JP6920531B2 - 自動車排気ガス処理用触媒粒子、これの製造方法、及びこれを用いて自動車排気ガスを処理する方法 - Google Patents
自動車排気ガス処理用触媒粒子、これの製造方法、及びこれを用いて自動車排気ガスを処理する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6920531B2 JP6920531B2 JP2020502173A JP2020502173A JP6920531B2 JP 6920531 B2 JP6920531 B2 JP 6920531B2 JP 2020502173 A JP2020502173 A JP 2020502173A JP 2020502173 A JP2020502173 A JP 2020502173A JP 6920531 B2 JP6920531 B2 JP 6920531B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- automobile exhaust
- noble metal
- semiconductor nanoparticles
- catalyst particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 122
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 130
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 100
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 69
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 66
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 26
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 10
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 91
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 18
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 16
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 12
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 description 9
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 241001085205 Prenanthella exigua Species 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- QWDUNBOWGVRUCG-UHFFFAOYSA-N n-(4-chloro-2-nitrophenyl)acetamide Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(Cl)C=C1[N+]([O-])=O QWDUNBOWGVRUCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000001016 Ostwald ripening Methods 0.000 description 1
- 239000012696 Pd precursors Substances 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
- B01D53/945—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/44—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/462—Ruthenium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/64—Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/652—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/6527—Tungsten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8906—Iron and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/19—Catalysts containing parts with different compositions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0072—Preparation of particles, e.g. dispersion of droplets in an oil bath
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0201—Impregnation
- B01J37/0203—Impregnation the impregnation liquid containing organic compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0219—Coating the coating containing organic compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0221—Coating of particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0236—Drying, e.g. preparing a suspension, adding a soluble salt and drying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/04—Mixing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
- B01J37/344—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
- B01J37/345—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of ultraviolet wave energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1021—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1023—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1025—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/20707—Titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/209—Other metals
- B01D2255/2092—Aluminium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/396—Distribution of the active metal ingredient
- B01J35/399—Distribution of the active metal ingredient homogeneously throughout the support particle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
- F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
- F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
自動車排気ガス処理用触媒粒子、これの製造方法、及びこれを用いて自動車排気ガスを処理する方法に関する。
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ，Ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等、環境と人体に有害な物質が含有されている。最近、世界の環境意識が高まり、これら排気ガス成分を二酸化炭素、窒素、酸素、水等に変換して排出するために用いられる排気ガス処理用触媒の性能向上が一層求められている。
これら排気ガス処理用触媒に関する課題の一つとして、触媒の老化現象を防ぎ、触媒寿命を向上させることが挙げられる。従来は、貴金属を担体にイオン含浸及び熱塑性処理によって担持して自動車排気ガス処理用触媒を製造した。一方、これら触媒は、実際の自動車走行環境に長い時間さらされたとき、排気ガスの処理性能が著しく低下する問題が発生した。
本発明の一具現例は、高温の環境下でも貴金属の成長及び凝集等が抑えられ、優れた触媒寿命を示す光照射によって貴金属が担持された半導体ナノ粒子を含む自動車排気ガス処理用触媒粒子を提供する。
本発明の他の具現例は、優れた触媒寿命を示す光照射によって貴金属が担持された半導体ナノ粒子を含む前記自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法を提供する。
本発明のさらに他の具現例は、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子を用いて自動車排気ガスを処理する方法を提供する。
本発明の一具現例において、貴金属が担持された半導体ナノ粒子を含む自動車排気ガス処理用触媒粒子を提供する。
本発明の他の具現例において、半導体ナノ粒子を含む懸濁液に貴金属前駆体を混合して混合物を形成するステップ；及び前記混合物に光を照射して貴金属が担持された半導体ナノ粒子を製造するステップ；を含む自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法を提供する。
本発明のさらに他の具現例において、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子を用いて自動車排気ガスを処理する方法を提供する。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、光照射によって貴金属が担持された半導体ナノ粒子であって、貴金属が小さなナノサイズで均一に担持され、向上した酸化・還元反応で排気ガスを処理することができる。また、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、高温の環境下でも貴金属の成長及び凝集等が大きく抑えられ、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、後述の実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現されるものである。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。
図面における複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。また、図面において、説明の便宜のため一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。全明細書における同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。
本発明の一具現例において、貴金属が担持された半導体ナノ粒子を含む自動車排気ガス処理用触媒粒子を提供する。
通常の自動車排気ガス処理用触媒は、貴金属が担体にイオン含浸及び熱塑性処理によって担持されて製造される。一方、これら触媒は、実際の自動車走行中に発生する高温の排気ガスにさらされたとき、触媒の老化現象により貴金属を含む触媒の非可逆的変形が発生し、排気ガス処理性能が著しく低下する問題が発生する。例えば、ディーゼルエンジンの場合、約７５０℃、ガソリンエンジンの場合、約１０００℃に近い高温の排気ガスを発生させる。時間が経つにつれ、前記高温の排気ガスと反応する触媒に含まれた貴金属は、被毒性（Ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）及び汚染（Ｆｏｕｌｉｎｇ）を示し、貴金属が凝集及び成長（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）し、貴金属の内部拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）等が発生し得る。これによって、主触媒として機能する貴金属が損失され、貴金属を含む触媒の表面積が減少する等の現象が発生して、触媒の排気ガス処理性能が著しく低下し得る。また、高温の排気ガスは、貴金属を含む担体の表面構造を崩壊し得るし、これによって、貴金属粒子が埋れるか、担体にドーピング（Ｄｏｐｉｎｇ）されるか、内部拡散が加速化して排気ガス処理性能がさらに低下する問題がある。
上記のような問題を解決するために、触媒に含まれた貴金属の含量を増加させることができるが、貴金属の高い価格によって製造原価が急激に上昇し得るため非経済的であり、触媒の老化現象の防止に限界がある。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、貴金属が担持された半導体ナノ粒子であって、貴金属が小さなナノサイズで均一に担持され、向上した酸化・還元反応で排気ガスを処理することができる。また、高温の環境下でも貴金属の成長及び凝集等が大きく抑えられ、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
具体的には、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、別途熱処理することなく、光照射によって貴金属を半導体ナノ粒子に均一に小さなナノ粒子に分散させることができる。
例えば、前記半導体ナノ粒子が有するバンドギャップエネルギーより大きい光を照射して原子価電子帯にある電子は、励起して伝導帯に遷移し、原子価電子帯には正孔が残されて、電子−正孔対が生成されるようにすることができる。このように形成された電子は、貴金属を還元させ、半導体ナノ粒子に均一に小さなナノ粒子に分散させることができる。具体的には、前記半導体ナノ粒子は、約０．５ｅＶ〜約１０．０ｅＶのバンドギャップを有してもよい。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、半導体ナノ粒子を含み、貴金属の凝集、成長、埋没及び内部拡散等を効率的に防ぎ、触媒の老化現象を防ぐことができる。
前記半導体ナノ粒子は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、三酸化タングステン（ＷＯ3）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、二酸化セリウム（ＣｅＯ2）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。
例えば、前記半導体ナノ粒子は、ルチル型（ｒｕｔｉｌｅ）二酸化チタンであってもよい。前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、半導体ナノ粒子としてルチル型（ｒｕｔｉｌｅ）二酸化チタンを含み、数百℃〜約１０００℃に至る高温の排気ガス温度でも半導体ナノ粒子の相変異が発生することを防ぐことができる。このため、上記のような半導体ナノ粒子を含む触媒の構造崩壊を防ぎ、触媒の老化を防ぐことができる。
前記半導体ナノ粒子は、約１０ｎｍから約５００ｎｍの平均粒径を有してもよく、具体的には、約２０ｎｍから約２００ｎｍの平均粒径を有してもよい。本明細書における「粒径」は、ＳＥＭ、ＴＥＭ又はＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いたイメージ分析によって数平均粒径に測定されてもよい。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記半導体ナノ粒子に分散された貴金属としてルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。前記貴金属は、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子に含まれた主触媒であって、酸化・還元反応に関与し、排気ガスに含まれた一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ，Ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排気ガス成分を二酸化炭素、窒素、酸素、水等に変換させることができる。
具体的には、前記貴金属は、酸化反応用の自動車排気ガス処理用触媒粒子及び還元反応用の自動車排気ガス処理用触媒粒子の貴金属に分けられる。例えば、酸化反応活性用貴金属としては、白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等があり、前記貴金属は、一酸化炭素を二酸化炭素に、炭化水素を二酸化炭素及び水に酸化させる酸化反応を活性化することができる。
また、還元反応活性用貴金属としてはロジウム等があり、前記貴金属を用いて窒素酸化物を二酸化炭素及び窒素に還元させる反応を活性化することができる。
また、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、特定の貴金属を半導体ナノ粒子に担持させることで、特定の排気ガス環境で向上した排気ガス処理能力を付与することができる。また、前記貴金属の成長及び凝集等を抑え、優れた触媒寿命を示すことができる。
例えば、低温で優れた活性を示す白金（Ｐｔ）を半導体ナノ粒子に担持させた触媒粒子を用いて、ディーゼル等のように、相対的に低い温度の排気ガスを発生させる環境で優れた触媒性能を具現することができる。
また、高温での安全性が大事なパラジウム（Ｐｄ）を半導体ナノ粒子に担持させた触媒粒子を用いて、ガソリン等のように、高い温度の排気ガスを発生させる環境で優れた触媒性能及び寿命を示すことができる。
また、前記貴金属は、合金状に半導体ナノ粒子に担持され、さらに向上した酸化・還元反応で優れた効果を表し得る。
例えば、前記貴金属として、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）の合金を半導体ナノ粒子に担持して酸化反応活性をさらに向上させることができる。
また、酸化反応用の自動車排気ガス処理用触媒粒子の貴金属である白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）を還元反応用の自動車排気ガス処理用触媒粒子の貴金属であるロジウム（Ｒｈ）と合金状に半導体ナノ粒子に担持し、優れた排気ガス処理性能と耐被毒性を示し、触媒寿命を向上させることができる。
また、前記ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）等は、前記ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等と合金状に半導体ナノ粒子に担持され、触媒の剛性、耐久性、耐被毒性等の物理的・化学的特性を向上させることができる。
具体的には、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記貴金属を前記半導体ナノ粒子固形粉１００重量部に対し、約１重量部〜約５０重量部の含量で含んでいてもよい。例えば、前記貴金属を前記半導体ナノ粒子固形粉１００重量部に対し、約１重量部〜約３２重量部の含量で含んでいてもよい。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記範囲の貴金属を含み、酸化・還元反応に関与して、著しく向上した排気ガス処理能力を示すことができる。また、高温の排気ガス環境下でも、前記貴金属が成長、凝集、埋没及び内部拡散することを大きく抑え、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
例えば、前記範囲未満の含量で貴金属を含む場合には、排気ガス処理能力が不十分であることがある。また、前記貴金属の含量が前記範囲を超える場合には、製造原価が上昇し、かつ貴金属の凝集及び成長が加速化して、排気ガス処理能力が却って低下し、触媒の寿命が著しく落ち得る。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子に含まれた貴金属は、約１ｎｍ〜約３０ｎｍの平均粒径を有し、前記半導体ナノ粒子に分散されてもよい。具体的には、前記貴金属は、約１ｎｍ〜約２０ｎｍの平均粒径を有し、前記半導体ナノ粒子に分散されてもよい。前記貴金属粒子は、前記範囲の平均粒径を有し、前記半導体ナノ粒子に均一に分散され、向上した酸化・還元反応で排気ガスを処理することができる。また、高温の排気ガス環境でも貴金属の成長及び凝集等が大きく抑えられる。
具体的には、前記貴金属の平均粒径が前記範囲未満である場合には、オストヴァルト熟成（Ｏｓｔｗａｌｄ Ｒｉｐｅｎｉｎｇ）によって貴金属の凝集及び成長が加速化し得るし、前記範囲を超える場合には、反応表面積が減少して排気ガス処理能力が低下し得る。
このため、前記範囲の平均粒径を有する貴金属を含む前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、広い表面積を維持し、触媒の性能をさらに向上させることができる。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、別途処理することなく、例えば、光照射なしに酸化・還元反応を活性化することができる。具体的には、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、触媒として活性を有するため別途ＵＶ等の光照射なしでも、下記のように酸化・還元反応に関与し、排気ガスに含まれた一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ，Ｔｏｔａｌ ｈｅｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を二酸化炭素、窒素、酸素、水等に変換させることができる。
i）一酸化炭素の酸化反応：ＣＯ＋Ｏ2＝＞ＣＯ2
ii）炭化水素の酸化反応：ＣｘＨ2x+2＋Ｏ2＝＞ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ
iii）窒素酸化物の還元反応：ＮＯ＋ＣＯ＝＞ＣＯ2＋Ｎ2
ii）炭化水素の酸化反応：ＣｘＨ2x+2＋Ｏ2＝＞ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ
iii）窒素酸化物の還元反応：ＮＯ＋ＣＯ＝＞ＣＯ2＋Ｎ2
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、多孔性セラミック担体をさらに含み、広い表面積を有し、優れた酸化・還元反応に関与して排気ガスを処理することができる。
前記多孔性セラミック担体は、約０．５μｍ〜約１０μｍの平均粒径を有する粒子であってもよく、具体的には、前記多孔性セラミック担体は、約０．５μｍ〜約５μｍの平均粒径を有する粒子であってもよい。前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記範囲の平均粒径を有する前記多孔性セラミック担体を含んでいてもよい。
前記多孔性セラミック担体は、前述した貴金属が担持された半導体ナノ粒子を支持する支持体であって、熱的安全性を付与し、前記貴金属が担持された半導体ナノ粒子を高温の環境でも円滑に支持する支持体の役割を果たす。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記多孔性セラミック担体を含み、貴金属が担持された半導体ナノ粒子が効果的に分散して配置されるようにすることができる。このため、貴金属の凝集及び成長を抑えて触媒寿命をさらに向上させることができる。
また、前記多孔性セラミック担体は、多孔性構造を有し、反応物が吸着されやすくして、前記多孔性セラミック担体に含まれた貴金属が担持された半導体ナノ粒子の触媒反応をさらに促進することができる。
従って、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記多孔性セラミック担体を含み、高温の排気ガス環境下でも、前記多孔性セラミック担体に分散された半導体ナノ粒子に担持された貴金属が成長、凝集、埋没及び内部拡散されること等を著しく抑えることができる。このため、これを含む前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
前記多孔性セラミック担体は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、セリア（ＣｅＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化セリウムジルコニウム（Ｃｅｒｉｕｍ Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記半導体ナノ粒子に対し、前記多孔性セラミック担体を約１：１〜約１：１００の重量比で含んでいてもよい。例えば、約１：１〜約１：３０の重量比で含んでいてもよく、具体的には、約１：３〜約１：２０の重量比で含んでいてもよい。前記半導体ナノ粒子の含量が前記範囲を超えてさらに多い場合には、半導体ナノ粒子及び貴金属が十分に分散されず、貴金属凝集等の触媒老化現象を有効に抑えることができず、前記多孔性セラミック担体の含量が前記範囲を超えてさらに多い場合には、触媒内の貴金属含量が不十分であり、自動車排気ガス処理能力が低下する問題があり得る。
本発明の他の具現例は、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法を提供する。前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、半導体ナノ粒子を含む懸濁液に貴金属前駆体を混合して混合物を形成するステップ；及び前記混合物に光を照射して貴金属が担持された半導体ナノ粒子を製造するステップ；を含めて製造される。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法によって、前述した自動車排気ガス処理用触媒粒子を製造することができる。
具体的には、前記半導体ナノ粒子は、前記懸濁液中に約０．１ｗｔ％〜約５０ｗｔ％の含量で含まれてもよい。例えば、約０．５ｗｔ％〜約２０ｗｔ％の含量で含まれてもよい。前記半導体ナノ粒子の含量が前記範囲未満である場合には、十分な量の貴金属が担持された半導体ナノ粒子を確保し難く、これによって、製造工程回数が増え、製造単価が上昇する問題があり得る。また、前記範囲を超える場合には照射する光が浸透し難くなり、光反応が十分行われず、貴金属の形状及び分布を調節できない問題があり得る。
前記貴金属前駆体は、ＰｔＣｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6、ＰｄＣｌ2、Ｎａ2ＰｄＣｌ4、Ｋ2ＰｄＣｌ4、Ｈ2ＰｄＣｌ4、ＲｈＣｌ3、Ｎａ3ＲｈＣｌ6、Ｋ3ＲｈＣｌ6、Ｈ3ＲｈＣｌ6、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。
例えば、前記貴金属前駆体は、ＰｔＣｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6等のＰｔ前駆体、ＰｄＣｌ2、Ｎａ2ＰｄＣｌ4、Ｋ2ＰｄＣｌ4、Ｈ2ＰｄＣｌ4等のＰｄ前駆体、ＲｈＣｌ3、Ｎａ3ＲｈＣｌ6、Ｋ3ＲｈＣｌ6、Ｈ3ＲｈＣｌ6等のＲｈ前駆体等を含んでいてもよい。
前記混合物は、犠牲剤をさらに含んでいてもよい。犠牲剤は、光照射によって半導体ナノ粒子から発生した正孔を除去し、半導体ナノ粒子から発生した電子が貴金属を効率的に還元させるようにすることができる。これによって、触媒の活性を高めることができる。
前記犠牲剤は、半導体ナノ粒子を含む懸濁液に貴金属前駆体を混合した混合物 １００重量部に対し、約０．１重量部〜約５０重量部の含量で含まれてもよい。具体的には、前記犠牲剤の含量が前記範囲の未満である場合には、貴金属が十分に還元されない問題があるし、前記範囲を超える場合には、貴金属の還元を制御することができず、貴金属の粒度分布及び分散度がばらつく問題があり、ほとんどの犠牲剤は、環境に有害な物質であるため使用が制限される。
前記犠牲剤は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ギ酸、酢酸、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。
前記混合物に光を照射して、貴金属が担持された半導体ナノ粒子を製造する。前述したように、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、別途熱処理することなく、光照射によって貴金属を半導体ナノ粒子に均一に小さなナノ粒子に分散させることができる。例えば、前記光は、約０．５時間〜約１０時間照射されてもよい。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法は、前記貴金属が担持された半導体ナノ粒子に多孔性セラミック担体を混合して水溶液を製造するステップ；及び前記水溶液を乾燥した後、約３００℃〜約７００℃の温度条件下で塑性するステップ；をさらに含んでいてもよい。
前記製造方法によって、前記貴金属が担持された半導体ナノ粒子が均一に分散された前述の多孔性セラミック担体をさらに含む触媒粒子を製造することができる。
前記多孔性セラミック担体は、約０．５μｍ〜約１０μｍの平均粒径を有する粒子であってもよい。前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、前記範囲の平均粒径を有する前記多孔性セラミック担体を含み、より広い表面積を維持して触媒の性能をさらに向上させることができる。また、高温の排気ガス環境下でも、前記多孔性セラミック担体に分散された半導体ナノ粒子に担持された貴金属が成長、凝集、埋没及び内部拡散されること等を大きく抑えることができる。このため、これを含む前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
本発明のさらに他の具現例は、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子を用いて自動車排気ガスを処理する方法を提供する。
前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、別途処理することなく、例えば、光照射なしに酸化・還元反応を活性化することができる。具体的には、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、触媒として活性を有するために別途ＵＶ等の光照射なしにも酸化・還元反応に関与し、排気ガスに含まれた一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ、Ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を二酸化炭素、窒素、酸素、水等に変換させることができる。
また、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、高温の排気ガス環境下でも、貴金属の成長、凝集、埋立及び内部拡散等が大きく抑えられ、少ない含量の貴金属を含み、かつ優れた触媒寿命を示すことができる。
例えば、前記自動車排気ガス処理用触媒粒子は、約７５０℃の高温で約２４時間エージング（ａｇｉｎｇ）処理した後も、前記触媒粒子に含まれた貴金属粒子の直径の大きさを約５ｎｍ〜約８０ｎｍに維持することができる。
以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載の実施例は、本発明を具体的に例示するか説明するためのものに過ぎないし、これによって本発明が制限されてはならない。
＜実施例及び比較例＞
実施例１:
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を水に分散して０．５ｗｔ％懸濁液を製造した。前記ルチル型二酸化チタン懸濁液を継続して撹拌しながら、Ｈ2ＰｔＣｌ6前駆体をルチル型二酸化チタン固形粉１００重量部に対し、Ｐｔの含量が２重量部となるように混合して約１０分間撹拌した。ルチル型二酸化チタンを含む懸濁液にＨ2ＰｔＣｌ6前駆体を混合した混合物１００重量部に対し、犠牲剤としてメチルアルコールを１０重量部投入した後に継続して撹拌した。その後、ルチル型二酸化チタンと貴金属前駆体が含まれた混合物を継続して撹拌しながら、紫外線を約２時間照射して光照射を行った。光照射の終わった混合物を乾燥し、Ｐｔが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
実施例１:
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を水に分散して０．５ｗｔ％懸濁液を製造した。前記ルチル型二酸化チタン懸濁液を継続して撹拌しながら、Ｈ2ＰｔＣｌ6前駆体をルチル型二酸化チタン固形粉１００重量部に対し、Ｐｔの含量が２重量部となるように混合して約１０分間撹拌した。ルチル型二酸化チタンを含む懸濁液にＨ2ＰｔＣｌ6前駆体を混合した混合物１００重量部に対し、犠牲剤としてメチルアルコールを１０重量部投入した後に継続して撹拌した。その後、ルチル型二酸化チタンと貴金属前駆体が含まれた混合物を継続して撹拌しながら、紫外線を約２時間照射して光照射を行った。光照射の終わった混合物を乾燥し、Ｐｔが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
実施例２:
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を含む懸濁液に貴金属前駆体としてＨ2ＰｄＣｌ4を混合したことを除いては、実施例１と同様な方法でＰｄが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を含む懸濁液に貴金属前駆体としてＨ2ＰｄＣｌ4を混合したことを除いては、実施例１と同様な方法でＰｄが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
実施例３:
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を含む懸濁液に貴金属前駆体としてＲｈＣｌ3を混合したことを除いては、実施例１と同様な方法でＲｈが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
ルチル型二酸化チタン（ＴｉＯ2）粉末を含む懸濁液に貴金属前駆体としてＲｈＣｌ3を混合したことを除いては、実施例１と同様な方法でＲｈが担持されたＴｉＯ2触媒粒子を製造した。
実施例４:
実施例１によって製造されたＰｔが担持されたルチル型二酸化チタン触媒粒子とＡｌ2０3粉末を水に分散して水溶液状に製造した。また、４−４'−（１−ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｉｄｅｎｅ）ｂｉｓ−ｐｈｅｎｏｌとｏｘｉｒａｎｅ系単量体の重合体である分散剤を前記水溶液に投入した後、６０℃の温度下で水分を徐々に除去しながら撹拌した。水分がほとんど除去された後、もう一回撹拌してから８０℃の温度下で乾燥し、５５０℃の温度下で塑性して、前記Ｐｔが担持されたＴｉＯ２触媒粒子がＡｌ２０３粉末に分散された触媒粒子を製造した。
実施例１によって製造されたＰｔが担持されたルチル型二酸化チタン触媒粒子とＡｌ2０3粉末を水に分散して水溶液状に製造した。また、４−４'−（１−ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｉｄｅｎｅ）ｂｉｓ−ｐｈｅｎｏｌとｏｘｉｒａｎｅ系単量体の重合体である分散剤を前記水溶液に投入した後、６０℃の温度下で水分を徐々に除去しながら撹拌した。水分がほとんど除去された後、もう一回撹拌してから８０℃の温度下で乾燥し、５５０℃の温度下で塑性して、前記Ｐｔが担持されたＴｉＯ２触媒粒子がＡｌ２０３粉末に分散された触媒粒子を製造した。
比較例１:
５μｍ大きさのＡｌ2０3を水に分散して水溶液を製造した。前記水溶液を継続して撹拌しながら、Ｈ2ＰｔＣｌ6前駆体をＡｌ2０3固形粉１００重量部に対し、Ｐｔの含量が４重量部となるように投入した。Ｐｔ前駆体が含まれたＡｌ2０3水溶液を６０℃の温度下で２時間撹拌した。撹拌の終わった水溶液を８０℃の温度下で２４時間乾燥し、５５０℃の温度下で２時間塑性してＰｔが担持されたＡｌ２０３触媒粒子を製造した。
５μｍ大きさのＡｌ2０3を水に分散して水溶液を製造した。前記水溶液を継続して撹拌しながら、Ｈ2ＰｔＣｌ6前駆体をＡｌ2０3固形粉１００重量部に対し、Ｐｔの含量が４重量部となるように投入した。Ｐｔ前駆体が含まれたＡｌ2０3水溶液を６０℃の温度下で２時間撹拌した。撹拌の終わった水溶液を８０℃の温度下で２４時間乾燥し、５５０℃の温度下で２時間塑性してＰｔが担持されたＡｌ２０３触媒粒子を製造した。
＜評価＞
実験例１:
前記実施例及び比較例の触媒粒子をＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｔｉｔａｎ ｃｕｂｅｄ Ｇ２ ６０−３００（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ））、ＦＥＩ ｃｏｍｐａｎｙ）で観察した。
実験例１:
前記実施例及び比較例の触媒粒子をＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｃａｎｎｉｎｇ−Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，Ｔｉｔａｎ ｃｕｂｅｄ Ｇ２ ６０−３００（Ｄｏｕｂｌｅ Ｃｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ））、ＦＥＩ ｃｏｍｐａｎｙ）で観察した。
具体的には、実施例１のＰｔが担持されたＴｉＯ2触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ写真は図１の（ア）、実施例２のＰｄが担持されたＴｉＯ2触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ写真は図１の（イ）、実施例３のＲｈが担持されたＴｉＯ2触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ写真は図１の（ウ）、また、実施例４のＰｔが担持されたＴｉＯ2がＡｌ2０3粉末に分散された触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ写真は図１の（エ）、比較例１のＰｔが担持されたＡｌ2０3触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ写真は図１の（オ）に示した。
原子番号によるＩｍａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔが示されることによって、図１における明るくて白い球状粒子は、それぞれの貴金属を示し、前記白い球状粒子の周りに暗い灰色の陰影を有する円筒状粒子は、ＴｉＯ2を示す。また、図１の（エ）と（オ）におけるより暗い灰色の雲状を示している部分は、Ａｌ2Ｏ3を示す。
図１の（ア）〜（ウ）に示すように、実施例１〜３の触媒粒子は、約１ｎｍの平均粒径を有する貴金属粒子（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ）が均一に分散して担持されたことを確認することができる。また、図１の（エ）における実施例４の触媒粒子は、３ｎｍの平均粒径を有するＰｔが均一に分散して担持されたことを確認することができる。
一方、図１の（オ）に示すように、比較例１の触媒粒子は、約５ｎｍの平均粒径を有するＰｔが担持されていることが分かる。
実験例２:
前記実施例４及び比較例１の触媒粒子を７５０℃、２４時間エージング処理し、触媒を老化条件下で処理した後、それぞれが触媒粒子の形状変化をＨＡＡＤＦ−ＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＪＥＭ−３０１１（ＨＲ），ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．）で観察した。
前記実施例４及び比較例１の触媒粒子を７５０℃、２４時間エージング処理し、触媒を老化条件下で処理した後、それぞれが触媒粒子の形状変化をＨＡＡＤＦ−ＴＥＭ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＪＥＭ−３０１１（ＨＲ），ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．）で観察した。
具体的には、実施例４のＰｔが担持されたＴｉＯ2がＡｌ2０3粉末に分散された触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＴＥＭ写真は、図２の（ア）、比較例１のＰｔが担持されたＡｌ2０3触媒粒子のＨＡＡＤＦ−ＴＥＭ写真は、図２の（イ）に示した。
原子番号によるＩｍａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔが示されることによって、図２における明るくて白い球状粒子は、貴金属を示し、前記白い球状粒子の周りに暗い灰色の陰影を有する円筒状粒子は、ＴｉＯ2を示す。また、より暗い灰色の雲状を示している部分は、Ａｌ2Ｏ3を示す。
図２の（ア）に示すように、実施例４の触媒粒子における貴金属が約５ｎｍの平均粒径に成長及び凝集するか、最大約８０ｎｍの平均粒径に成長及び凝集したことを確認することができる。実施例４の触媒粒子における貴金属は、平均的に約５０ｎｍの平均粒径に成長及び凝集したことを確認することができる。
一方、図２の（イ）を考察すれば、比較例１の触媒粒子は、貴金属Ｐｔが約１０ｎｍの平均粒径に成長及び凝集するか、最大約２００ｎｍの平均粒径に成長及び凝集したことを確認することができる。比較例１の触媒粒子における貴金属は、平均的に約１００ｎｍの平均粒径に成長及び凝集したことを確認することができる。
すなわち、貴金属が担持された半導体ナノ粒子を含まない場合、約２倍の速度で貴金属が成長及び凝集して触媒の老化現象が加速化し、触媒寿命が著しく落ちることが分かる。
Claims (9)
- 貴金属を担持した半導体ナノ粒子と、
前記貴金属を担持した前記半導体ナノ粒子を支持する多孔性セラミック担体と、を含み、
前記多孔性セラミック担体は酸化アルミニウム（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）であり、
前記多孔性セラミック担体は０．５μｍ〜１０μｍの平均粒径を有する粒子であり、
前記半導体ナノ粒子と前記多孔性セラミック担体の重量比が１：３〜１：２０であり、
半導体ナノ粒子固形粉１００重量部に対し、前記貴金属を２重量部〜３２重量部含み、
前記半導体ナノ粒子に分散された前記貴金属の平均粒径が１ｎｍ〜３０ｎｍである、
自動車排気ガス処理用触媒粒子。 - 前記貴金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含む、
請求項１に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子。 - 前記半導体ナノ粒子は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、三酸化タングステン（ＷＯ3）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、二酸化セリウム（ＣｅＯ2）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含む、
請求項１に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子。 - 前記二酸化チタンは、ルチル型（ｒｕｔｉｌｅ）二酸化チタンである、
請求項３に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子。 - 半導体ナノ粒子を含む懸濁液に貴金属前駆体を混合して混合物を形成するステップ；及び、
前記混合物に光を照射して、貴金属を担持した半導体ナノ粒子を製造するステップ；及び、
前記貴金属を担持した前記半導体ナノ粒子と多孔性セラミック担体を水に分散して分散液を製造するステップ；及び、
前記分散液を乾燥した後、３００℃〜７００℃の温度条件下で塑性するステップ；を含み、
前記多孔性セラミック担体は酸化アルミニウム（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）であり、
前記多孔性セラミック担体は０．５μｍ〜１０μｍの平均粒径を有する粒子であり、
前記半導体ナノ粒子と前記多孔性セラミック担体の重量比が１：３〜１：２０であり、
半導体ナノ粒子固形粉１００重量部に対し、前記貴金属を２重量部〜３２重量部含み、
前記半導体ナノ粒子に分散された前記貴金属の平均粒径が１ｎｍ〜３０ｎｍである、
自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法。 - 前記混合物は、犠牲剤をさらに含む、
請求項５に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法。 - 前記犠牲剤は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ギ酸、酢酸、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含む、
請求項６に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法。 - 前記懸濁液に貴金属前駆体を混合した混合物１００重量部に対し、前記犠牲剤の含量が０．１重量部〜５０重量部である、
請求項６に記載の自動車排気ガス処理用触媒粒子の製造方法。 - 請求項１〜請求項４のいずれか一項による自動車排気ガス処理用触媒粒子を用いて自動車排気ガスを処理する方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170091690A KR102246434B1 (ko) | 2017-07-19 | 2017-07-19 | 자동차 배기가스 처리용 촉매입자, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 자동차 배기가스를 처리하는 방법 |
| KR10-2017-0091690 | 2017-07-19 | ||
| PCT/KR2018/003966 WO2019017564A1 (ko) | 2017-07-19 | 2018-04-04 | 자동차 배기가스 처리용 촉매입자, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 자동차 배기가스를 처리하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020528340A JP2020528340A (ja) | 2020-09-24 |
| JP6920531B2 true JP6920531B2 (ja) | 2021-08-18 |
Family
ID=65015916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020502173A Active JP6920531B2 (ja) | 2017-07-19 | 2018-04-04 | 自動車排気ガス処理用触媒粒子、これの製造方法、及びこれを用いて自動車排気ガスを処理する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11697109B2 (ja) |
| EP (1) | EP3656470A4 (ja) |
| JP (1) | JP6920531B2 (ja) |
| KR (1) | KR102246434B1 (ja) |
| CN (1) | CN110891680A (ja) |
| WO (1) | WO2019017564A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102310675B1 (ko) * | 2018-08-20 | 2021-10-12 | (주)엘엑스하우시스 | 배기가스 정화용 촉매 |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3822220A (en) * | 1972-08-01 | 1974-07-02 | Grace W R & Co | Preparation of catalysts |
| JPH05115782A (ja) * | 1991-10-28 | 1993-05-14 | Riken Corp | 排ガス浄化材及び排ガス浄化方法 |
| DE19607862C2 (de) * | 1996-03-01 | 1998-10-29 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtungen zur Abgasreinigung |
| EP1029580B1 (en) * | 1997-04-16 | 2005-12-21 | Ebara Corporation | Method for removing nitrogen oxides in exhaust gas |
| EP1066874B1 (en) * | 1999-07-09 | 2009-09-23 | Nissan Motor Company, Limited | Exhaust gas purifying catalyst and method of producing same |
| JP2001029746A (ja) | 1999-07-21 | 2001-02-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒素酸化物の吸蔵装置及び除去装置 |
| JP3760717B2 (ja) | 2000-02-29 | 2006-03-29 | 株式会社豊田中央研究所 | 低温有害ガス浄化触媒 |
| JP4639455B2 (ja) * | 2000-10-02 | 2011-02-23 | パナソニック株式会社 | 排ガス浄化材 |
| US7150861B2 (en) | 2001-09-28 | 2006-12-19 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Catalyst for purification of exhaust gases and process for purification of exhaust gases |
| KR20040000893A (ko) * | 2002-06-26 | 2004-01-07 | 학교법인 포항공과대학교 | Ｐｔ 나노입자로 개질된 ＴｉＯ2 광촉매 및 이를 이용한ＣＯ의 광산화 방법 |
| JP4197029B2 (ja) * | 2006-11-02 | 2008-12-17 | いすゞ自動車株式会社 | 排気ガス浄化触媒、排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 |
| EP1952876A1 (en) | 2007-01-25 | 2008-08-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Exhaust gas purifying catalyst and manufacturing method thereof |
| JP5092935B2 (ja) * | 2008-06-26 | 2012-12-05 | 株式会社豊田中央研究所 | 白金族元素の担持方法 |
| JP2011036770A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Hokkaido Univ | 貴金属担持光触媒体粒子の製造方法 |
| JP2011136325A (ja) * | 2009-12-01 | 2011-07-14 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 貴金属担持光触媒体粒子分散液の製造方法、貴金属担持光触媒体粒子分散液、親水化剤及び光触媒機能製品 |
| EP2682185A4 (en) * | 2011-03-04 | 2014-12-03 | Umicore Shokubai Japan Co Ltd | CATALYST FOR EXHAUST PURIFICATION, MANUFACTURING METHOD AND EXHAUST GAS CLEANING PROCESS THEREWITH |
| JP5675500B2 (ja) * | 2011-05-27 | 2015-02-25 | 国立大学法人 宮崎大学 | 電極触媒用触媒微粒子の製造方法、及び電極触媒用カーボン担持触媒微粒子の製造方法 |
| KR101473440B1 (ko) | 2012-05-02 | 2014-12-18 | 장길상 | 배기가스의 처리용 혼합금속산화물 촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 배기가스의 처리방법 |
| CN102773098B (zh) * | 2012-08-27 | 2014-04-02 | 河北麦森钛白粉有限公司 | 一种纳米二氧化钛脱硝催化剂的制备工艺 |
| US9156025B2 (en) * | 2012-11-21 | 2015-10-13 | SDCmaterials, Inc. | Three-way catalytic converter using nanoparticles |
| US10634030B2 (en) | 2014-12-08 | 2020-04-28 | Basf Corporation | Nitrous oxide removal catalysts for exhaust systems |
| WO2016183678A1 (en) | 2015-05-19 | 2016-11-24 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Solar energy harvesting and reversible hydrogen storage methods and systems |
| JP6217694B2 (ja) * | 2015-06-09 | 2017-10-25 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化システム |
| CN105536787B (zh) * | 2015-12-17 | 2019-02-01 | 北京工业大学 | 一种复合催化剂及制备方法和应用 |
| CN105478136B (zh) * | 2015-12-24 | 2018-01-23 | 浙江大学 | 一种协同低温等离子体催化降解工业有机废气的催化剂及其制备方法与应用 |
| CN105879867A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种半导体氧化物原位负载贵金属团簇的制备方法 |
| JP6401740B2 (ja) * | 2016-06-13 | 2018-10-10 | 株式会社豊田中央研究所 | 排ガス浄化触媒及びその製造方法 |
| CN106622225A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-10 | 天津大学 | 一种用于催化降解VOCs的单原子Au的光化学制备方法 |
-
2017
- 2017-07-19 KR KR1020170091690A patent/KR102246434B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-04-04 EP EP18834477.4A patent/EP3656470A4/en not_active Withdrawn
- 2018-04-04 US US16/632,691 patent/US11697109B2/en active Active
- 2018-04-04 WO PCT/KR2018/003966 patent/WO2019017564A1/ko unknown
- 2018-04-04 CN CN201880047444.7A patent/CN110891680A/zh active Pending
- 2018-04-04 JP JP2020502173A patent/JP6920531B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110891680A (zh) | 2020-03-17 |
| KR20190009642A (ko) | 2019-01-29 |
| EP3656470A1 (en) | 2020-05-27 |
| US20200222880A1 (en) | 2020-07-16 |
| WO2019017564A1 (ko) | 2019-01-24 |
| EP3656470A4 (en) | 2020-07-22 |
| US11697109B2 (en) | 2023-07-11 |
| JP2020528340A (ja) | 2020-09-24 |
| KR102246434B1 (ko) | 2021-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9950316B2 (en) | Catalyst design for heavy-duty diesel combustion engines | |
| JP2016531725A (ja) | 高表面積触媒 | |
| Wu et al. | Interfacial activation of catalytically inert Au (6.7 nm)-Fe 3 O 4 dumbbell nanoparticles for CO oxidation | |
| Fu et al. | Exceptionally thermal-stable Al2O3/TiO2 nanofibers by depressing surface-initiated grain growth as new supports for anti-sintering Pt nanoparticles | |
| JP6920531B2 (ja) | 自動車排気ガス処理用触媒粒子、これの製造方法、及びこれを用いて自動車排気ガスを処理する方法 | |
| JP7145318B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
| KR102489863B1 (ko) | 자동차 배기가스 처리용 촉매입자, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 자동차 배기가스를 처리하는 방법 | |
| JP2019166482A (ja) | Ｐｄ−Ｒｕナノ複合粒子担持体、ＣＯ酸化触媒およびＰｄ−Ｒｕナノ複合粒子担持体の製造方法 | |
| JP7250906B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
| KR20200022762A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 | |
| CN112516988B (zh) | 一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂 | |
| JP4753613B2 (ja) | 排ＮＯｘ浄化用触媒 | |
| KR102365461B1 (ko) | 배기가스 처리용 촉매입자, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 자동차 배기가스를 처리하는 방법 | |
| CN112610309B (zh) | 一种涂覆CeZrK/rGO纳米固溶体催化剂的柴油机催化颗粒捕集器 | |
| CN112516987A (zh) | 一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂的使用方法 | |
| KR102209190B1 (ko) | 배기가스 처리용 촉매 입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 배기가스 처리용 촉매 입자 | |
| KR20210058015A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 및 그의 제조방법 | |
| KR20210025166A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 및 그의 제조방법 | |
| KR20210058016A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 및 그의 제조방법 | |
| CN112237910A (zh) | 一种CeZrK/rGO纳米固溶体催化剂的制备方法 | |
| KR20200035635A (ko) | 배기가스 정화용 촉매 | |
| CN112755990A (zh) | 一种CeZrK/rGO纳米固溶体 | |
| JP2014091072A (ja) | 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210204 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210506 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210702 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210726 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6920531 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |