JP4904705B2

JP4904705B2 - 排ガス浄化装置

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Publication number: JP4904705B2
Application number: JP2005078993A
Authority: JP
Inventors: 充南; 良尚鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: JP2006255638A

Description

本発明は、自動車エンジンその他の内燃機関等から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒が配設された排ガス浄化装置に関する。

自動車の内燃機関（エンジン）等から排出される排ガス中の有害な成分である一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯ_X）を、それぞれ二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に変えて無害化する排ガス浄化用触媒として、所謂三元触媒が用いられている。三元触媒は、白金族金属を触媒成分として用いたものであり、一般的には耐熱性モノリス基材のセル壁に適当な多孔質担体をコートし、該担体に複数種の白金族金属を担持する形態で用いられている。
白金族金属中、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）は特にＣＯ、ＨＣを酸化する触媒能に優れる。他方、ロジウム（Ｒｈ）は特にＮＯ_Xを還元する触媒能に優れている。かかる性能の違いから、一般に三元触媒では触媒成分としてＰｔ及び／又はＰｄと、Ｒｈとが併用されている。また、触媒活性点をより多く確保するために微粒子状（例えば粒径が５０ｎｍ以下、典型的には１０ｎｍ以下）の触媒金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）が使用される。

かかる三元触媒に関する従来の課題として、触媒金属微粒子相互又は該微粒子と担体との固溶を抑制することが挙げられる。かかる固溶の発生及び進行は、触媒金属における触媒活性点の減少を招き、触媒活性低下の原因となるため好ましくない。特に近年はエンジンの高性能化により排ガス温度が以前よりも高温化しており、それに伴って排ガス浄化用触媒の作業温度も高温化している。かかる高温雰囲気中（例えば８００〜１０００℃）では触媒金属微粒子の固溶がさらに生じ易くなる。
このことに関し、例えば特許文献１には、高温雰囲気中におけるＲｈと担体とのシンタリング及び固溶を抑制するために、Ｒｈを担持させる担体として高温安定性に優れるθ−アルミナを採用した排ガス浄化用触媒（三元触媒）が記載されている。また、特許文献２には、高温雰囲気中におけるＲｈとＰｔ又はＰｄとの固溶（即ち合金化）を抑制するために、Ｒｈを含む表層とＰｔ及び／又はＰｄを含む内層との二層構造から成る触媒層を備えた排ガス浄化用触媒が記載されている。

特開平１０−２７７３９８号公報特開平５−２９３３７６号公報

本発明は、上記特許文献１〜２に記載されるような従来技術とは異なるアプローチによって触媒金属同士の固溶を防止し、特に高温雰囲気中においても高い触媒活性を維持し得る排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。また、そのような排ガス浄化用触媒を使用する排ガス浄化装置の提供を他の目的とする。

本発明によって提供される排ガス浄化用触媒は、排ガスが流通可能な複数のセルが形成された基材と、触媒金属（即ち触媒作用を奏する金属成分をいう。以下同じ。）として少なくとも（１）ロジウムと（２）白金及び／又はパラジウムとを備える。そして、上記複数のセルのうち内部にロジウムを含むセルには白金及びパラジウムが含まれず、且つ、内部に白金又はパラジウムを含むセルにはロジウムが含まれていないことを特徴とする。

かかる構成の排ガス浄化用触媒では、ロジウム（Ｒｈ）と白金（Ｐｔ）及び／又はパラジウム（Ｐｄ）とが相互に隔離されたセルに分別された状態で担持されており、基材中の同一セル内に共存しない。その結果、高温雰囲気中で使用される場合にも（１）Ｒｈと（２）Ｐｔ及び／又はＰｄとの固溶を物理的に完全に防止することができる。これにより、本排ガス浄化用触媒の奏する触媒活性の安定化と長寿命化とが実現される。

ここで開示される排ガス浄化用触媒の好ましい一形態として、上記基材が両端に開口部を有するセル（典型的には長穴状セル）が相互に開口方向を揃えて複数配列する構造のモノリス基材である排ガス浄化用触媒が挙げられる。
モノリス基材は、多数の同一形状のセルによって構成された基材である。かかるモノリス基材が採用された排ガス浄化用触媒によれば、セル内壁の延べ面積（即ち触媒面積）を広く（例えば２０ｃｍ^２／ｃｍ^３〜５０ｃｍ^２／ｃｍ^３）確保することができる。また、セルの形状が同一であるので、セル毎の触媒金属担持量をほぼ一定にすることが容易である。

また、本発明は、ここで開示される排ガス浄化用触媒を備えた排ガス浄化装置を提供する。即ち、ここで開示される排ガス浄化装置は、排ガスが流通する排気管と、該排気管内に配置される一又は二以上の排ガス浄化用触媒とを備える排ガス浄化装置である。ここで排ガス浄化用触媒として、排ガスが流通可能な複数のセルが形成された基材と、触媒金属として少なくとも（１）ロジウムと（２）白金及び／又はパラジウムとを備え、上記複数のセルのうち内部にロジウムを含むセルには白金及びパラジウムが含まれず、且つ、内部に白金又はパラジウムを含むセルにはロジウムが含まれていないことを特徴とする排ガス浄化用触媒を備える。
かかる構成の排ガス浄化装置では、ここで開示される排ガス浄化用触媒即ち相互に固溶化し易い二種の触媒金属がセル毎に分離担持された排ガス浄化用触媒が装備されている。このため、過酷な条件下（例えば、ＰｔとＲｈとの固溶が生じ易い雰囲気である、高温且つ過濃空燃比（リッチ）状態と希薄空燃比（リーン）状態とが変動する雰囲気中）であっても排ガス浄化用触媒に含まれる触媒金属成分同士の固溶を物理的に完全に防止することができる。これにより、本装置では、排ガス浄化能力が長期に渡って維持される。
従って、ここで開示される排ガス浄化装置は種々の排ガス発生源（例えば自動車エンジンの排気系、ボイラー）に搭載することができる。また、該浄化装置はそのような使用環境下において、排ガス浄化能力を低下させることなく長期に渡って有害成分（炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯ_X））の浄化処理を行うことができる。

ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一形態では、上記排気管内における上記排ガス浄化用触媒よりも下流側に、三元触媒であって同一セル内に（１）ロジウムと（２）白金及び／又はパラジウムとを含み且つ排ガスが流通可能な複数のセルが形成された基材を備えた三元触媒がさらに配置される。
かかる構成の排ガス浄化装置によれば、上流側で浄化された排ガスが下流側で更に補足的に浄化されるため、排ガス浄化効果が更に向上される。
また、下流側に備えられる排ガス浄化用触媒には、上流側に備えられる排ガス浄化用触媒を通過してきた比較的低温の排ガスが導入される。このため、該下流側に備えられる排ガス浄化用触媒においては、ＲｈとＰｔ及び／又はＰｄとが同一セル内で共存している状態でも、上述するような触媒金属同士（ＲｈとＰｔ及び／又はＰｄ）の固溶が起き難い。従って、本形態の排ガス浄化装置では、排気管の下流側に配置する排ガス浄化用触媒として同一セル内にＲｈとＰｔ及び／又はＰｄとが共存した形態の触媒（三元触媒）を採用し、より高い排ガス浄化効果を得ることができる。

ここで開示される排ガス浄化装置は、排ガス温度が高温（例えば８００℃〜１０００℃）であっても、また、種々の空燃比状態（理論空燃比（ストイキ）状態のみならず、通常の運転時のような過濃空燃比（リッチ）状態と希薄空燃比（リーン）状態とを変動する雰囲気）であっても、触媒金属成分同士の固溶が防止され、優れた触媒効果が維持される。
従って、ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一形態は、上記排気管が自動車エンジンの排気系に搭載される形状であることを特徴とする自動車用排ガス浄化装置（例えば触媒コンバータ）である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、触媒金属成分の種類、触媒基材のセル触媒金属成分を分離担持する方法）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項（例えば、粉末状多孔質担体を触媒基材のセル壁に被覆する方法）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

先ず、本発明の排ガス浄化用触媒を構成する基材について説明する。
本発明の排ガス浄化用触媒に用いられる基材としては、排ガスが流通可能な複数のセル（区画）を有する。典型的には、隣接するセル同士は隔壁によって相互に隔てられている。種々の多孔質材が基材となり得るが、ここで開示される排ガス浄化用触媒に好ましく適用される基材形状として両端に開口部を有するセル（典型的には長穴状セル）が相互に開口方向を揃えて複数配列する構造の所謂モノリス構造の基材が挙げられる。
かかるモノリス基材を適用する場合、その材質は耐熱性がある限り特に限定されない。典型的にはコーディエライト、ムライト、α―アルミナ、シリコンカーバイト等から構成されるセラミック製のモノリス基材と、フェライト系ステンレス（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）等から構成されるメタル製のモノリス基材に大別される。特にコーディエライトを主体とするような耐熱セラミック製モノリス基材は温度変化による強度に優れ、高温（例えば８００℃〜１２００℃）雰囲気中で安定して使用することができるため、自動車エンジンの排気系に配置する排ガス浄化用触媒の基材として適している。

基材に形成されたセルは、排ガスが流通可能で、セル同士が隔壁によって遮断される形状であれば特に限定されない。セル構造の好ましい例としては、ハニカム構造が挙げられる。ここでハニカム（蜂の巣）構造とは、隔壁により区画された複数の貫通孔と当該隔壁とから成る一体構造をいい、上記孔の断面形状（即ちセルの断面形状）は特に限定されず、例えば円形、正方形、長方形、六角形が挙げられる。かかるハニカム構造の基材は、例えば２００〜６００セル／平方インチ（約３０〜９２セル／ｃｍ^２）といった高密度でセルが形成されたものであり得る。例えば、基材の直径が概ね１００ｍｍ（例えば１０３ｍｍ）である円筒型モノリス基材の場合、そのセル密度は約４００セル／平方インチ（６２セル／ｃｍ^２）であり得る。
かかるハニカム構造の基材（典型的にはモノリス基材）は、セル壁の表面積を広く（例えば２０ｃｍ^２／ｃｍ^３〜５０ｃｍ^２／ｃｍ^３）確保することが可能になり、より広い触媒面積が得られるため好ましい。

ここで開示される排ガス浄化用触媒では、従来の排ガス浄化用触媒と同様、多量の触媒金属を基材に効率よく担持させるために種々の担体が用いられる。好ましくは、高表面積の多孔質担体が使用される。従来の三元触媒で用いられている種々の材質の多孔質担体を用いることができる。例えば、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ複合酸化物、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、セリア、セリア−ジルコニア複合酸化物が挙げられる。これらの一種又は二種以上が、担持させる触媒金属種に応じて用いられる。
例えば、セリア−ジルコニア複合酸化物（ＣＺ）は、酸素吸蔵能に優れ、また高温安定性に優れることからＰｔ又はＰｄ、或いはＲｈを担持するための多孔質担体として好ましく使用される。また、触媒面積を広く得るために、多孔質担体は高比表面積（例えば１０〜１０００ｍ^２／ｇ、典型的には１００〜５００ｍ^２／ｇ）である粉末形状のものが好ましい。

多孔質担体（好ましくは粉末状）は基材のセル内（内壁）にコーティングされ触媒担体層を形成する。触媒担体層の典型的な形成方法として、例えば、粉末状多孔質担体、水、その他必要に応じて適当な副成分（例えば無機又は有機のバインダー）を含むスラリーを基材内のセル壁に塗布し（好ましくはスラリー中に基材の一部を浸積する。）、乾燥させる工程を複数回繰り返した後に加熱・焼成するウォッシュコート法が挙げられる。また、一般的なゾル−ゲル法によって、上記種々の酸化物から成る触媒担体層を形成してもよい。

次に本発明の排ガス浄化用触媒に用いられる触媒金属成分について説明する。ここで開示される排ガス浄化用触媒は、窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元活性が高いＲｈと、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の酸化活性が高いＰｔ及び／又はＰｄとを少なくとも触媒金属として含む。触媒金属の担持方法は従来からの技法を適宜選択して実施すればよい。例えば、触媒を構成する金属元素を含む化合物溶液を触媒担体層に含浸させた後、焼成することによって該化合物を分解し、該金属（触媒金属）を触媒担体層に担持する方法が挙げられる。かかる担持方法によると、触媒金属を非常に細かな粒子形状（例えば５０ｎｍ以下の粒径。典型的には１０ｎｍ以下の粒径）として担持させることができる。このため、少量の担持量であっても比表面積が大きくなり、広い触媒面積が実現される。また、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、内部（内壁）にＲｈが含まれるセルにはＰｔ及び／又はＰｄが含まれず、内部（内壁）にＰｔ及び／又はＰｄが含まれるセルにはＲｈが含まれないように、個々のセルに触媒金属を担持させる。例えば、モノリス基材のセル開口面の一部を塞ぐと共に開口しているセル内部にＲｈを担持させる。次いで、Ｒｈ担持セルの開口面を塞ぐ一方でＲｈ担持処理中は塞いでおいたセル開口面を開放し、当該セル内部にＰｔ又はＰｄを担持させるとよい。

触媒金属の担持量は、排ガス発生源から排出される排ガスの条件（例えば温度、有害成分の構成比率）に応じて適宜決定すればよく、特に限定されない。例えば、自動車エンジンに使用される排ガス浄化用触媒では、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の酸化触媒能に優れるＰｔ及びＰｄの割合（例えば触媒金属総担持量に占めるＰｔ及びＰｄの割合（質量比）が３／５〜９／１０）が、窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元触媒能に優れるＲｈの割合（例えば触媒金属総担持量に占めるＲｈの割合（質量比）が１／１０〜２／５）を上回るように触媒金属の含有比を決定することができる。
なお、自動車エンジンの排気系に搭載する場合においては、加速性能のよいエンジンを載せたスポーツカータイプに搭載する場合には、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の酸化触媒能に効果的なＰｔ及び／又はＰｄの担持量を増加させ、それに伴って触媒基材におけるＰｔ及び／又はＰｄの担持セルの割合を増やすことができる。また、加速性能の穏やかなエンジンを載せたエコカー等に搭載する場合には、その担持セルの割合を変化させ、窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元触媒能に効果的なＲｈの担持量を増やすことができる。
基材における各触媒金属（Ｒｈ、Ｐｔ及び／又はＰｄ）担持セルの分布（位置関係）については、特に制限はない。例えば、基材の横断面において、Ｒｈ担持セルとＰｔ及び／又はＰｄ担持セルとが格子状の配置をとるようにしてもよいし、Ｒｈ担持セルとＰｔ及び／又はＰｄ担持セルとが交互に同心円状に分布するようにしてもよい。また、横断面の中心を基準としてＲｈ担持セルとＰｔ及び／又はＰｄ担持セルとがそれぞれ放射状に広がるような配置にしてもよい。

触媒金属のセル毎の分離担持は、例えば、次の各工程を実施することにより行うことができる。即ち：
（第一工程）予め内部に触媒担体層が付与されたセルが相互に開口方向を揃えて複数配列する構造のモノリス基材のセル開口部に相当する両端面を適当なマスク材で覆い、個々のセル内空間を密封する。マスク材としてはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主体とする液剤が挙げられるが、熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン、ポリプロピレン）から成るシート状のものでもよい。かかるシート状マスク材は熱溶着によって基材の端面を容易に閉塞することができる。
（第二工程）上記基材の両端面にレーザーを照射することによって、Ｐｔ及び／又はＰｄを担持させる予定のセル開口部を覆うマスク材を選択的に取り除き、当該セルを露出させる。
（第三工程）第二工程にて露出したセルにＰｔ化合物溶液及び／又はＰｄ化合物溶液を含浸させ、その後焼成してＰｔ及び／又はＰｄを当該セルに選択的に担持させる。なお、マスク材は焼成時に分解される。
（第四工程）第一工程と同様に再び基材の両端面をマスク材で覆う。
（第五工程）上記基材の両端面にレーザーを照射することによって、Ｒｈを担持させる予定のセル開口部を覆うマスク材を選択的に取り除き、当該セルを露出させる。
（第六工程）第五工程にて露出したセルにＲｈ化合物溶液を含浸させ、その後焼成してＲｈを当該セルに選択的に担持させる。

なお、ここで使用される金属化合物（Ｒｈ化合物、Ｐｔ化合物、Ｐｄ化合物等）は、基材表面又は予めウォッシュコート法等で基材のセル内壁に形成された多孔質担体から成る触媒担体層に触媒金属を担持させる目的で、従来使用されていた金属化合物を使用すればよく、特に限定されない。例えば、Ｒｈ（ロジウム）化合物としては、硝酸ロジウム、塩化ロジウム等が好適に用いられる。また、Ｐｔ（白金）化合物としては、ジニトロジアンミン白金、ヘキサクロロ白金酸六水和物、テトラアンミンジクロロ白金、有機白金水溶液等が好適に用いられる。また、Ｐｄ（パラジウム）化合物としては、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、ジニトロジアンミンパラジウム、テトラアンミンパラジウムジクロライド等が好適に用いられる。
また、金属溶液浸漬後の焼成条件は、各金属溶液（触媒金属化合物）の分解温度によって設定すればよい。なお、一般に５００〜１０００℃の温度範囲の焼成条件下で実施されると、ほとんどの触媒金属成分化合物が分解され、また、触媒担体層を構成する多孔質担体への触媒金属の定着性がよい。なお、かかる加熱条件下では上記ポリマー製マスク材もよく分解・消失し得るので好ましい。

なお、前述した方法では、触媒金属成分ごとの分離担持において、マスク材とレーザー照射を用いた分別法を挙げたが、かかる方法に限定されるものではない。
例えば、感光性ポリマー（例えば、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂を主体とした材料）から成るマスク材を使用し、紫外線やエキシマレーザー等の光線照射によって選択的に当該感光性ポリマーを固化する方法（フォトレジスト法）を利用することができる。

次に、ここで開示される排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化装置について説明する。
ここで開示される排ガス浄化装置は、種々の排ガス発生源（自動車エンジン等の内燃機関やボイラー）から排出される排ガスを浄化するために備えられる装置である。この排ガス浄化装置には、排ガスが流れる排気管と、該排気管内を流れるガスを浄化する排ガス浄化用触媒とを備える。ここで排気管内の排ガス浄化用触媒として、本発明の排ガス浄化用触媒を備える。また、ここで開示される排ガス浄化用触媒では、Ｒｈ担持セルとＰｔ及び／又はＰｄ担持セルとが物理的に完全に隔離されている。このため、高温で使用した際にもＲｈとＰｔとの固溶、又はＲｈとＰｄとの固溶が生じない。従って、ここで開示される排ガス浄化装置では、高温の排ガスが導入される排気管の上流側に本発明の排ガス浄化用触媒を配置することが好ましい。

好ましくは、排気管の下流側（即ち本発明の排ガス浄化用触媒よりも下流側）に、従来から使用されている一般的な三元触媒を配置する。ここで一般的な三元触媒とは、触媒基材の同一セル内にＲｈとＰｔ及び／又はＰｄとが一緒に含まれている触媒をいう。かかる態様の浄化装置において、当該下流側に備えられる三元触媒では、排ガス発生源からその触媒に到達するまでに排ガス温度が低下するため、結果として比較的低温（例えば４００〜５００℃）の排ガスを処理することとなる。このような低温条件下においては、同一セル内にＲｈとＰｔ及び／又はＰｄとが共存していても固溶が生じ難く、触媒効果が低下し難い。従って、上流に本発明の排ガス浄化用触媒を配置し、下流側に一般的な三元触媒を配置することによって、効果的に排ガスを浄化することができる。
なお、上流側に配置される排ガス浄化用触媒（即ち本発明に係る排ガス浄化用触媒）では、比較的高い温度条件（例えば８００℃以上）下において触媒担体層を構成する多孔質担体と触媒金属とのシンタリングを防止するという観点から、セリア−ジルコニア複合酸化物等の高温で安定な（即ちシンタリングを起こし難い）セラミックを多孔質担体とすることが好ましく、下流側に配置される排ガス浄化用触媒（例えば前述した三元触媒）では、比較的低い温度条件（例えば８００℃未満）下において触媒担体層を構成する多孔質担体と触媒金属とのシンタリングを防止するという観点から、アルミナ等の低温域で安定なセラミックを多孔質担体とすることが好ましい。

以下、本発明の排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化装置に関する一実施例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明を以下の説明及び関連する図面に示す形態のものに限定することを意図したものではない。

＜実施例１：排ガス浄化用触媒の作製＞
図１に本実施例に係る排ガス浄化用触媒１０を模式的に示す。本排ガス浄化用触媒１０は、両端に開口部を有する長穴状セル１２が相互に開口方向を揃えて複数配列する構造の円筒状のモノリス基材１１を備える。図示されるように、この基材１１は、断面形状がほぼ正方形のセル１２が密に配列して成るハニカム構造である。かかる構造の排ガス浄化用触媒１０では、排ガス浄化用触媒の一方の開口端面から各セル１２に排ガスが導入され、セル１２内を通過する際に排ガス中の被処理成分が浄化され、そして他方の開口端面から浄化ガスが流出するように構成されている。
具体的には、本実施例に係る排ガス浄化用触媒１０は、セル１２の内壁にセリア−ジルコニア（ＣｅＯ−ＺｒＯ_２）複合酸化物から成る多孔質担体（以下「ＣＺ担体」と略称する。）が被覆された４００セル／平方インチ（約６２セル／ｃｍ^２）のコーディエライト製モノリス基材にＰｔ及びＲｈを担持した排ガス浄化用触媒１０である。図２に示すように、本実施例に係る排ガス浄化用触媒１０は、内部にＲｈを含むがＰｔを含まないセル１４と、内部にＰｔを含むがＲｈを含まないセル１６とを有する。なお、図２はＰｔ及びロジウムの担持パターンを模式的に示しており、図２中、Ｒｈを含むセル１４は網掛けで示し、Ｐｔを含むセル１６は無地（白抜き）で示している。

排ガス浄化用触媒１０は以下に示す手順によって作製した。即ち、一般的なウォッシュコート法に基づき、粉末状のＣｅＯ−ＺｒＯ_２複合酸化物を含むスラリー中にコーディエライト製モノリス基材（４００セル／平方インチ、１リットル容量）を浸漬し、次いで乾燥及び焼成（約４００℃）を行うことによって、該基材のセル内部（内壁）にＣＺ担体から成る触媒担体層を形成した。
次に、モノリス基材１１の両端面に、マスク材としてエポキシ系樹脂を塗布し、乾燥させることによってセル開口部を被覆した。次いで、Ｐｔを担持させる予定のセル１６（図２）の開口面（即ちマスク材で被覆されている面）に所定のレーザーを照射し、マスク材をセル選択的に除去した。これにより、Ｐｔ担持用セル１６のみを露出させた。そして、露出したＰｔ担持用セル１６に基材１１全体で２ｇ相当のＰｔが担持されるように濃度調整されたジニトロアンミン白金溶液に基材１１を浸漬し、触媒担体層に該溶液を含浸させた。その後、５５０℃で２時間の焼成処理を行い、Ｐｔ担持用セル１６に選択的にＰｔを担持させた。なお、かかる焼成によって、マスク材も完全に分解・消失した。

Ｐｔの担持が完了後、再び基材１１の両端面をマスク材で覆った。そして、上述のＰｔ担持工程と同様に、Ｒｈを担持させる予定のセル１４（図２）の開口面（即ちマスク材で被覆されている面）に所定のレーザーを照射し、マスク材をセル選択的に除去した。これにより、Ｒｈ担持用セル１４のみを露出させた。そして、露出したＲｈ担持用セル１４に基材１１全体で０．５ｇ相当のＲｈが担持されるように濃度調整された硝酸ロジウム溶液に基材１１を浸漬し、触媒担体層に該溶液を含浸させた。その後、５５０℃で２時間の焼成処理を行い、Ｒｈ担持用セル１４に選択的にＲｈを担持した。なお、かかる焼成によって、マスク材も完全に分解・消失した。以上の手順により、本実施例に係る排ガス浄化用触媒１０を得た。

＜比較例：排ガス浄化用触媒（一般的な三元触媒）の作製＞
次に、上記実施例と同様のモノリス基材を用いて、同一セル内にＲｈとＰｔとを共存させた形態（比較用）の三元触媒を作製した。なお、作製手順については以下のとおりである。
実施例と同様にＣＺ担体から成る触媒担体層をセル内に形成した基材を作製した。次いで、Ｐｔ（２ｇ相当）とＲｈ（０．５ｇ相当）とがモノリス基材のセル内に担持されるように濃度調整されたジニトロアンミン白金及び硝酸ロジウムを含む混合溶液に基材を浸漬し、触媒担体層に該溶液を含浸させた。その後、５５０℃で２時間の焼成処理を行い、ＰｔとＲｈとを全てのセルに担持した。

次に、上記実施例に係る排ガス浄化用触媒及び比較例に係る三元触媒をそれぞれ搭載した自動車エンジン用排ガス浄化装置を構築し、その排ガス浄化性能（触媒性能）を評価した。

＜実施例２：排ガス浄化装置の構築＞
図３に本実施例に係る排ガス浄化装置２０の構成を模式的に示す。図示されるように、本実施例に係る排ガス浄化装置２０は、自動車エンジン２２の排気系の一部である排気管２４と該排気管２４の一部に形成された二つの触媒収容部２４Ａ，２４Ｂにそれぞれ収容された二つの排ガス浄化用触媒１０，３０とから構成されている。そして、排気管２４の上流側の触媒収容部２４Ａに本実施例に係る排ガス浄化用触媒１０を装備しており、下流側の触媒収容部２４Ｂには上記比較例に係る三元触媒３０を装備している。

＜比較例２：排ガス浄化装置の構築＞
上記実施例に係る排ガス浄化装置の上流側の触媒収容部２４Ａにも上記比較例に係る三元触媒３０を装備した以外は、実施例２と同様の構成の排ガス浄化装置を構築した。

＜触媒耐久性試験＞
上記二つの排ガス浄化装置を実際の自動車エンジンの排気系に搭載し、本実施例に係る排ガス浄化用触媒の耐久性試験を行った。即ち、エンジン排気系に排ガス浄化装置が搭載された自動車を図４に示すサイクルモードで停止と加速及び減速運転を繰り返した。これにより、リッチ状態及びリーン状態の変動が実現される。これを１００時間継続して行った。かかる継続運転後、各排ガス浄化装置から上流側の触媒収容部に搭載されていた排ガス浄化用触媒（即ち実施例１に係る排ガス浄化用触媒及び比較例１に係る三元触媒）を取り出し、さらに基材のセル内壁から触媒金属を採取した。なお、実施例１に係る排ガス浄化用触媒については、Ｐｔ担持セル及びＲｈ担持セルの両方から別々に触媒金属を採取した。
ＸＲＤ（エックス線回折法）により得られた回折ピークの位置（角度）から耐久性試験後に採取した各触媒金属成分の格子定数を求め、Ｐｔ及びＲｈの標準サンプル（ＪＣＰＤＳ(Joint Committee of Powder Diffraction Standards)カード基準）の格子定数と比較して、その格子定数の変化から固溶（合金化）の有無及び進行状況を評価した。

図５に、実施例１に係る排ガス浄化用触媒のＰｔ担持セルから採取した触媒金属（図中の実施例Ｐｔ）とＲｈ担持セルから採取した触媒金属（図中の実施例Ｒｈ）及び比較例１に係る排ガス浄化用触媒のセルから採取した触媒金属（図中の比較例）それぞれの格子定数を示す。なお、ＪＣＰＤＳカード基準におけるＰｔ及びＲｈの格子定数は、それぞれ、Ｐｔ：３．９２３１Å、Ｒｈ：３．８０３１Åである。
排ガス浄化装置の上流側に搭載された実施例１に係る排ガス浄化用触媒においては、各触媒金属成分（ＰｔとＲｈ）が別個のセルに担持されているため、ＰｔとＲｈとの固溶は生じず、Ｐｔ及びＲｈの格子定数は何れも変化していなかった。他方、排ガス浄化装置の上流側に搭載された比較例１に係る三元触媒においては、格子定数が標準のものから変化しており、Ｐｔ及びＲｈの中間の値を示しているのがわかる。上流側の高温条件下（高い排ガス温度）で各触媒金属成分（ＰｔとＲｈ）が同一セル内で共存していたために固溶（合金化）が生じたと考えられる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記実施例ではＰｔ及びＲｈが担持された排ガス浄化用触媒について説明したが、他の触媒金属成分を含む排ガス浄化用触媒でもよい。例えば、Ｐｔに代えてＰｄを含む排ガス浄化用触媒であってもよい。
また、基材の性状については、コーディエライト製モノリス基材に限られず、他のセラミック製或いはステンレス合金等のメタル製のモノリス基材やパイプ型基材等にも適用可能である。
また、排ガス浄化用触媒には、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ等の主要な触媒金属の他に、触媒能を向上させる副次的な要素を加えることが可能である。例えば、排ガス浄化用触媒においてＮＯ_X、ＨＣ、ＣＯ等の吸蔵効果を向上させるアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれる副次的な成分の添加が可能である。

また、上記実施例では、予め基材のセル内に多孔質担体から成る触媒担体層を形成し、その後に触媒金属をセル内に導入・担持しているが、この方法に限定されない。例えば、触媒金属が予め担持された粉末状多孔質担体を含むスラリーを基材のセル内に導入し、焼成等をすることによってセル内に触媒金属を担持させてもよい。
なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。

排ガス浄化用触媒の一実施例を模式的に示した斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。排ガス浄化装置の一実施例を模式的に示したブロック図である。耐久性試験における自動車運転モード（エンジン作動モード）を示すグラフである。耐久性試験後における触媒金属成分の格子定数の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０排ガス浄化用触媒
１２セル
２０排ガス浄化装置
２４排気管
３０三元触媒

Claims

排ガスが流通する排気管と、排気管に設けられた第１の触媒収容部と、第１の触媒収容部よりも排ガス下流側に設けられた第２の触媒収容部と、を備える排ガス浄化装置であって、
第１の触媒収容部は、排ガス浄化用触媒として、
排ガスが流通可能な複数のセルが形成された基材と、
触媒金属として少なくとも（１）ロジウムと（２）白金及び／又はパラジウムとを備え、
前記複数のセルのうち内部にロジウムを含むセルには白金及びパラジウムが含まれず、且つ、内部に白金又はパラジウムを含むセルにはロジウムが含まれておらず、
第２の触媒収容部は、三元触媒であって同一セル内に（１）ロジウムと（２）白金及び／又はパラジウムとを含み且つ排ガスが流通可能な複数のセルが形成された基材を備えた三元触媒を備える、
ことを特徴とする、排ガス浄化装置。