである場合において、第1のコート層21を構成する酸化物粒子の粒径よりも小さく且つ第2のコート層22を構成する酸化物粒子の粒径よりも大きいものとして、たとえば、100nm〜1000nm程度にすることができる。   Here, the particle diameter of the oxide particles constituting the third coat layer 23 is larger than the particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer 21 when the porous substrate 10 is cordierite. As a thing small and larger than the particle size of the oxide particle which comprises the 2nd coating layer 22, it can be set as about 100 nm-1000 nm, for example.

また、この第3のコート層23を構成する酸化物粒子としては、第1および第2のコート層21、22を構成する酸化物粒子と同様、たとえばCeO2、ZrO2、Al23、TiO2、SiO2、MgO、Y23、Ni23およびこれらの組成物などにできる。 Further, as the oxide particles constituting the third coat layer 23, for example, CeO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and the like as in the oxide particles constituting the first and second coat layers 21 and 22, TiO 2 , SiO 2 , MgO, Y 2 O 3 , Ni 2 O 3 and compositions thereof can be used.

そして、この第3のコート層23を有する本例の触媒体は、上記製造方法において、第1の工程、第2の工程を行った後、第3のコート層23を構成する酸化物粒子を分散させたスラリーを用意し、このスラリーに第1のコート層21および第2のコート層22が形成された多孔質基材10を含浸させた後、焼成により第2のコート層22の上に第3のコート層23が形成された多孔質基材10を作成する工程を行い、その後、上記第3の工程を行うことにより、製造できる。   And the catalyst body of this example which has this 3rd coating layer 23 performs the oxide particle which comprises the 3rd coating layer 23 after performing a 1st process and a 2nd process in the said manufacturing method. A dispersed slurry is prepared, and the slurry is impregnated with the porous substrate 10 on which the first coat layer 21 and the second coat layer 22 are formed, and then fired onto the second coat layer 22. It can be manufactured by performing the step of creating the porous substrate 10 on which the third coat layer 23 is formed, and then performing the third step.

次に、本実施形態について、以下の実施例に基づいて、より具体的に述べる。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Next, the present embodiment will be described more specifically based on the following examples. The present invention is not limited to the following examples.

以下に述べる実施例は、主に、多孔質基材としてコージェライトモノリス基材を用い、第1および第2のコート層を構成する酸化物粒子としてシリカ(SiO2)粒子を用い、触媒成分としては、基粒子としてのCeO2・ZrO2複合酸化物(以下、Ce−Zr複合酸化物という)の表面を貴金属であるPtおよびRhで被覆してなる上記図2に準ずる触媒粒子を用いたものである。 In the examples described below, a cordierite monolith substrate is mainly used as a porous substrate, silica (SiO 2 ) particles are used as oxide particles constituting the first and second coat layers, and a catalyst component is used. Is obtained by coating the surface of CeO 2 · ZrO 2 composite oxide (hereinafter referred to as Ce-Zr composite oxide) as base particles with Pt and Rh, which are noble metals, in accordance with FIG. It is.

本実施例の触媒体は、排ガス浄化用、環境浄化用、燃料電池用など幅広く多くの分野で適用可能であるが、本実施例に限定されないことは言うまでもない。   The catalyst body of the present embodiment can be applied in a wide variety of fields such as exhaust gas purification, environmental purification, and fuel cell, but it goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment.

[第1の例]
純水150mlに対して、粒径が約800nmのシリカ粒子の粉末を約16.7g、約10%混合した。この溶液に酢酸を加えて、溶液pHを3〜4に調整し、分散性をよくした。この溶液をボールミルなどの粉砕機にて16時間粉砕することで、第1コート層の原料としての粒径のそろったシリカ粒子のスラリーが得られた。
[First example]
About 16.7 g of silica particle powder having a particle size of about 800 nm and about 10% were mixed with 150 ml of pure water. Acetic acid was added to this solution to adjust the solution pH to 3-4 to improve dispersibility. This solution was pulverized with a pulverizer such as a ball mill for 16 hours to obtain a slurry of silica particles having a uniform particle size as a raw material for the first coat layer.

この得られた第1のコート層用のシリカ粒子スラリーを、コージェライトモノリス基材の表面に塗布するにあたっては、次のような方法にて行った。   The resulting silica particle slurry for the first coat layer was applied to the surface of the cordierite monolith substrate by the following method.

当該シリカ粒子スラリー中にコージェライトモノリス基材を含浸させ、これを150℃の熱風発生器による乾燥工程に供することにより、シリカ粒子をコージェライトモノリス基材に1.8g担持した。その後、これを、1050℃、1時間の焼成工程に供することにより、目的物を得た。   The silica particle slurry was impregnated with a cordierite monolith substrate, and this was subjected to a drying process using a hot air generator at 150 ° C., thereby supporting 1.8 g of silica particles on the cordierite monolith substrate. Then, the target object was obtained by using this for a baking process of 1050 degreeC and 1 hour.

こうして、コージェライトモノリス基材の表面に第1のコート層としてのシリカからなる層が形成される。この状態のものを、第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材ということにする。   In this way, a layer made of silica as the first coat layer is formed on the surface of the cordierite monolith substrate. This state is referred to as a first cordierite monolith substrate with a silica coat layer.

第2のコート層の原料作成方法としては、粒径が約50nmのシリカ粒子のスラリーを純水と1:1で希釈混合することで作成した。この第2のコート層用のシリカ粒子スラリーを、第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材の表面に塗布するにあたっては、次のような方法にて行った。   As a raw material preparation method for the second coat layer, it was prepared by diluting and mixing a slurry of silica particles having a particle diameter of about 50 nm with pure water at a ratio of 1: 1. The silica particle slurry for the second coat layer was applied to the surface of the cordierite monolith substrate with the first silica coat layer by the following method.

第2のコート層用のシリカ粒子スラリー中に、第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材を含浸させ、これを150℃の熱風発生器による乾燥工程に供することにより、当該シリカ粒子を当該基材に1.0g担持した。その後、これを、1050℃、1時間の焼成工程に供することにより、目的物を得た。   The silica particle slurry for the second coat layer is impregnated with the cordierite monolith substrate with the first silica coat layer, and this is subjected to a drying step using a hot air generator at 150 ° C. 1.0 g was supported on the base material. Then, the target object was obtained by using this for a baking process of 1050 degreeC and 1 hour.

こうして、コージェライトモノリス基材の表面に、シリカからなる第1のコート層および第2のコート層が形成される。この状態のものを、第1および第2のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材ということにする。   Thus, the first coat layer and the second coat layer made of silica are formed on the surface of the cordierite monolith substrate. This state is referred to as a cordierite monolith substrate with first and second silica coat layers.

なお、第1のコート層用のシリカ粒子スラリーへのコージェライトモノリス基材の含浸時、および、第2のコート層用のシリカ粒子スラリーへの第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材の含浸時には、シリカ粒子間の隙間の少ないコート層を得ることを目的として、たとえば100kHz程度の超音波照射を行ってもよい。   The cordierite monolith substrate impregnated in the silica particle slurry for the first coat layer and the cordierite monolith substrate with the first silica coat layer in the silica particle slurry for the second coat layer At the time of impregnation, for example, ultrasonic irradiation of about 100 kHz may be performed for the purpose of obtaining a coat layer with few gaps between silica particles.

このことは、たとえば、シリカ粒子のスラリー溶液の入ったビーカーなどの容器を、超音波発生器(ソノリアクター)、および超音波洗浄器にセットすることにより、行うことができる。   This can be performed, for example, by setting a container such as a beaker containing a slurry solution of silica particles in an ultrasonic generator (sono reactor) and an ultrasonic cleaner.

触媒成分の作成方法として、ここでは、上記超音波アシスト還元法を用いて行った。その方法としては、まず、水またはエタノール等の有機溶媒などからなる溶媒1000ml中に基粒子となるCe−Zr複合酸化物を25gを秤量し、溶解させた。   Here, as a method for preparing the catalyst component, the ultrasonic assisted reduction method was used. As the method, first, 25 g of Ce—Zr composite oxide serving as base particles was weighed and dissolved in 1000 ml of a solvent composed of water or an organic solvent such as ethanol.

そして、得られたCe−Zr複合酸化物のスラリーに、25kHzで30分間攪拌しながら超音波を照射することにより、Ce−Zr複合酸化物をナノオーダーに微細化するとともに分散させた。   Then, the obtained Ce—Zr composite oxide slurry was irradiated with ultrasonic waves while being stirred at 25 kHz for 30 minutes, so that the Ce—Zr composite oxide was refined in nano order and dispersed.

そこへ、表面被覆層となる貴金属原料としてPtCl2を0.1g、RhCl3溶液を0.157ml秤量し、攪拌しながら超音波を照射し、微細化したCe−Zr複合酸化物のスラリーと混合した。さらに、PtCl2のPtに対する還元剤としてアルカノールアミンを約10ml添加した。 Then, 0.1 g of PtCl 2 and 0.157 ml of RhCl 3 solution were weighed as noble metal raw materials for the surface coating layer, and irradiated with ultrasonic waves while stirring, and mixed with the refined Ce-Zr composite oxide slurry. did. Further, about 10 ml of alkanolamine was added as a reducing agent for PtCl 2 to Pt.

この超音波照射により塩化白金および塩化ロジウムが還元され、Pt粒子およびRh粒子となる。なお、上記した各超音波照射は、たとえば、上記した各原料を混合した溶媒の入った容器を超音波発生器(ソノリアクター)にセットすることにより、行うことができる。   This ultrasonic irradiation reduces platinum chloride and rhodium chloride into Pt particles and Rh particles. In addition, each ultrasonic irradiation mentioned above can be performed by setting the container containing the solvent which mixed each raw material mentioned above to an ultrasonic generator (sono reactor), for example.

こうして得られた混合液体について、遠心分離機による洗浄を実施することにより触媒粒子の前駆体としての固形物が得られる。この前駆体としての固形物は、基粒子としてのCe−Zr複合酸化物の表面に貴金属であるPtおよびRhが担持されたものである。なお、この後、粉体として触媒体を得たいのであれば、遠心分離後に残った上記固形物を400℃にて仮焼すればよい。   The mixed liquid thus obtained is washed with a centrifuge to obtain a solid as a precursor of catalyst particles. The solid as the precursor is obtained by supporting the noble metals Pt and Rh on the surface of the Ce—Zr composite oxide as the base particle. After that, if it is desired to obtain the catalyst body as a powder, the solid matter remaining after centrifugation may be calcined at 400 ° C.

このようにして得られた固形物を、水や有機溶媒などの溶媒に分散させて分散溶液を調製する。そして、この分散溶液に硝酸を加え、溶液のpHを約3程度に調整することにより、コージェライトモノリス基材へ担持しやすいスラリーとする。なお、それ以外に、ホモジナイザー、媒体撹拌ミル等を用いることによっても、コージェライトモノリス基材へ担持しやすいスラリーを調製することが可能である。   A solid solution thus obtained is dispersed in a solvent such as water or an organic solvent to prepare a dispersion solution. Then, nitric acid is added to this dispersion solution, and the pH of the solution is adjusted to about 3 to obtain a slurry that is easily supported on the cordierite monolith substrate. In addition, it is possible to prepare a slurry that can be easily supported on a cordierite monolith substrate by using a homogenizer, a medium stirring mill, or the like.

次に、上記分散溶液から作成されたスラリーを再度25kHzで超音波照射することにより、触媒成分をナノオーダーへ微細化させる。それにより、本実施例における触媒成分が分散した触媒成分スラリー溶液が得られる。   Next, the catalyst component is refined to nano-order by irradiating the slurry prepared from the dispersion solution with ultrasonic waves again at 25 kHz. Thereby, the catalyst component slurry solution in which the catalyst component in the present example is dispersed is obtained.

第1および第2のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材へ触媒成分を担持するにあたっては、次のような方法にて行った。   The catalyst component was supported on the cordierite monolith substrate with the first and second silica coat layers by the following method.

上記触媒成分スラリー溶液中に第1および第2のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材を含浸させ、これを150℃の熱風発生器による乾燥工程に供することにより、触媒成分を当該基材に1.4g担持した。その後、これを、500℃、2時間の焼成工程に供することにより、目的物を得た。   The catalyst component slurry solution is impregnated with a cordierite monolith substrate with first and second silica coat layers, and subjected to a drying step using a hot air generator at 150 ° C. .4 g was loaded. Then, the target object was obtained by using this for the baking process of 500 degreeC and 2 hours.

こうして、第1および第2のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材の表面に触媒成分が集中的に担持された状態として、本例における触媒体が得られる。   Thus, the catalyst body in this example is obtained in a state where the catalyst components are concentratedly supported on the surfaces of the cordierite monolith substrate with the first and second silica coat layers.

[第2の例]
本例では、上記第1の例における第2のコート層用のシリカ粒子の第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材への担持量を1.0gに代えて0.5gとした。それによって、第2のコート層をより薄いものとした。それ以外は、上記第1の例と変わりなく、上記同様に触媒成分の担持まで行い触媒体を作成した。
[Second example]
In this example, the loading amount of the silica particles for the second coat layer in the first example on the cordierite monolith substrate with the first silica coat layer was changed to 1.0 g instead of 1.0 g. Thereby, the second coat layer was made thinner. Other than that, the catalyst body was prepared in the same manner as in the first example up to the loading of the catalyst component.

[第3の例]
本例では、上記第1の例における第2のコート層用のシリカ粒子の第1のシリカコート層付きコージェライトモノリス基材への担持量を1.0gに代えて0.2gとした。それによって、第2のコート層をより薄いものとした。それ以外は、上記第1の例と変わりなく、上記同様に触媒成分の担持まで行い触媒体を作成した。
[Third example]
In this example, the loading amount of the silica particles for the second coat layer in the first example on the cordierite monolith substrate with the first silica coat layer was set to 0.2 g instead of 1.0 g. Thereby, the second coat layer was made thinner. Other than that, the catalyst body was prepared in the same manner as in the first example up to the loading of the catalyst component.

[第4の例]
本例では、上記第1の例における第1のコート層用のシリカ粒子のコージェライトモノリス基材への担持量を1.8gに代えて1.0gとした。それによって、第1のコート層をより薄いものとした。それ以外は、上記第1の例と変わりなく、上記同様に触媒成分の担持まで行い触媒体を作成した。
[Fourth example]
In this example, the loading amount of the silica particles for the first coat layer in the first example on the cordierite monolith substrate was changed to 1.8 g instead of 1.8 g. Thereby, the first coat layer was made thinner. Other than that, the catalyst body was prepared in the same manner as in the first example up to the loading of the catalyst component.

[第5の例]
本例では、上記第1の例における第1のコート層用のシリカ粒子のコージェライトモノリス基材への担持量を1.8gに代えて0.5gとした。それによって、第1のコート層をより薄いものとした。それ以外は、上記第1の例と変わりなく、上記同様に触媒成分の担持まで行い触媒体を作成した。
[Fifth Example]
In this example, the amount of the silica particles for the first coat layer in the first example supported on the cordierite monolith substrate was changed to 1.8 g instead of 1.8 g. Thereby, the first coat layer was made thinner. Other than that, the catalyst body was prepared in the same manner as in the first example up to the loading of the catalyst component.

そして、上記本実施例における第1〜第5の例の各触媒体について、触媒成分がコージェライトモノリス基材の表面に集中して担持されているかどうかを確認した。その方法としては、電子線マイクロアナライザ(EPMA)によるモノリス断面の元素マッピングによる確認の方法を採用した。   And about each catalyst body of the said 1st-5th example in the said Example, it was confirmed whether the catalyst component was concentrated and carry | supported on the surface of the cordierite monolith base material. As the method, a confirmation method by element mapping of the monolith cross section with an electron beam microanalyzer (EPMA) was adopted.

その結果、第1〜第5の例の各触媒体において、触媒成分は、コージェライトモノリス基材の表層のコート層に集中して担持されていることが確認できた。   As a result, in each of the catalyst bodies of the first to fifth examples, it was confirmed that the catalyst component was concentratedly supported on the surface coat layer of the cordierite monolith substrate.

次に、第1〜第5の例の各触媒体を排ガス浄化用触媒として用いた場合において、その耐熱性の確認を行った。   Next, when the catalyst bodies of the first to fifth examples were used as exhaust gas purifying catalysts, their heat resistance was confirmed.

第1〜第5の例の各触媒体を電気炉の中央に設置し、大気中にて800℃で5時間、加熱エージングを行った。このエージングの加熱条件は、従来の触媒体であれば、触媒成分の熱によるシンタリングが発生し劣化する条件である。   Each catalyst body of the first to fifth examples was installed in the center of the electric furnace, and was heated and aged at 800 ° C. for 5 hours in the atmosphere. This aging heating condition is a condition in which, with a conventional catalyst body, sintering due to heat of the catalyst component occurs and deteriorates.

そして、第1〜第5の例の各触媒体において、上記エージングを行ったものと行わなかったものとについて、貴金属粒子径をCO吸着量測定装置にて測定することにより、耐熱性を評価した。   And in each catalyst body of the first to fifth examples, the heat resistance was evaluated by measuring the noble metal particle diameter with a CO adsorption amount measuring device for those that were subjected to the above aging and those that were not. .

その結果、第1〜第5の例の各触媒体における貴金属粒子径はエージング前とエージング後でほとんど変化がなかった。このことから、本実施例の上記第1〜第5の例にて作製された排ガス浄化用の触媒体における貴金属粒子は、熱によるシンタリングが抑制されていることが確認できた。   As a result, the noble metal particle diameter in each of the catalyst bodies of the first to fifth examples hardly changed after aging. From this, it was confirmed that sintering due to heat was suppressed in the noble metal particles in the exhaust gas purifying catalyst bodies produced in the first to fifth examples of the present example.

なお、上記実施形態では、触媒成分30として、主として、上記図2に示されるような、ナノメートルオーダの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子1と、この基粒子の表面の少なくとも一部を被覆する1種以上の貴金属または貴金属酸化物からなる表面被覆層2とよりなる触媒粒子を採用した例を述べたが、触媒成分30としては、従来より一般的に用いられているPt、Pd、Rh等の貴金属粒子、および、それ以外にも触媒機能を有するものを、各実施形態において採用できることはもちろんである。   In the above embodiment, as the catalyst component 30, mainly as shown in FIG. 2, a base particle 1 which is a kind of single particle having a primary particle size of nanometer order or two or more kinds of compound particles, The example in which the catalyst particles comprising the surface coating layer 2 made of one or more kinds of noble metals or noble metal oxides covering at least a part of the surface of the base particles has been described. Needless to say, precious metal particles such as Pt, Pd, and Rh that are used in general, and those having a catalytic function other than that can be adopted in each embodiment.

以上より、本発明の触媒体は、多孔質基材と、多孔質基材の表面上に順次積層された酸化物粒子からなる第1のコート層、第2のコート層と、第2のコート層の上に設けられた触媒成分と、を備え、第1のコート層を構成する酸化物粒子の粒径は、第2のコート層を構成する酸化物粒子の粒径よりも大きいことを要部としたものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。   As described above, the catalyst body of the present invention includes a porous substrate, and the first coat layer, the second coat layer, and the second coat made of oxide particles sequentially laminated on the surface of the porous substrate. A catalyst component provided on the layer, and the particle size of the oxide particles constituting the first coat layer must be larger than the particle size of the oxide particles constituting the second coat layer. The other parts can be appropriately changed in design.

本発明の実施形態に係る触媒体の模式的な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the typical structure of the catalyst body which concerns on embodiment of this invention. 上記実施形態に用いられる触媒成分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the catalyst component used for the said embodiment. 上記実施形態の変形例としての触媒体の模式的な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the typical structure of the catalyst body as a modification of the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…基粒子、2…表面被覆層、10…多孔質基材、
21…第1のコート層、22…第2のコート層、30…触媒成分。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base particle, 2 ... Surface coating layer, 10 ... Porous base material,
21 ... 1st coat layer, 22 ... 2nd coat layer, 30 ... Catalyst component.

Claims (17)

多孔質基材(10)と、
前記多孔質基材(10)の表面上に順次積層された酸化物粒子からなる第1のコート層(21)、第2のコート層(22)と、
前記第2のコート層(22)の上に設けられた触媒成分(30)と、を備え、
前記第1のコート層(21)を構成する酸化物粒子の粒径は、前記多孔質基材(10)の平均細孔径の1/2倍〜1/4倍であり、
前記第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子の粒径は、前記多孔質基材(10)の平均細孔径の1/25倍〜1/65倍であることを特徴とする自動車の排ガス浄化用触媒体。
A porous substrate (10);
A first coat layer (21) composed of oxide particles sequentially laminated on the surface of the porous substrate (10), a second coat layer (22);
A catalyst component (30) provided on the second coat layer (22),
The particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer (21) is 1/2 to 1/4 times the average pore diameter of the porous substrate (10),
The particle size of the oxide particles in which the second constituting coating layer (22) is an automobile, wherein the a 1/25 times to 1/65 times the average pore diameter of the porous substrate (10) Exhaust gas purification catalyst body.
前記多孔質基材(10)はコージェライトであり、
前記第1のコート層(21)を構成する酸化物粒子の粒径は、600nm〜1000nmであり、前記第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子の粒径は、30nm〜80nmであることを特徴とする請求項に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。
The porous substrate (10) is cordierite;
The particle diameter of the oxide particles constituting the first coat layer (21) is 600 nm to 1000 nm, and the particle diameter of the oxide particles constituting the second coat layer (22) is 30 nm to 80 nm. The automobile exhaust gas purification catalyst body according to claim 1 , wherein the catalyst body is an exhaust gas purification catalyst body.
前記第1および第2のコート層(21、22)を構成する酸化物粒子は、CeO、ZrO、Al、TiO、SiO、MgO、Y、Niおよびこれらの組成物から選ばれる一種または二種以上の化合物のいずれかから構成されるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The oxide particles first and second coating layer (21, 22) constituting the, CeO 2, ZrO 2, Al 2 O 3, TiO 2, SiO 2, MgO, Y 2 O 3, Ni 2 O 3 The catalyst body for exhaust gas purification of automobiles according to claim 1 or 2 , wherein the catalyst body is composed of one or two or more compounds selected from these compositions. 前記酸化物粒子は、θ−アルミナまたはδ−アルミナからなるものであることを特徴とする請求項に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 4. The automobile exhaust gas purification catalyst body according to claim 3 , wherein the oxide particles are made of [theta] -alumina or [delta] -alumina. 前記酸化物粒子は、SiOからなるものであることを特徴とする請求項に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The oxide particles, the exhaust gas purifying catalyst of an automobile according to claim 3, characterized in that made of SiO 2. 前記触媒成分(30)は、1nm〜100nmの一次粒子径を持つ一種の単体微粒子または二種以上の化合物微粒子である基粒子(1)と、この基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物と、よりなる触媒粒子であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The catalyst component (30), a kind of a single particle or two or more of the compound fine particles in a group particles (1) having a primary particle size of 1 nm~100 nm, at least a portion of the surface of the base particles (1) The catalyst body for exhaust gas purification of an automobile according to any one of claims 1 to 5 , wherein the catalyst body comprises catalyst particles comprising at least one metal to be coated or a composition thereof. 前記基粒子(1)は、金属酸化物、金属炭化物および炭素材料から選ばれたものよりなることを特徴とする請求項に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The catalyst body for exhaust gas purification according to claim 6 , wherein the base particles (1) are made of a metal oxide, a metal carbide and a carbon material. 前記金属酸化物は、Ce、Zr、Al、Ti、Si、Mg、W、Sr、Niの酸化物およびそれらの組成物から選ばれる一種の単体、または二種以上の化合物からなることを特徴とする請求項に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The metal oxide is composed of one or more compounds selected from oxides of Ce, Zr, Al, Ti, Si, Mg, W, Sr, Ni and compositions thereof, or two or more compounds. The catalyst body for exhaust gas purification of a motor vehicle according to claim 7 . 前記金属炭化物は、SiCまたはその化合物からなることを特徴とする請求項またはに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 9. The automobile exhaust gas purification catalyst body according to claim 7 or 8 , wherein the metal carbide is composed of SiC or a compound thereof. 前記炭素材料はグラファイトであることを特徴とする請求項ないしのいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 10. The automobile exhaust gas purifying catalyst body according to any one of claims 7 to 9 , wherein the carbon material is graphite. 前記基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物が、50nm未満の粒径を持つ超微粒子であることを特徴とする請求項ないし10のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 At least a portion of one or more metals or covering the composition of their surface of the base particles (1) is any one of claims 6 to 10, characterized in that ultrafine particles having a particle size of less than 50nm A catalyst body for purifying automobile exhaust gas according to one. 前記基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物が、1〜30原子層からなる被覆層(2)であることを特徴とする請求項ないし11のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 Wherein at least a portion of one or more metals or covering the composition of their surface groups particle (1) is 6 to claim, characterized in that a coating layer consisting of 1 to 30 atomic layers (2) 11 The catalyst body for exhaust-gas purification | cleaning of the motor vehicle as described in any one of these. 前記基粒子(1)の表面の少なくとも一部を被覆する一種以上の金属またはそれらの組成物は、純度が99%以上のものであることを特徴とする請求項ないし12のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 At least a portion of one or more metals or covering the composition of their surface of the base particles (1) is any one of claims 6 to 12, characterized in that the purity is not less than 99% A catalyst body for exhaust gas purification of automobiles as described in 1. 前記基粒子(1)の表面の全体ではなく一部が、前記一種以上の金属またはそれらの組成物にて被覆されていることを特徴とする請求項ないし13のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 Some rather than the whole of the base surface of the particles (1), according to any one of claims 6 to 13, characterized in that is coated with the one or more metals or their composition A catalyst body for automobile exhaust gas purification . 前記触媒成分(30)における前記一種以上の金属またはそれらの組成物とは、Pt、Rh、Pd、Au、Ag、Ruおよびそれらの酸化物から選ばれる一種以上の単体、または二種以上の化合物であることを特徴とする請求項ないし14のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The one or more metals or compositions thereof in the catalyst component (30) are one or more simple substances or two or more compounds selected from Pt, Rh, Pd, Au, Ag, Ru and oxides thereof. The catalyst body for exhaust gas purification of an automobile according to any one of claims 6 to 14 , characterized in that: 前記第2のコート層(22)の上に、さらに前記第2のコート層(22)を構成する酸化物粒子よりも粒径の大きな酸化物粒子からなる第3のコート層(23)が設けられており、この第3のコート層(23)の上に前記触媒成分(30)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1つに記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 On the second coat layer (22), there is further provided a third coat layer (23) made of oxide particles having a particle size larger than that of the oxide particles constituting the second coat layer (22). The automobile exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 15 , wherein the catalyst component (30) is provided on the third coat layer (23) . Catalyst body. 前記第3のコート層(23)を構成する酸化物粒子の粒径は、100nm〜1000nmであることを特徴とする請求項16に記載の自動車の排ガス浄化用触媒体。 The catalyst body for exhaust gas purification of an automobile according to claim 16 , wherein the particle size of the oxide particles constituting the third coat layer (23) is 100 nm to 1000 nm.
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