JP7237048B2 - Oxygen storage material and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物を含有する酸素貯蔵材料及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide and a method for producing the same.

自動車エンジン等の内燃機関から排出される排ガス中の一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)を酸化すると同時に、窒素酸化物(NOx)を還元できる排ガス浄化触媒としていわゆる三元触媒が知られている。 A so-called three-way catalyst is known as an exhaust gas purifying catalyst capable of oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) and reducing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as automobile engines. ing.

そして、排ガス浄化触媒を用いて排ガスを浄化するにあたって、排ガス中の酸素濃度の変動を吸収して排ガス浄化能力を高めるために、排ガス中の酸素濃度が高いときに酸素を吸蔵でき、排ガス中の酸素濃度が低いときに酸素を放出できる酸素貯蔵能(Oxygen Storage Capacity(OSC))を有する材料を、排ガス浄化触媒の担体や助触媒として用いることが知られている。 In purifying exhaust gas using an exhaust gas purification catalyst, in order to absorb fluctuations in the oxygen concentration in the exhaust gas and increase the exhaust gas purification ability, oxygen can be occluded when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and It is known to use a material having an oxygen storage capacity (OSC) capable of releasing oxygen when the oxygen concentration is low as a carrier or co-catalyst for an exhaust gas purifying catalyst.

このようなOSCを有する酸素貯蔵材料としては、従来からセリアが好適に用いられており、近年では、セリアを含有する様々な種類の複合酸化物が研究され、いわゆる共沈法、逆共沈法、水熱合成法、熔融法、固相法等によって得られる種々のセリア-ジルコニア系複合酸化物が開発されている。 As an oxygen storage material having such an OSC, ceria has conventionally been suitably used. , a hydrothermal synthesis method, a melting method, a solid-phase method, etc., have been developed.

例えば、特開2015-182931号公報(特許文献1)には、セリウムとジルコニウムとこれら以外の鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、銅等の遷移金属元素とを含み、結晶構造としてパイロクロア相を含むセリア-ジルコニア系複合酸化物をいわゆる熔融法により製造する方法が開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-182931 (Patent Document 1) describes ceria containing cerium, zirconium, and other transition metal elements such as iron, manganese, cobalt, nickel, and copper, and containing a pyrochlore phase as a crystal structure. - A method for producing a zirconia-based composite oxide by a so-called melting method is disclosed.

また、特開2015-080736号公報(特許文献2)には、セリア-ジルコニア複合酸化物に鉄を添加してなる酸素吸放出材であって、前記セリア-ジルコニア複合酸化物がパイロクロア相、κ相又はそれらの組み合わせを有しかつ貴金属を含有せず、前記鉄が該セリア-ジルコニア複合酸化物中のセリウムサイト及び/又はジルコニウムサイトに少なくとも部分的に置換してなる酸素吸放出材をいわゆる共沈法及び還元雰囲気での高温処理(共沈法-高温還元処理)により製造する方法が開示されている。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-080736 (Patent Document 2) describes an oxygen storage/release material obtained by adding iron to a ceria-zirconia composite oxide, wherein the ceria-zirconia composite oxide has a pyrochlore phase, κ An oxygen storage/release material having a phase or a combination thereof and containing no precious metals, wherein the iron is at least partially substituted for the cerium site and/or the zirconium site in the ceria-zirconia composite oxide. A method of production by a precipitation method and a high temperature treatment in a reducing atmosphere (coprecipitation method-high temperature reduction treatment) is disclosed.

さらに、特開2019-131455号公報(特許文献3)には、セリウム、ジルコニウム及び鉄を含むセリア-ジルコニア-酸化鉄系複合酸化物からなる酸素吸放出材であって、前記セリウムと前記ジルコニウムとの複合酸化物に前記鉄の少なくとも一部が固溶しており、前記セリア-ジルコニア-酸化鉄系複合酸化物がカチオン秩序構造を有する酸素吸放出材をいわゆる溶液燃焼合成法により製造する方法が開示されている。 Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-131455 (Patent Document 3) discloses an oxygen storage/release material comprising a ceria-zirconia-iron oxide-based composite oxide containing cerium, zirconium and iron, wherein the cerium and the zirconium At least part of the iron is solid-dissolved in the composite oxide of, and the ceria-zirconia-iron oxide-based composite oxide has a cationic ordered structure. disclosed.

しかしながら、近年は、排ガス浄化用触媒に対する要求特性が益々高まっており、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高い酸素貯蔵材料が求められるようになっており、特許文献1~3に記載のような従来の酸素貯蔵材料では必ずしも十分なものではなかった。 However, in recent years, the required properties for exhaust gas purifying catalysts have been increasing more and more. Oxygen storage materials that can express storage capacity (OSC) and have high utilization efficiency are now required, and conventional oxygen storage materials such as those described in Patent Documents 1 to 3 are not necessarily sufficient. rice field.

特開2015-182931号公報JP 2015-182931 A 特開2015-080736号公報JP 2015-080736 A 特開2019-131455号公報JP 2019-131455 A

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高い酸素貯蔵材料、及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is excellent at a low temperature of about 300 ° C. not only at the beginning of use but also after long exposure to exhaust gas at a high temperature of about 1100 ° C. An object of the present invention is to provide an oxygen storage material capable of exhibiting oxygen storage capacity (OSC) and having high utilization efficiency, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、先ず、セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加する元素として鉄を選択して研究したところ、いわゆる共沈法、逆共沈法、水熱合成法といった方法ではセリア-ジルコニア複合酸化物に鉄を固溶させることが困難であり、このような方法で得られる酸素貯蔵材料は、約300℃という低温における酸素貯蔵能(OSC)に関して十分なものではないことを見出した。一方、特許文献1に記載の高温処理を含む熔融法や特許文献2に記載の還元雰囲気での高温処理を伴う製法においては、セリア-ジルコニア複合酸化物に鉄がある程度は固溶するものの、必ずしも十分ではなく、これらの方法で得られる酸素貯蔵材料も、やはり約300℃という低温における酸素貯蔵能(OSC)に関して未だ十分なものではないことを見出した。また、特許文献3に記載の溶液燃焼合成法においては、セリア-ジルコニア複合酸化物に鉄の少なくとも一部が固溶した酸素貯蔵材料が得られるが、この酸素貯蔵材料は、比表面積が大きく、高温に曝された場合に超格子構造(カチオン秩序構造)が消失し、高温耐久性に関して未だ十分なものではないことを見出した。 The inventors of the present invention have made intensive studies to achieve the above object. It is difficult to dissolve iron in the ceria-zirconia composite oxide by methods such as method, hydrothermal synthesis method, etc., and the oxygen storage material obtained by such a method has an oxygen storage capacity at a low temperature of about 300 ° C. (OSC ) was found to be insufficient. On the other hand, in the melting method including high-temperature treatment described in Patent Document 1 and the production method involving high-temperature treatment in a reducing atmosphere described in Patent Document 2, although iron dissolves in the ceria-zirconia composite oxide to some extent, it is not always possible. However, it has been found that the oxygen storage materials obtained by these methods are still unsatisfactory in terms of oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures of about 300°C. In addition, in the solution combustion synthesis method described in Patent Document 3, an oxygen storage material in which at least part of iron is solid-dissolved in a ceria-zirconia composite oxide is obtained. It was found that the superlattice structure (cation ordered structure) disappeared when exposed to high temperature, and the high temperature durability was still insufficient.

そして、本発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加する元素として鉄を選択し、かつ、セリウムとジルコニウムと鉄との含有比率を所定の範囲内に調整した鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を所定の圧力で加圧成形した後に所定の高温条件で還元処理し、さらに酸化処理することにより、1100℃程度という高温の排ガスに曝される前及び長時間曝された後のいずれにおいても、セリア-ジルコニア系複合酸化物に鉄が十分に固溶した鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物が得られ、この鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物が、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、酸素貯蔵材料としての利用効率が高いものであることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of further extensive research, the present inventors selected iron as an element to be added to the ceria-zirconia composite oxide, and adjusted the content ratio of cerium, zirconium, and iron within a predetermined range. The iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is press-molded at a predetermined pressure, subjected to a reduction treatment under a predetermined high-temperature condition, and further subjected to an oxidation treatment before and for a long time to be exposed to exhaust gas at a high temperature of about 1100 ° C. An iron-containing ceria-zirconia-based composite oxide in which iron is sufficiently dissolved in the ceria-zirconia-based composite oxide is obtained in any of the after-treatments, and the iron-containing ceria-zirconia-based composite oxide is used at the initial stage of use. In addition, even after being exposed to exhaust gas at a high temperature of about 1100 ° C. for a long time, it can exhibit excellent oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300 ° C., and the utilization efficiency as an oxygen storage material is high. We have found that it is high, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の酸素貯蔵材料は、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)がX=40~50%であり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる格子定数が下記式(1):
格子定数≦-7.00×10-3X+10.874 (1)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものであり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる2θ=14.5°の回折線と2θ=29°の回折線と強度比〔I(14/29)値〕が下記式(2):
I(14/29)値≦2.36×10-3X-0.072 (2)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものであることを特徴とするものである。
That is, the oxygen storage material of the present invention is an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide,
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%,
The molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (X = Zr / (Ce + Zr) × 100) is X = 40 to 50%,
The lattice constant obtained from the X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα before heating at 1100° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours is given by the following formula (1):
Lattice constant≦−7.00×10 −3 X+10.874 (1)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It satisfies the conditions represented by
Before heating at 1100 ° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours, a diffraction line at 2θ = 14.5 ° and a diffraction line at 2θ = 29 ° obtained from X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα. The diffraction line and the intensity ratio [I (14/29) value] are represented by the following formula (2):
I (14/29) value ≤ 2.36 × 10 -3 X - 0.072 (2)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It is characterized in that it satisfies the conditions represented by

本発明の酸素貯蔵材料においては、前記ジルコニウムのモル分率XがX=45~50%であることが好ましい。 In the oxygen storage material of the present invention, the molar fraction X of zirconium is preferably X=45 to 50%.

また、本発明の酸素貯蔵材料の製造方法は、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料の製造方法であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が40~50%である鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末を準備する工程と、
前記鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末を30~350MPaの圧力で加圧成形した後、1400~2000℃の温度条件で還元処理し、さらに酸化処理して請求項1又は2に記載のパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
Further, the method for producing an oxygen storage material of the present invention is a method for producing an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide,
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%, and the total mole of cerium (Ce) and zirconium (Zr) preparing an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder having a zirconium mole fraction (Zr/(Ce+Zr)×100) of 40 to 50%;
The pyrochlore-type ceria according to claim 1 or 2, wherein the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is pressure-molded at a pressure of 30 to 350 MPa, then subjected to reduction treatment under temperature conditions of 1400 to 2000° C., and further to oxidation treatment. - obtaining an oxygen storage material containing a zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide;
A method comprising:

本発明の酸素貯蔵材料の製造方法においては、前記鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末における前記ジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が45~50%であることが好ましい。 In the method for producing an oxygen storage material of the present invention, it is preferable that the zirconium molar fraction (Zr/(Ce+Zr)×100) in the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is 45 to 50%.

なお、本発明において、前記式(1)で表される条件を満たす鉄含有パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物が、鉄が十分に固溶しているものであると判断できる理由を以下に説明する。すなわち、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物において、格子定数はジルコニウムのモル分率Xに対して負の相関を示す。これは、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物において、ジルコニウムのモル分率Xが増加する、すなわち、イオン半径が大きいCe4+(イオン半径:0.97Å(8配位))に対してイオン半径が小さいZr4+(イオン半径:0.84Å(8配位))の割合が多くなると、結晶格子中のすべての陽イオンの平均イオン半径が小さくなり、格子が収縮するためと考えられる。 In addition, in the present invention, the reason why it can be judged that the iron-containing pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide satisfying the condition represented by the above formula (1) is one in which iron is sufficiently dissolved is as follows. explain. That is, in iron-free pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxides, the lattice constant shows a negative correlation with the mole fraction X of zirconium. This is because in the pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide, the molar fraction X of zirconium increases, that is, Ce 4+ with a large ionic radius (ionic radius: 0.97 Å (8 coordination)). It is considered that when the proportion of Zr 4+ (ionic radius: 0.84 Å (8-coordinated)) with small ions increases, the average ionic radius of all cations in the crystal lattice decreases, causing the lattice to contract.

そして、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物にイオン半径がZr4+よりも小さいFe3+(イオン半径:0.78Å)を固溶させると、結晶格子中のすべての陽イオンの平均イオン半径が小さくなり、ジルコニウムのモル分率Xが同じであっても鉄が含まれていない場合に比べて格子が更に収縮するため、格子定数が小さくなる。したがって、前記式(1)で表される条件を満たす鉄含有パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物は、鉄が十分に固溶しているものであると判断することができる。なお、格子定数は、X線回折測定により得られるX線回折パターンに対して、市販の解析ソフト(例えば、リートベルト解析ソフト「Jana2006」)を用いて最小二乗法によるフィッティングを行い、格子定数を精密化することによって求めることができる。また、前記X線回折測定の方法としては、X線回折装置(例えば、株式会社リガク製「RINT-Ultima」)を用いて、CuKα線をX線源として、管電圧40KV、管電流40mA、走査速度2θ=20°/minの条件で測定する方法を採用する。 Then, when Fe 3+ (ionic radius: 0.78 Å) having an ionic radius smaller than that of Zr 4+ is dissolved in a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide containing no iron, all cations in the crystal lattice The average ionic radius of becomes smaller, and the lattice shrinks further compared to the case where iron is not contained even if the mole fraction X of zirconium is the same, so the lattice constant becomes smaller. Therefore, it can be determined that the iron-containing pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide that satisfies the condition represented by the above formula (1) contains a sufficient amount of iron as a solid solution. The lattice constant is obtained by fitting the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement by the least squares method using commercially available analysis software (eg, Rietveld analysis software "Jana2006"). It can be obtained by refining. In addition, as a method for the X-ray diffraction measurement, an X-ray diffractometer (for example, "RINT-Ultima" manufactured by Rigaku Co., Ltd.) is used, a CuKα ray is used as an X-ray source, a tube voltage is 40 KV, a tube current is 40 mA, and scanning is performed. A method of measuring under the condition of speed 2θ=20°/min is adopted.

また、本発明において、前記式(2)で表される条件を満たす鉄含有パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物が、鉄が十分に固溶しているものであると判断できる理由を以下に説明する。すなわち、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物において、I(14/29)値はジルコニウムのモル分率Xに対して正の相関を示す。これは、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物のI(14/29)値が結晶格子中のCeサイトとZrサイトとのイオン半径差で決まり、この差が小さいほどI(14/29)値が小さくなることから、ジルコニウムのモル分率Xが減少する、すなわち、Zr4+に対してCe4+の割合が多くなると、イオン半径が小さいZrサイトの一部をCe4+が占有し、CeサイトとZrサイトとのイオン半径差が小さくなるためと考えられる。 In addition, in the present invention, the reason why it can be determined that the iron-containing pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide satisfying the condition represented by the above formula (2) is one in which iron is sufficiently dissolved is as follows. explain. That is, in iron-free pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxides, the I(14/29) value shows a positive correlation with the mole fraction X of zirconium. This is because the I (14/29) value of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide is determined by the ion radius difference between the Ce site and the Zr site in the crystal lattice, and the smaller the difference, the more the I (14/29) value. becomes smaller , the mole fraction X of zirconium decreases. This is probably because the ion radius difference with the Zr site becomes smaller.

そして、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物にFe3+を固溶させると、イオン半径の関係から、Fe3+はZrサイトに置換固溶されると推察される。Fe3+がZrサイトに置換固溶すると、Fe3+がZr4+よりも酸化数が小さいため、電荷補償の原理により、結晶格子中に酸素欠陥が生成し、Zrサイト近傍の構造的な充填度が低下する。その結果、Zrサイトのイオン半径が増大し、CeサイトとZrサイトとのイオン半径差小さくなり、I(14/29)値が小さくなると考えられる。したがって、前記式(2)で表される条件を満たす鉄含有パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物は、鉄が十分に固溶しているものであると判断することができる。なお、I(14/29)値は、X線回折測定により得られるX線回折パターンにおける、2θ=14.5°の回折線のピーク強度I(14)と2θ=29°の回折線のピーク強度I(29)とから求めることができる。また、前記X線回折測定の方法としては、X線回折装置(例えば、株式会社リガク製「RINT-Ultima」)を用いて、CuKα線をX線源として、管電圧40KV、管電流40mA、走査速度2θ=20°/minの条件で測定する方法を採用する。なお、回折線の強度(ピーク強度)を求める際には、各回折線の強度の値から、バックグラウンド値として2θ=10°~12°の平均回折線強度を差し引いて計算する。 When Fe 3+ is solid-dissolved in a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide containing no iron, Fe 3+ is presumed to form a substitution solid solution at the Zr site from the relationship of ionic radii. When Fe 3+ forms a substitutional solid solution at the Zr site, since Fe 3+ has a smaller oxidation number than Zr 4+ , oxygen defects are generated in the crystal lattice due to the principle of charge compensation, and the structural packing degree near the Zr site is reduced. descend. As a result, it is thought that the ionic radius of the Zr site increases, the difference in ionic radius between the Ce site and the Zr site decreases, and the I(14/29) value decreases. Therefore, it can be determined that the iron-containing pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide that satisfies the condition represented by the above formula (2) contains a sufficient amount of iron as a solid solution. The I (14/29) value is the peak intensity I (14) of the diffraction line at 2θ = 14.5° and the peak of the diffraction line at 2θ = 29° in the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement. can be obtained from the intensity I (29). In addition, as a method for the X-ray diffraction measurement, an X-ray diffractometer (for example, "RINT-Ultima" manufactured by Rigaku Co., Ltd.) is used, a CuKα ray is used as an X-ray source, a tube voltage is 40 KV, a tube current is 40 mA, and scanning is performed. A method of measuring under the condition of speed 2θ=20°/min is adopted. When obtaining the intensity (peak intensity) of the diffraction line, the average diffraction line intensity at 2θ=10° to 12° is subtracted from the intensity of each diffraction line as a background value.

さらに、本発明の酸素貯蔵材料が、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高くなる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本発明の酸素貯蔵材料を構成する鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物におけるCeO-ZrOの超格子構造(CeZr)は、気相中の酸素分圧に応じてκ相との間で相変化を行い、酸素貯蔵能(OSC)を発現する。Fe3+のイオン半径はZr4+のイオン半径よりも小さいため、本発明にかかる鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物においては、Feイオンが選択的にZrサイトと置換していると考えられる。そして、このようなFeイオンによる置換によって、鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物中に酸素欠陥が生じ、この酸素欠陥によって鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物中の酸素の動作性が向上するため、本発明の酸素貯蔵材料は、約300℃という低温においても優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高くなると推察される。また、ZrサイトがFeイオンで置換されることによって、Ce4+とのイオン半径差が拡大し、電荷補償により生成する酸素欠陥を含む状態の超格子構造がより安定化されるため、本発明の酸素貯蔵材料は、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高くなると推察される。 Furthermore, the oxygen storage material of the present invention exhibits an excellent oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300°C not only at the initial stage of use but also after being exposed to exhaust gas at a high temperature of about 1100°C for a long time. Although the reason why it is possible to increase the utilization efficiency is not necessarily clear, the present inventors speculate as follows. That is, the superlattice structure of CeO 2 —ZrO 2 (Ce 2 Zr 2 O 7 ) in the iron-containing ceria-zirconia-based composite oxide constituting the oxygen storage material of the present invention varies depending on the oxygen partial pressure in the gas phase. It undergoes a phase change with the κ phase and expresses oxygen storage capacity (OSC). Since the ionic radius of Fe 3+ is smaller than the ionic radius of Zr 4+ , it is believed that Fe ions selectively replace Zr sites in the iron-containing ceria-zirconia composite oxide according to the present invention. Such substitution with Fe ions causes oxygen defects in the iron-containing ceria-zirconia composite oxide, and these oxygen defects improve the mobility of oxygen in the iron-containing ceria-zirconia composite oxide. , the oxygen storage material of the present invention can exhibit excellent oxygen storage capacity (OSC) even at a low temperature of about 300° C., and is presumed to have high utilization efficiency. In addition, by replacing the Zr site with Fe ions, the ion radius difference with Ce 4+ is expanded, and the superlattice structure in the state containing oxygen defects generated by charge compensation is further stabilized. It is presumed that the oxygen storage material can exhibit excellent oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300°C even after being exposed to exhaust gas at a high temperature of about 1100°C for a long time, resulting in high utilization efficiency. be.

本発明によれば、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高い酸素貯蔵材料を得ることが可能となる。 According to the present invention, excellent oxygen storage capacity (OSC) can be exhibited at a low temperature of about 300 ° C. not only at the beginning of use, but also after long exposure to high temperature exhaust gas of about 1100 ° C., It becomes possible to obtain an oxygen storage material with high utilization efficiency.

実施例1~3及び比較例1~3で得られた、高温耐久試験前後の複合酸化物粉末の格子定数をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of plotting the lattice constants of the composite oxide powders before and after the high-temperature endurance test against the mole fraction X of zirconium obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. FIG. 実施例1~3及び比較例1~3で得られた、高温耐久試験前後の複合酸化物粉末のI(14/29)値をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした結果を示すグラフである。A graph showing the results of plotting the I (14/29) values of the composite oxide powders before and after the high temperature durability test against the mole fraction X of zirconium obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. be. 実施例1~3及び比較例1~3で得られた、高温耐久試験前の複合酸化物粉末について、触媒粉末のOSC材利用率をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした結果を示すグラフである。Graph showing the results of plotting the OSC material utilization rate of the catalyst powder against the zirconium mole fraction X for the composite oxide powders before the high temperature durability test, which were obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. is. 実施例1~3及び比較例1~3で得られた、高温耐久試験後の複合酸化物粉末について、触媒粉末のOSC材利用率をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした結果を示すグラフである。Graph showing the results of plotting the OSC material utilization rate of the catalyst powder against the zirconium mole fraction X for the composite oxide powders after the high temperature endurance test obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3. is.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will now be described in detail with reference to its preferred embodiments.

先ず、本発明の酸素貯蔵材料について説明する。本発明の酸素貯蔵材料は、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)がX=40~50%であり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる格子定数が下記式(1):
格子定数≦-7.00×10-3X+10.874 (1)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものであり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる2θ=14.5°の回折線と2θ=29°の回折線と強度比〔I(14/29)値〕が下記式(2):
I(14/29)値≦2.36×10-3X-0.072 (2)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものである。
First, the oxygen storage material of the present invention will be explained. The oxygen storage material of the present invention is an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide,
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%,
The molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (X = Zr / (Ce + Zr) × 100) is X = 40 to 50%,
The lattice constant obtained from the X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα before heating at 1100° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours is given by the following formula (1):
Lattice constant≦−7.00×10 −3 X+10.874 (1)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It satisfies the conditions represented by
Before heating at 1100 ° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours, a diffraction line at 2θ = 14.5 ° and a diffraction line at 2θ = 29 ° obtained from X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα. The diffraction line and the intensity ratio [I (14/29) value] are represented by the following formula (2):
I (14/29) value ≤ 2.36 × 10 -3 X - 0.072 (2)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It satisfies the conditions represented by

本発明の酸素貯蔵材料は、CeとZrとが規則的に配列している超格子構造を有するセリア-ジルコニア系複合酸化物(以下、「パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物」という)からなるものである。このようなパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物からなる酸素貯蔵材料は、蛍石構造を有するセリア-ジルコニア系複合酸化物よりもバルク内の酸素拡散速度が大きいため、酸素貯蔵能(OSC)に優れている。なお、CuKα線を用いたX線回折測定において超格子構造に由来するピーク(2θ=14.0°~16.0°に現れるピーク)の存在を認識することによって、セリア-ジルコニア系複合酸化物が超格子構造を有するパイロクロア型であることを確認することができる。 The oxygen storage material of the present invention comprises a ceria-zirconia composite oxide (hereinafter referred to as "pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide") having a superlattice structure in which Ce and Zr are regularly arranged. It is. An oxygen storage material comprising such a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide has a higher oxygen diffusion rate in the bulk than a ceria-zirconia-based composite oxide having a fluorite structure. Are better. In addition, by recognizing the existence of a peak derived from the superlattice structure (peak appearing at 2θ = 14.0 ° to 16.0 °) in X-ray diffraction measurement using CuKα rays, ceria-zirconia-based composite oxide can be confirmed to be a pyrochlore type with a superlattice structure.

また、本発明の酸素貯蔵材料は、このようなパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄を更に含有するものである。このような鉄の含有量は、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)として、0.5~9at%であることが必要であり、1~5at%であることがより好ましい。前記鉄の含有量が前記下限未満になると、鉄の固溶による、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上効果と酸素貯蔵材料としての利用効率の向上効果が十分に得られない。他方、前記鉄の含有量が前記上限を超えると、鉄が十分に固溶せず、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上効果と酸素貯蔵材料としての利用効率の向上効果が十分に得られない。 In addition, the oxygen storage material of the present invention further contains iron added to such a pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide. The content of such iron is required to be 0.5 to 9 at% as the content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce+Zr)×100). and more preferably 1 to 5 at %. If the iron content is less than the lower limit, the effect of improving the oxygen storage capacity (OSC) at low temperature and the effect of improving the utilization efficiency as an oxygen storage material due to solid solution of iron cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the iron content exceeds the upper limit, the iron does not sufficiently dissolve, and the effect of improving the oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures and the effect of improving the utilization efficiency as an oxygen storage material are sufficiently obtained. can't

なお、セリア-ジルコニア系複合酸化物に鉄を添加しても、いわゆる固相合成法、水熱合成法といった方法ではセリア-ジルコニア系複合酸化物に鉄を十分に固溶させることが困難であるため、鉄の添加は、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上や酸素貯蔵材料としての利用効率の向上に寄与しないのに対し、本発明においては、後述する本発明の製造方法によって、従来は得ることができなかった鉄が充分に固溶した鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物を得ることができ、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上や酸素貯蔵材料としての利用効率の向上を達成することが可能となる。 Even if iron is added to the ceria-zirconia-based composite oxide, it is difficult to sufficiently dissolve iron in the ceria-zirconia-based composite oxide by a method such as a so-called solid-phase synthesis method or a hydrothermal synthesis method. Therefore, the addition of iron does not contribute to the improvement of the oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures and the improvement of the utilization efficiency as an oxygen storage material, whereas in the present invention, the production method of the present invention described later can be used to improve the conventional It is possible to obtain an iron-containing ceria-zirconia composite oxide in which iron is sufficiently dissolved, which could not be obtained, improving the oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures and improving the utilization efficiency as an oxygen storage material. can be achieved.

本発明の酸素貯蔵材料においては、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)がX=40~50%であることが必要であり、45~50%であることが好ましい。ジルコニウムのモル分率が前記下限未満になると、十分な酸素貯蔵能(OSC)が得られにくくなり、他方、前記上限を超えると、単相として得ることが困難となる。 In the oxygen storage material of the present invention, the molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=40 to 50%. is required and preferably 45 to 50%. When the mole fraction of zirconium is less than the lower limit, it becomes difficult to obtain a sufficient oxygen storage capacity (OSC), while when it exceeds the upper limit, it becomes difficult to obtain a single phase.

また、本発明の酸素貯蔵材料は、大気中、1100℃で加熱する前(高温耐久試験前)及び5時間加熱した後(高温耐久試験後)の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる格子定数が下記式(1):
格子定数≦-7.00×10-3X+10.874 (1)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たし、かつ、
前記高温耐久試験前及び前記高温耐久試験後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる2θ=14.5°の回折線と2θ=29°の回折線と強度比〔I(14/29)値〕が下記式(2):
I(14/29)値≦2.36×10-3X-0.072 (2)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものである。高温耐久試験前及び高温耐久試後の格子定数が前記式(1)で表される条件を満たし、かつ、高温耐久試験前及び高温耐久試後のI(14/29)値が前記式(2)で表される条件を満たす酸素貯蔵材料は、前記パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物に鉄が十分に固溶しており、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、高い利用効率を示す。一方、高温耐久試験前及び高温耐久試後の格子定数が前記式(1)で表される条件を満足さない場合、或いは、高温耐久試験前及び高温耐久試後のI(14/29)値が前記式(2)で表される条件を満たさない場合には、前記パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物に鉄が十分に固溶していないため、使用初期及び1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後のいずれにおいても、約300℃という低温における酸素貯蔵能(OSC)が十分に発現せず、酸素貯蔵材料としての利用効率も低くなる。
In addition, the oxygen storage material of the present invention is obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα before heating at 1100° C. in air (before high temperature durability test) and after heating for 5 hours (after high temperature durability test). The lattice constant obtained from the X-ray diffraction pattern is the following formula (1):
Lattice constant≦−7.00×10 −3 X+10.874 (1)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
satisfies the conditions represented by
A diffraction line at 2θ = 14.5° and a diffraction line at 2θ = 29° obtained from an X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα before and after the high temperature durability test and the intensity of the diffraction line The ratio [I (14/29) value] is the following formula (2):
I (14/29) value ≤ 2.36 × 10 -3 X - 0.072 (2)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It satisfies the conditions represented by The lattice constant before the high temperature durability test and after the high temperature durability test satisfies the condition represented by the above formula (1), and the I (14/29) value before the high temperature durability test and after the high temperature durability test is the above formula (2) ), iron is sufficiently dissolved in the pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide, and not only at the initial stage of use, but also in exhaust gas at a high temperature of about 1100 ° C. for a long time. Even after exposure, it can exhibit excellent oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300°C, showing high utilization efficiency. On the other hand, if the lattice constant before and after the high temperature durability test does not satisfy the condition represented by the above formula (1), or if the I (14/29) value before and after the high temperature durability test does not satisfy the condition represented by the formula (2), iron is not sufficiently dissolved in the pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide. However, the oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300° C. is not fully developed and the utilization efficiency as an oxygen storage material is also low after long-term exposure.

ここで、2θ=14.5°の回折線は規則相の(111)面に帰属する回折線であり、2θ=29°の回折線は規則相の(222)面に帰属する回折線とセリア-ジルコニア固溶体(CZ固溶体)の立方晶相(111)面に帰属する回折線とが重なるため、両者の回折線の強度比であるI(14/29)値を算出することにより超格子構造(規則相)の維持率(存在率)を示す指標として規定される。なお、回折線強度を求める際、各回折線強度の値から、バックグラウンド値として2θ=10°~12°の平均回折線強度を差し引いて計算する。 Here, the diffraction line at 2θ = 14.5° is a diffraction line attributed to the (111) plane of the ordered phase, and the diffraction line at 2θ = 29° is a diffraction line attributed to the (222) plane of the ordered phase and ceria -Since the diffraction lines belonging to the cubic phase (111) plane of the zirconia solid solution (CZ solid solution) overlap, the superlattice structure ( It is defined as an index showing the maintenance rate (presence rate) of regular phase). When calculating the diffraction line intensity, the average diffraction line intensity at 2θ=10° to 12° is subtracted as a background value from each diffraction line intensity.

さらに、本発明の酸素貯蔵材料の平均結晶子径は、0.1~10μmであることが好ましく、0.2~5μmであることがより好ましい。このような平均結晶子径が前記下限未満になると、前記高温耐久試験後において、超格子構造の維持率を示すI(14/29)値が低下しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、酸素貯蔵能(OSC)の向上効果が十分に得られにくくなる傾向にある。なお、このような平均結晶子径は、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる2θ=29°付近の回折線の半値幅を用い、市販の解析ソフト(例えば、XRD解析ソフト「JADE」)を用いてシェラー式に基づいて算出することができる。 Furthermore, the oxygen storage material of the present invention preferably has an average crystallite size of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.2 to 5 μm. When such an average crystallite diameter is less than the lower limit, the I (14/29) value, which indicates the retention rate of the superlattice structure, tends to decrease after the high-temperature durability test. If it exceeds, it tends to be difficult to sufficiently obtain the effect of improving the oxygen storage capacity (OSC). In addition, such an average crystallite diameter is obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα, using the half width of the diffraction line near 2θ = 29°, and using commercially available analysis software (for example, It can be calculated based on the Scherrer formula using XRD analysis software "JADE").

また、本発明の酸素貯蔵材料の比表面積としては特に制限されないが、0.01~20m/gであることが好ましく、0.05~10m/gであることがより好ましく、0.1~5m/gであることが更により好ましい。このような比表面積が前記下限未満になると、酸素貯蔵能が小さくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、粒子径が小さな粒子が増加し、耐熱性が低下する傾向にある。なお、このような比表面積は吸着等温線からBET等温吸着式を用いてBET比表面積として算出することができる。 Although the specific surface area of the oxygen storage material of the present invention is not particularly limited, it is preferably 0.01 to 20 m 2 /g, more preferably 0.05 to 10 m 2 /g, and more preferably 0.1 Even more preferably ˜5 m 2 /g. If the specific surface area is less than the lower limit, the oxygen storage capacity tends to be low. Such a specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption formula.

また、本発明の酸素貯蔵材料においては、セリウム以外の希土類元素及びアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を更に含有していてもよい。このような元素を含有させることで、本発明の酸素貯蔵材料を排ガス浄化用触媒の担体として用いた場合に、より高い排ガス浄化能が発揮される傾向にある。このようなセリウム以外の希土類元素としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等が挙げられ、中でも、超格子構造を安定化させる傾向にあるという観点から、La、Nd、Pr、Y、Scが好ましく、La、Y、Ndがより好ましい。また、アルカリ土類金属元素としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)が挙げられ、中でも、超格子構造を安定化させる傾向にあるという観点から、Mg、Ca、Baが好ましい。 In addition, the oxygen storage material of the present invention may further contain at least one element other than cerium selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth elements. By containing such an element, when the oxygen storage material of the present invention is used as a carrier of an exhaust gas purifying catalyst, a higher exhaust gas purifying ability tends to be exhibited. Rare earth elements other than cerium include scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), gadolinium (Gd), and terbium (Tb). , dysprosium (Dy), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). Y and Nd are more preferred. Alkaline earth metal elements include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra), among which there is a tendency to stabilize the superlattice structure. From this point of view, Mg, Ca, and Ba are preferable.

さらに、セリウム以外の希土類元素及びアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を更に含有する場合においては、前記元素の含有量が、前記酸素貯蔵材料中に1~20質量%であることが好ましく、3~10質量%であることがより好ましい。このような元素の含有量が前記下限未満になると、超格子構造を安定化させる作用が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、酸素貯蔵能が低下してしまう傾向にある。 Furthermore, when at least one element selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth elements other than cerium is further contained, the content of said element is 1 to 20% by mass in said oxygen storage material. preferably 3 to 10% by mass. When the content of such elements is less than the lower limit, the effect of stabilizing the superlattice structure tends to decrease, while when the content exceeds the upper limit, the oxygen storage capacity tends to decrease.

本発明の酸素貯蔵材料は、前記パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と、このセリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有するものであり、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することが可能なものである。そのため、本発明の酸素貯蔵材料は、排ガス浄化触媒の担体や助触媒として好適に用いられる。このような本発明の酸素貯蔵材料を用いた好適な例としては、前記本発明の酸素貯蔵材料からなる担体と、前記担体に担持された貴金属とからなる排ガス浄化用触媒が挙げられる。このような貴金属としては、白金、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、金、銀等が挙げられる。また、他の例としては、他の触媒担体微粒子に貴金属が担持された排ガス浄化触媒の周囲に、前記本発明の酸素貯蔵材料を配置してなるものが挙げられる。 The oxygen storage material of the present invention contains the pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide. Even after being exposed to high temperature exhaust gas for a long time, it is possible to exhibit excellent oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300°C. Therefore, the oxygen storage material of the present invention is suitably used as a carrier or co-catalyst for an exhaust gas purifying catalyst. A preferred example using the oxygen storage material of the present invention is an exhaust gas purifying catalyst comprising a carrier made of the oxygen storage material of the present invention and a noble metal supported on the carrier. Such noble metals include platinum, rhodium, palladium, osmium, iridium, gold, silver and the like. In another example, the oxygen storage material of the present invention is arranged around an exhaust gas purifying catalyst in which a noble metal is supported on other catalyst carrier fine particles.

次に、本発明の酸素貯蔵材料の製造方法について説明する。本発明の酸素貯蔵材料の製造方法は、パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料の製造方法であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が40~50%である鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を準備する工程(第1の工程)と、
前記鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を30~350MPaの圧力で加圧成形した後、1400~2000℃の温度条件で還元処理し、さらに酸化処理して前記本発明のパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料を得る工程(第2の工程)と、
を含む方法である。
Next, the method for producing the oxygen storage material of the present invention will be described. The method for producing an oxygen storage material of the present invention is a method for producing an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide,
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%, and the total mole of cerium (Ce) and zirconium (Zr) A step of preparing an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder in which the molar fraction of zirconium to the number (Zr/(Ce+Zr)×100) is 40 to 50% (first step);
After pressure-molding the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder at a pressure of 30 to 350 MPa, it is subjected to a reduction treatment at a temperature of 1400 to 2000° C., and further to an oxidation treatment to perform the pyrochlore type ceria-zirconia composite oxidation of the present invention. a step of obtaining an oxygen storage material containing iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide (second step);
is a method that includes

先ず、第1の工程において、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%(好ましくは、1~5at%)であり、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が40~50%(好ましくは、45~50%)である鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を準備する。 First, in the first step, the content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at% (preferably 1 to 5 at% ), and the mole fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Zr/(Ce + Zr) × 100) is 40 to 50% (preferably 45 to 50%) A containing ceria-zirconia solid solution powder is prepared.

前記鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末において、前記鉄の含有量が前記下限未満になると、得られる酸素貯蔵材料において、鉄の固溶による、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上効果と酸素貯蔵材料としての利用効率の向上効果が十分に得られにくくなり、他方、前記上限を超えると、得られる酸素貯蔵材料において、鉄が十分に固溶せず、低温での酸素貯蔵能(OSC)の向上効果と酸素貯蔵材料としての利用効率の向上効果が十分に得られにくくなる。また、前記ジルコニウムのモル分率が前記下限未満になると、得られる酸素貯蔵材料において、十分な酸素貯蔵能(OSC)が得られにくくなり、他方、前記上限を超えると、酸素貯蔵材料を単相として得ることが困難となる。 In the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder, when the iron content is less than the lower limit, in the obtained oxygen storage material, the effect of improving the oxygen storage capacity (OSC) at low temperature due to iron solid solution and oxygen storage On the other hand, when the above upper limit is exceeded, iron does not sufficiently dissolve in the resulting oxygen storage material, and the oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures is reduced. It becomes difficult to sufficiently obtain the improvement effect and the effect of improving the utilization efficiency of the oxygen storage material. Further, when the zirconium mole fraction is less than the lower limit, it becomes difficult to obtain a sufficient oxygen storage capacity (OSC) in the obtained oxygen storage material. It becomes difficult to obtain as

また、前記鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末においては、超格子構造をより十分に形成させるという観点から、セリアとジルコニアとが原子レベルで混合された固溶体を用いることが好ましい。さらに、このような鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末としては、平均一次粒子径が2~100nm程度であることが好ましく、5~70nm程度であることがより好ましく、また、比表面積が1.0~100m/gであることが好ましく、10~80m/gであることがより好ましく、30~80m/gであることが更により好ましい。 In the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder, it is preferable to use a solid solution in which ceria and zirconia are mixed at the atomic level from the viewpoint of forming a superlattice structure more sufficiently. Furthermore, such an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder preferably has an average primary particle size of about 2 to 100 nm, more preferably about 5 to 70 nm, and a specific surface area of 1.0 to 1.0 nm. It is preferably 100 m 2 /g, more preferably 10 to 80 m 2 /g, even more preferably 30 to 80 m 2 /g.

このような鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を準備(調製)する方法は特に制限されず、例えば、いわゆる共沈法を採用して、セリウム、ジルコニウム及び鉄の含有比率が上記範囲内となるように前記固溶体粉末を製造する方法等が挙げられる。このような共沈法としては、例えば、セリウムの塩(例えば、硝酸塩)、ジルコニウムの塩(例えば、硝酸塩)及び鉄の塩(例えば、硝酸塩)を含有する水溶液を用い、アンモニアの存在下で共沈殿物を生成せしめ、得られた共沈殿物を遠心分離、洗浄した後に乾燥し、更に焼成後、ボールミル等の粉砕機を用いて粉砕することにより、前記鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を得る方法が挙げられる。なお、前記セリウムの塩、ジルコニウムの塩及び鉄の塩を含有する水溶液は、得られる固溶体粉末中のセリウム、ジルコニウム及び鉄の含有比率が所定の範囲内となるようにして調製する。また、このような水溶液には、必要に応じて、希土類元素並びにアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素の塩や、界面活性剤(例えば、ノニオン系界面活性剤)等を添加してもよい。 The method of preparing (preparing) such an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is not particularly limited. Examples thereof include a method for producing the solid solution powder. As such a coprecipitation method, for example, an aqueous solution containing a cerium salt (e.g., nitrate), a zirconium salt (e.g., nitrate), and an iron salt (e.g., nitrate) is used and co-precipitated in the presence of ammonia. A method of obtaining the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder by forming a precipitate, centrifuging the obtained co-precipitate, washing it, drying it, firing it, and pulverizing it with a pulverizer such as a ball mill. is mentioned. The aqueous solution containing the cerium salt, zirconium salt and iron salt is prepared so that the content ratio of cerium, zirconium and iron in the obtained solid solution powder is within a predetermined range. In such an aqueous solution, if necessary, a salt of at least one element selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth elements, a surfactant (for example, a nonionic surfactant), etc. may be added.

また、このような鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末には、セリウム以外の希土類元素及びアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を更に含有していてもよい。このような元素を含有させることで、本発明の酸素貯蔵材料を排ガス浄化用触媒の助触媒として用いた場合に、より高い排ガス浄化能が発揮される傾向にある。このようなセリウム以外の希土類元素としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等が挙げられ、中でも、超格子構造を安定化させる傾向にあるという観点から、La、Nd、Pr、Y、Scが好ましく、La、Y、Ndがより好ましい。また、アルカリ土類金属元素としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)が挙げられ、中でも、超格子構造を安定化させる傾向にあるという観点から、Mg、Ca、Baが好ましい。 In addition, such an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder may further contain at least one element other than cerium selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth elements. By containing such an element, when the oxygen storage material of the present invention is used as a co-catalyst of an exhaust gas purification catalyst, there is a tendency that higher exhaust gas purification performance is exhibited. Rare earth elements other than cerium include scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), gadolinium (Gd), and terbium (Tb). , dysprosium (Dy), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu). Y and Nd are more preferred. Alkaline earth metal elements include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra), among which there is a tendency to stabilize the superlattice structure. From this point of view, Mg, Ca, and Ba are preferable.

さらに、セリウム以外の希土類元素及びアルカリ土類元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を更に含有する場合においては、前記元素の含有量が、前記鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末中に1~20質量%であることが好ましく、3~10質量%であることがより好ましい。このような元素の含有量が前記下限未満になると、超格子構造を安定化させることが困難となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、酸素貯蔵能が低下してしまう傾向にある。 Furthermore, when it further contains at least one element selected from the group consisting of rare earth elements and alkaline earth elements other than cerium, the content of the element is 1 to 1 in the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder. It is preferably 20% by mass, more preferably 3 to 10% by mass. When the content of such elements is less than the lower limit, it tends to be difficult to stabilize the superlattice structure, while when the content exceeds the upper limit, the oxygen storage capacity tends to decrease.

次に、第2の工程において、前記鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末を30~350MPaの圧力(好ましくは、40~300MPaの圧力)で加圧成形する。加圧成形圧力が前記下限未満になると、粉体の二次粒子同士の接触性が向上しないため、還元処理時における結晶成長が十分に促進されず、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された際の超格子構造の安定性が低下する。他方、加圧成形圧力が前記上限を超えると、還元処理時の結晶成長が進行し過ぎ、約300℃という低温での酸素貯蔵能(OSC)が低下する傾向にある。なお、このような加圧成形の方法としては特に制限されず、静水圧プレス等の公知の加圧成形方法を適宜採用できる。 Next, in the second step, the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is pressure-molded at a pressure of 30 to 350 MPa (preferably a pressure of 40 to 300 MPa). If the compression molding pressure is less than the lower limit, the contact between the secondary particles of the powder is not improved, so the crystal growth during the reduction treatment is not sufficiently promoted, and the powder is exposed to exhaust gas at a high temperature of about 1100 ° C. for a long time. the stability of the superlattice structure when On the other hand, if the compression molding pressure exceeds the upper limit, the crystal growth during the reduction treatment proceeds too much, and the oxygen storage capacity (OSC) at a low temperature of about 300° C. tends to decrease. The method for such pressure molding is not particularly limited, and a known pressure molding method such as hydrostatic pressing can be employed as appropriate.

次に、第2の工程においては、前記加圧成形された固溶体粉末成型体に対して、還元条件下、1400~2000℃(好ましくは、1600~1900℃)の温度で0.5~24時間(好ましくは、1~10時間)加熱する還元処理を施し、さらに酸化処理を施して、本発明の酸素貯蔵材料粉末を得る。前記還元処理の温度が前記下限未満になると、結晶成長が十分に進行しないため、超格子構造の安定性が低下する。他方、前記還元処理の温度が前記上限を超えると、還元処理に要するエネルギー(例えば電力)と性能の向上とのバランスが悪くなる。また、前記還元処理の際の加熱時間が下限未満になると、超格子構造が十分に形成されにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えると、還元処理に要するエネルギー(例えば電力)と性能の向上とのバランスが悪くなる。 Next, in the second step, the pressure-molded solid-solution powder compact is heated at a temperature of 1400 to 2000° C. (preferably 1600 to 1900° C.) for 0.5 to 24 hours under reducing conditions. It is subjected to reduction treatment by heating (preferably for 1 to 10 hours) and further to oxidation treatment to obtain the oxygen storage material powder of the present invention. If the temperature of the reduction treatment is less than the lower limit, crystal growth does not proceed sufficiently, and the stability of the superlattice structure deteriorates. On the other hand, if the temperature of the reduction treatment exceeds the upper limit, the balance between the energy (for example, electric power) required for the reduction treatment and the improvement of performance becomes poor. In addition, if the heating time during the reduction treatment is less than the lower limit, it tends to be difficult to form a sufficient superlattice structure. becomes unbalanced with

前記還元処理の方法としては、還元性雰囲気下で前記固溶体粉末を所定の温度条件で加熱処理することが可能な方法であれば特に制限されず、例えば、(i)真空加熱炉内に前記固溶体粉末を設置し、真空引きした後に、炉内に還元性ガスを流入させて炉内の雰囲気を還元性雰囲気として所定の温度条件で加熱して還元処理を施す方法や、(ii)黒鉛製の炉を用いて炉内に前記固溶体粉末を設置し、真空引きした後、所定の温度条件で加熱して炉体や加熱燃料等から発生するCOやHC等の還元性ガスにより炉内の雰囲気を還元性雰囲気として還元処理を施す方法や、(iii)活性炭を充填した坩堝内に前記固溶体粉末を設置し、所定の温度条件で加熱して活性炭等から発生するCOやHC等の還元性ガスにより坩堝内の雰囲気を還元性雰囲気として還元処理を施す方法が挙げられる。 The method of the reduction treatment is not particularly limited as long as it is a method capable of heat-treating the solid solution powder under a predetermined temperature condition in a reducing atmosphere. After placing the powder and evacuating, a reducing gas is flowed into the furnace to make the atmosphere in the furnace a reducing atmosphere and heating is performed under a predetermined temperature condition to perform a reduction treatment; The solid solution powder is placed in the furnace using a furnace, and after evacuating, the atmosphere in the furnace is changed by reducing gas such as CO and HC generated from the furnace body and heated fuel by heating under predetermined temperature conditions. and (iii) placing the solid solution powder in a crucible filled with activated carbon and heating it under predetermined temperature conditions to reduce it by reducing gases such as CO and HC generated from the activated carbon. A method of applying a reduction treatment by making the atmosphere in the crucible a reducing atmosphere can be mentioned.

このような還元性雰囲気を達成させるために用いる還元性ガスとしては、特に制限されず、CO、HC、H、その他の炭化水素ガス等の還元性ガスを適宜用いることができる。また、このような還元性ガスの中でも、より高温で還元性処理をした場合に炭化ジルコニウム(ZrC)等の複生成物が生成されることを防止するという観点からは、炭素(C)を含まないものを用いることがより好ましい。このような炭素(C)を含まない還元性ガスを用いた場合には、ジルコニウム等の融点に近いより高い温度条件での還元処理が可能となるため、結晶相の構造安定性を十分に向上させることが可能となる。 The reducing gas used to achieve such a reducing atmosphere is not particularly limited, and reducing gases such as CO, HC, H 2 and other hydrocarbon gases can be used as appropriate. In addition, among such reducing gases, from the viewpoint of preventing the production of duplicate products such as zirconium carbide (ZrC) when reducing treatment is performed at a higher temperature, carbon (C) is used. It is more preferable to use one without. When such a reducing gas that does not contain carbon (C) is used, reduction treatment can be performed at a higher temperature condition close to the melting point of zirconium or the like, so the structural stability of the crystal phase is sufficiently improved. It is possible to

さらに、第2の工程においては、前記還元処理の後に、酸化処理が更に施される。このような酸化処理を施すことにより、得られる鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物において、還元中に失われた酸素が補填され、酸化物としての安定性が向上する。このような酸化処理の方法は特に制限されず、例えば、酸化雰囲気下(例えば、大気中)において前記鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物を加熱処理する方法を好適に採用することができる。また、このような酸化処理の際の加熱温度の条件としては、特に制限されないが、300~800℃程度であることが好ましい。更に、前記酸化処理の際の加熱時間も特に制限されないが、0.5~5時間程度であることが好ましい。 Furthermore, in the second step, an oxidation treatment is further performed after the reduction treatment. By performing such an oxidation treatment, oxygen lost during reduction is compensated for in the obtained iron-containing ceria-zirconia composite oxide, and the stability as an oxide is improved. The method of such oxidation treatment is not particularly limited, and for example, a method of heat-treating the iron-containing ceria-zirconia-based composite oxide in an oxidizing atmosphere (for example, in the air) can be suitably employed. The heating temperature conditions for such oxidation treatment are not particularly limited, but are preferably about 300 to 800.degree. Furthermore, the heating time during the oxidation treatment is not particularly limited, but it is preferably about 0.5 to 5 hours.

また、第2の工程においては、前記還元処理及び/又は前記酸化処理の後に、前記鉄含有セリア-ジルコニア系複合酸化物に粉砕処理を更に施すことが好ましい。このような粉砕処理の方法は特に制限されず、例えば、湿式粉砕法、乾式粉砕法、凍結粉砕法等を好適に採用することができる。 Further, in the second step, it is preferable to further subject the iron-containing ceria-zirconia composite oxide to a pulverization treatment after the reduction treatment and/or the oxidation treatment. The method of such pulverization treatment is not particularly limited, and for example, a wet pulverization method, a dry pulverization method, a freeze pulverization method, or the like can be suitably employed.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:49:1である鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を以下のようにして調製した。すなわち、先ず、CeO換算で28質量%となる濃度の硝酸セリウム水溶液245.7gと、ZrO換算で18質量%となる濃度の硝酸ジルコニウム水溶液267.9gと、純水100mlに硝酸鉄9水和物(Fe(NO・9HO、和光純薬工業株式会社製、純度99.9%)3.2gを溶解した水溶液とを混合し、得られた混合溶液を、25%アンモニア水163.2gを純水900mlで希釈した溶液に添加し、プロペラ攪拌機とホモジナイザ(アズワン株式会社製)を用いて1100rpmで10分間撹拌して共沈物を生成させ、得られた共沈物に遠心分離を施し、イオン交換水で洗浄した。次に、得られた共沈物を、脱脂炉を用いて大気中、150℃で7時間乾燥した後、大気中、400℃で5時間焼成して鉄含有セリア-ジルコニア固溶体を得た。その後、前記固溶体を、篩分けにより粒径が75μm以下となるように粉砕機(アズワン株式会社製「ワンダーブレンダー」)を用いて粉砕し、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:49:1である鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は1.0at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)は49.5%である。
(Example 1)
An iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder containing cerium, zirconium and iron at an atomic ratio ([Ce]:[Zr]:[Fe]) of 50:49:1 was prepared as follows. That is, first, 245.7 g of an aqueous cerium nitrate solution with a concentration of 28% by mass in terms of CeO 2 , 267.9 g of an aqueous zirconium nitrate solution with a concentration of 18% by mass in terms of ZrO 2 , iron nitrate 9 water in 100 ml of pure water Hydrate (Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) was mixed with an aqueous solution in which 3.2 g was dissolved, and the resulting mixed solution was diluted with 25% ammonia. Add 163.2 g of water to a solution diluted with 900 ml of pure water and stir at 1100 rpm for 10 minutes using a propeller stirrer and homogenizer (manufactured by AS ONE Corporation) to form a coprecipitate. It was centrifuged and washed with deionized water. Next, the obtained coprecipitate was dried in air at 150° C. for 7 hours using a degreasing furnace, and then calcined in air at 400° C. for 5 hours to obtain an iron-containing ceria-zirconia solid solution. After that, the solid solution is pulverized using a pulverizer ("Wonder Blender" manufactured by AS ONE Corporation) so that the particle size becomes 75 μm or less by sieving, and the content ratio of cerium, zirconium and iron is the atomic ratio ([Ce ]:[Zr]:[Fe]) to obtain an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder with a ratio of 50:49:1. In this iron-containing ceria-zirconia solid solution powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce+Zr)×100) is 1.0 atomic %, and the amount of zirconium to the total number of moles of cerium and zirconium. The molar fraction (Zr/(Ce+Zr)×100) is 49.5%.

次に、この鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末20gを、ポリエチレン製のバッグ(容量0.05L)に詰め、内部を脱気した後、前記バッグの口を加熱してシールした。続いて、静水圧プレス装置(日機装株式会社製「CK4-22-60」)を用いて、前記バッグに対して3000kgf/cm(294MPa)の圧力(成型圧力)で1分間、冷間静水圧プレス(CIP)を行い、鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末の成型体を得た。成型体のサイズは、縦20mm、横20mm、平均厚み3mm、質量約10gとした。 Next, 20 g of this iron-containing ceria-zirconia solid solution powder was packed in a polyethylene bag (capacity: 0.05 L), the inside of the bag was degassed, and the opening of the bag was heated and sealed. Subsequently, using a hydrostatic press (“CK4-22-60” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the bag was subjected to cold hydrostatic pressure at a pressure (molding pressure) of 3000 kgf/cm 2 (294 MPa) for 1 minute. Pressing (CIP) was performed to obtain a compact of the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder. The size of the molded body was 20 mm long, 20 mm wide, 3 mm average thickness, and about 10 g in mass.

次いで、得られた成型体を、小型真空加圧焼結炉(富士電波工業株式会社製「FVPS-R-150」)に投入し、アルゴン雰囲気に置換した後、昇温時聞1時間で1000℃まで加熱した後、昇温時間4時聞で1700℃(還元処理温度)まで加熱して5時間保持し、その後、冷却時間4時間で1000℃まで冷却した後、自然放冷で室温まで冷却して還元処理品を得た。 Next, the obtained molded body is put into a small vacuum pressure sintering furnace ("FVPS-R-150" manufactured by Fuji Dempa Kogyo Co., Ltd.), replaced with an argon atmosphere, and then heated to 1000 in 1 hour. After heating to ° C., heating to 1700 ° C. (reduction treatment temperature) for 4 hours, holding for 5 hours, cooling to 1000 ° C. for 4 hours, cooling to room temperature by natural cooling. Then, a reduced product was obtained.

得られた還元処理品を大気中、500℃で5時間加熱して鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物を、粒径が75μm以下となるように、前記粉砕機を用いて粉砕し、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:49:1である鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は1.0at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=49.5%である。 The resulting reduction-treated product was heated in air at 500° C. for 5 hours to obtain an iron-containing ceria-zirconia composite oxide. This iron-containing ceria-zirconia composite oxide is pulverized using the pulverizer so that the particle size becomes 75 μm or less, and the content ratio of cerium, zirconium, and iron is the atomic ratio ([Ce]:[Zr]: An iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder with a ratio of [Fe]) of 50:49:1 was obtained. In this iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 1.0 at%, and the total number of moles of cerium and zirconium The molar fraction of zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=49.5%.

(実施例2)
前記硝酸ジルコニウム水溶液の量を259.7gに、前記硝酸鉄9水和物の量を8.1gに変更した以外は実施例1と同様にして、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:47.5:2.5である鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は2.6at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=48.7%である。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, except that the amount of the zirconium nitrate aqueous solution was changed to 259.7 g and the amount of the iron nitrate nonahydrate was changed to 8.1 g, the content ratio of cerium, zirconium and iron was changed to the atomic ratio ( An iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder having a ratio of [Ce]:[Zr]:[Fe]) of 50:47.5:2.5 was obtained. In this iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 2.6 at%, and the total number of moles of cerium and zirconium The molar fraction of zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=48.7%.

(実施例3)
前記硝酸ジルコニウム水溶液の量を246.0gに、前記硝酸鉄9水和物の量を16.2gに変更した以外は実施例1と同様にして、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:45:5である鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は5.3at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=47.4%である。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the amount of the zirconium nitrate aqueous solution was changed to 246.0 g and the amount of the iron nitrate nonahydrate was changed to 16.2 g, the content ratio of cerium, zirconium, and iron was changed to the atomic ratio ( An iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder having a ratio of [Ce]:[Zr]:[Fe]) of 50:45:5 was obtained. In this iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 5.3 at%, and the total number of moles of cerium and zirconium The molar fraction of zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=47.4%.

(比較例1)
前記硝酸ジルコニウム水溶液の量を273.4gに変更し、前記硝酸鉄9水和物を添加しなかった以外は実施例1と同様にして、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:50:0であるセリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。このセリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は0at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=50%である。
(Comparative example 1)
In the same manner as in Example 1, except that the amount of the zirconium nitrate aqueous solution was changed to 273.4 g and the iron nitrate nonahydrate was not added, the content ratio of cerium, zirconium, and iron was changed to the atomic ratio ([Ce ]:[Zr]:[Fe]) to obtain a ceria-zirconia composite oxide powder of 50:50:0. In this ceria-zirconia composite oxide powder, the iron content ratio (Fe/(Ce+Zr)×100) with respect to the total amount of cerium and zirconium is 0 atomic %, and the mole fraction of zirconium with respect to the total mole number of cerium and zirconium. The ratio (X=Zr/(Ce+Zr)*100) is X=50%.

(比較例2)
前記硝酸ジルコニウム水溶液の量を218.7gに、前記硝酸鉄9水和物の量を32.32gに変更した以外は実施例1と同様にして、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:40:10である鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。この鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は11.1at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=44.4%である。
(Comparative example 2)
In the same manner as in Example 1, except that the amount of the zirconium nitrate aqueous solution was changed to 218.7 g and the amount of the iron nitrate nonahydrate was changed to 32.32 g, the content ratio of cerium, zirconium, and iron was changed to the atomic ratio ( An iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder having a ratio of [Ce]:[Zr]:[Fe]) of 50:40:10 was obtained. In this iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 11.1 at%, and the total number of moles of cerium and zirconium The molar fraction of zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=44.4%.

(比較例3)
前記硝酸セリウム水溶液の量を252.0gに、前記硝酸ジルコニウム水溶液の量を266.3gに、前記25%アンモニア水の量を164.0gに変更し、前記硝酸鉄9水和物を添加しなかった以外は実施例1と同様にして、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:47.5:0であるセリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。このセリア-ジルコニア複合酸化物粉末を、得られる鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物粉末におけるセリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:47.5:2.5となるように、純水に硝酸鉄9水和物(Fe(NO・9HO、和光純薬工業株式会社製、純度99.9%)を溶解した水溶液に浸漬して前記セリア-ジルコニア複合酸化物粉末に硝酸鉄を含浸させた後、500℃で5時間加熱して鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物を得た。この鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物を、実施例1と同様にして粉砕し、セリウムとジルコニウムと鉄の含有比率が原子比([Ce]:[Zr]:[Fe])で50:47.5:2.5である鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物粉末を得た。この鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物粉末における、セリウムとジルコニウムとの合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)は2.6at%であり、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)はX=48.7%である。
(Comparative Example 3)
The amount of the cerium nitrate aqueous solution was changed to 252.0 g, the amount of the zirconium nitrate aqueous solution was changed to 266.3 g, and the amount of the 25% aqueous ammonia was changed to 164.0 g, and the iron nitrate nonahydrate was not added. Ceria-zirconia composite oxidation was carried out in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of cerium, zirconium and iron was 50:47.5:0 in atomic ratio ([Ce]:[Zr]:[Fe]). A powder was obtained. The content ratio of cerium, zirconium, and iron in the obtained iron-supporting ceria-zirconia composite oxide powder is 50:47 in atomic ratio ([Ce]:[Zr]:[Fe]). An aqueous solution of iron nitrate nonahydrate (Fe(NO 3 ) 3.9H 2 O, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) dissolved in pure water at a ratio of .5:2.5 to impregnate the ceria-zirconia composite oxide powder with iron nitrate, and then heated at 500° C. for 5 hours to obtain an iron-supported ceria-zirconia composite oxide. This iron-supporting ceria-zirconia composite oxide was pulverized in the same manner as in Example 1, and the atomic ratio ([Ce]:[Zr]:[Fe]) of cerium, zirconium and iron was 50:47. An iron-supporting ceria-zirconia composite oxide powder with a ratio of 5:2.5 was obtained. In this iron-supporting ceria-zirconia composite oxide powder, the content ratio of iron to the total amount of cerium and zirconium (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 2.6 at%, and the total number of moles of cerium and zirconium The molar fraction of zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100) is X=48.7%.

<高温耐久試験>
実施例及び比較例で得られた複合酸化物粉末を大気中、1100℃で5時間加熱した。
<High temperature endurance test>
The composite oxide powders obtained in Examples and Comparative Examples were heated in air at 1100° C. for 5 hours.

<X線回折(XRD)測定>
実施例及び比較例で得られた高温耐久試験前及び高温耐久試験後の各複合酸化物粉末のX線回折パターンを、X線回折装置(株式会社リガク製「RINT-Ultima」)を用い、CuKα線をX線源として、管電圧40KV、管電流40mA、走査速度2θ=20°/minの条件で測定した。
<X-ray diffraction (XRD) measurement>
The X-ray diffraction patterns of the composite oxide powders obtained in Examples and Comparative Examples before and after the high temperature durability test were analyzed using an X-ray diffractometer ("RINT-Ultima" manufactured by Rigaku Co., Ltd.) using CuKα. Using X-rays as an X-ray source, measurements were made under the conditions of a tube voltage of 40 KV, a tube current of 40 mA, and a scanning speed of 2θ=20°/min.

得られたX線回折パターンに対して、リートベルト解析ソフト「Jana2006」を用いて最小二乗法によるフィッティングを行い、格子定数を精密化した。得られた格子定数を表1に示す。 The obtained X-ray diffraction pattern was subjected to fitting by the method of least squares using Rietveld analysis software "Jana2006" to refine the lattice constant. Table 1 shows the obtained lattice constants.

また、得られたX線回折パターンにおいて、2θ=14.5°の回折線のピーク強度I(14)と2θ=29°の回折線のピーク強度I(29)との比〔I(14/29)=I(14)/I(29)〕を求めた。その結果を表1に示す。 In the obtained X-ray diffraction pattern, the ratio of the peak intensity I (14) of the diffraction line at 2θ = 14.5° to the peak intensity I (29) of the diffraction line at 2θ = 29° [I (14/ 29)=I(14)/I(29)] was obtained. Table 1 shows the results.

<触媒調製>
実施例及び比較例で得られた高温耐久試験前及び高温耐久試験後の各複合酸化物粉末とPd担持アルミナ粉末(Pd担持量:0.25質量%)とを質量比1:1で混合して触媒粉末を調製した。
<Catalyst preparation>
The composite oxide powders obtained in Examples and Comparative Examples before and after the high-temperature durability test and Pd-supported alumina powder (Pd-supported amount: 0.25% by mass) were mixed at a mass ratio of 1:1. to prepare a catalyst powder.

<酸素放出量測定>
上記のようにして調製した各触媒粉末15mgを熱重量測定装置(株式会社島津製作所製「TGA-50」)に装入し、この触媒粉末に、温度300℃の条件下でリッチガス(H(5容量%)+N(残部))とリーンガス(O(5容量%)+N(残部))とを5分毎に交互に切替えながら、ガス流量100ml/minで流通させ、この間の前記触媒粉末の質量の増減を測定した。2回目と3回目のリッチガス流通時の前記触媒粉末の質量減少量の平均値を求め、これを酸素放出量(実測値)とした。前記触媒粉末中のセリウム量に基づく最大の酸素放出量(理論値)に対する前記酸素放出量(実測値)の割合を求め、これを酸素貯蔵材料(OSC材)利用率とした。その結果を表1に示す。
<Oxygen Release Amount Measurement>
15 mg of each of the catalyst powders prepared as described above was charged into a thermogravimetric analyzer ("TGA-50" manufactured by Shimadzu Corporation), and the catalyst powder was exposed to a rich gas (H 2 (H 2 ( 5% by volume) + N 2 (remainder)) and lean gas (O 2 (5 vol%) + N 2 (remainder)) are alternately switched every 5 minutes, and the gas flow rate is 100 ml/min. The increase or decrease in powder mass was measured. The average value of the amount of decrease in mass of the catalyst powder during the second and third rich gas flows was obtained and used as the oxygen release amount (actual value). The ratio of the oxygen release amount (actual value) to the maximum oxygen release amount (theoretical value) based on the amount of cerium in the catalyst powder was obtained, and this ratio was taken as the oxygen storage material (OSC material) utilization rate. Table 1 shows the results.

Figure 0007237048000001
Figure 0007237048000001

表1に示したI(14/29)値から、実施例1~3及び比較例1~3で得られた酸素貯蔵材料はパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物を含有するものであることが確認された。 From the I(14/29) values shown in Table 1, it was confirmed that the oxygen storage materials obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 contained a pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide. was done.

また、表1に示した結果に基づいて、格子定数及びI(14/29)値をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした。これらの結果を図1~2に示す。なお、図1中の直線は、下記式(1a):
格子定数(Y1)=-7.00×10-3X+10.874 (1a)
で表される、酸素貯蔵材料粉末の格子定数(Y1)と、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)との関係を示したものである。また、図2中の直線は、下記式(2a):
I(14/29)値(Y2)=2.36×10-3X-0.072 (2a)
で表される、酸素貯蔵材料粉末のI(14/29)値(Y2)と、セリウムとジルコニウムとの総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)との関係を示したものである。
Also, based on the results shown in Table 1, the lattice constant and I(14/29) values were plotted against the mole fraction X of zirconium. These results are shown in Figures 1-2. The straight line in FIG. 1 is expressed by the following formula (1a):
Lattice constant (Y1)=−7.00×10 −3 X+10.874 (1a)
and the molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium and zirconium (X=Zr/(Ce+Zr)×100). be. Further, the straight line in FIG. 2 is expressed by the following formula (2a):
I (14/29) value (Y2)=2.36×10 −3 X−0.072 (2a)
The relationship between the I (14/29) value (Y2) of the oxygen storage material powder and the molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium and zirconium (X = Zr / (Ce + Zr) × 100), represented by is shown.

さらに、高温耐久試験前後の各複合酸化物粉末について、触媒粉末のOSC材利用率をジルコニウムのモル分率Xに対してプロットした。これらの結果を図3A~3Bに示す。 Furthermore, the OSC material utilization rate of the catalyst powder was plotted against the mole fraction X of zirconium for each composite oxide powder before and after the high temperature durability test. These results are shown in Figures 3A-3B.

図1~2に示したように、鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)及びジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が所定の範囲内にある鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を加圧成形し、得られた成型体を還元処理し、さらに酸化処理することによって得られた鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末(実施例1~3)は、高温耐久試験前及び高温耐久試験後のいずれにおいても、格子定数が前記式(1)で表される条件を満たし、かつ、I(14/29)値が前記式(2)で表される条件を満たしていたことから、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶していることがわかった。 As shown in FIGS. 1 and 2, iron-containing ceria-zirconia in which the content ratio of iron (Fe/(Ce+Zr)×100) and the molar fraction of zirconium (Zr/(Ce+Zr)×100) are within a predetermined range The iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder (Examples 1 to 3) obtained by pressure-molding the solid solution powder, reducing the resulting molded body, and further oxidizing it was tested before and after the high-temperature durability test. After the high temperature durability test, the lattice constant satisfied the conditions represented by the above formula (1), and the I(14/29) value satisfied the conditions represented by the above formula (2). , it was found that the iron atoms are sufficiently dissolved in the lattice of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide.

一方、鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が所定の範囲よりも大きい鉄含有セリア-ジルコニア固溶体粉末を加圧成形し、得られた成型体を還元処理し、さらに酸化処理することによって得られた鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末(比較例2)は、高温耐久試験前及び高温耐久試験後のいずれにおいても、格子定数が前記式(1)で表される条件を満たしていたが、高温耐久試験前のI(14/29)値が前記式(2)で表される条件を満たしていなかったことから、鉄原子はパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶していないと考えられる。なお、比較例2で得られた鉄含有セリア-ジルコニア複合酸化物粉末においては、高温耐久試験後のI(14/29)値が前記式(2a)により求められるI(14/29)値に比べて小さくなったが、これは、高温耐久試験によって鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物中に固溶したためではなく、固溶していない鉄原子によってセリアの分相が促進され、パイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の安定性が低下したためと考えられる。 On the other hand, an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder having an iron content ratio (Fe/(Ce+Zr)×100) larger than a predetermined range is pressure-molded, and the resulting molded body is subjected to reduction treatment and further oxidation treatment. The iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder obtained by (Comparative Example 2) has a lattice constant that satisfies the condition represented by the above formula (1) both before and after the high temperature durability test. However, since the I (14/29) value before the high temperature durability test did not satisfy the condition represented by the above formula (2), iron atoms were sufficiently present in the lattice of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide. It is thought that it is not dissolved in In addition, in the iron-containing ceria-zirconia composite oxide powder obtained in Comparative Example 2, the I (14/29) value after the high temperature durability test was equal to the I (14/29) value obtained by the above formula (2a). This is not because the iron atoms dissolved in the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide during the high-temperature durability test, but because the iron atoms that did not dissolve in solid solution promoted the phase separation of ceria and the pyrochlore This is probably because the stability of the type ceria-zirconia composite oxide was lowered.

また、含浸法により鉄をパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物に担持させた鉄担持セリア-ジルコニア複合酸化物粉末(比較例3)は、高温耐久試験前及び高温耐久試験後のいずれにおいても、I(14/29)値が前記式(2)で表される条件を満たしていたが、高温耐久試験前及び高温耐久試験後のいずれにおいても、格子定数が前記式(1)で表される条件を満たしていなかったことから、鉄原子はパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶していないと考えられる。 In addition, the iron-supported ceria-zirconia composite oxide powder (Comparative Example 3), in which iron was supported on the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide by an impregnation method, showed I Although the (14/29) value satisfied the condition represented by the above formula (2), the lattice constant was the condition represented by the above formula (1) both before and after the high temperature durability test. , it is considered that the iron atoms are not sufficiently dissolved in the lattice of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide.

図3Aに示したように、高温耐久試験前において、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶している複合酸化物粉末からなる酸素貯蔵材料粉末(すなわち、前記式(1)及び(2)で表されるいずれの条件も満たしている酸素貯蔵材料粉末)を含有する触媒粉末(実施例1~3)は、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物からなる酸素貯蔵材料粉末を含有する触媒粉末(比較例1)、並びに、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶していない複合酸化物粉末からなる酸素貯蔵材料粉末(すなわち、前記式(1)及び(2)で表される条件の少なくとも一方を満たしていない酸素貯蔵材料粉末)を含有する触媒粉末(比較例2~3)に比べて、酸素貯蔵材料(OSC材)利用率が高くなることがわかった。 As shown in FIG. 3A, before the high-temperature durability test, the oxygen storage material powder (that is, the above-mentioned Catalyst powders (Examples 1 to 3) containing oxygen storage material powders satisfying both conditions represented by formulas (1) and (2) were iron-free pyrochlore-type ceria-zirconia composites Catalyst powder containing oxygen storage material powder made of oxide (Comparative Example 1), and oxygen made of composite oxide powder in which iron atoms are not sufficiently dissolved in the lattice of pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide Compared to catalyst powders (Comparative Examples 2 and 3) containing storage material powders (that is, oxygen storage material powders that do not satisfy at least one of the conditions represented by formulas (1) and (2) above), oxygen storage It turned out that the material (OSC material) utilization rate becomes high.

また、図3Bに示したように、高温耐久試験後においても、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶している複合酸化物粉末からなる酸素貯蔵材料粉末(すなわち、前記式(1)及び(2)で表されるいずれの条件も満たしている酸素貯蔵材料粉末)を含有する触媒粉末(実施例1~3)は、鉄を含有していないパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物からなる酸素貯蔵材料粉末を含有する触媒粉末(比較例1)、上述したように、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶しておらず、かつ、固溶していない鉄原子によってセリアの分相が促進され、パイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の安定性が低下した複合酸化物粉末からなる酸素貯蔵材料粉末を含有する触媒粉末(比較例2)、並びに、鉄原子がパイロクロア型セリア-ジルコニア複合酸化物の格子中に十分に固溶していない複合酸化物粉末からなる酸素貯蔵材料粉末(すなわち、前記式(1)で表される条件を満たしていない酸素貯蔵材料粉末)を含有する触媒粉末(比較例3)に比べて、酸素貯蔵材料(OSC材)利用率が高くなることがわかった。 Further, as shown in FIG. 3B, even after the high-temperature durability test, the oxygen storage material powder ( That is, the catalyst powders (Examples 1 to 3) containing the oxygen storage material powder satisfying both the conditions represented by the above formulas (1) and (2) were iron-free pyrochlore-type ceria - A catalyst powder containing an oxygen storage material powder made of a zirconia composite oxide (Comparative Example 1), as described above, iron atoms are not sufficiently dissolved in the lattice of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide. and a catalyst powder containing an oxygen storage material powder composed of a composite oxide powder in which phase separation of ceria is promoted by iron atoms that are not solid-dissolved and the stability of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide is lowered (comparative Example 2), and an oxygen storage material powder composed of a composite oxide powder in which iron atoms are not sufficiently dissolved in the lattice of the pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide (that is, represented by the above formula (1) It was found that the utilization rate of the oxygen storage material (OSC material) is higher than that of the catalyst powder (Comparative Example 3) containing the oxygen storage material powder that does not satisfy the conditions.

以上説明したように、使用初期だけでなく、1100℃程度という高温の排ガスに長時間曝された後においても、約300℃という低温において優れた酸素貯蔵能(OSC)を発現することができ、利用効率が高い酸素貯蔵材料を得ることが可能となる。したがって、本発明の酸素貯蔵材料は、低温での優れた酸素貯蔵能(OSC)と高温耐久性とを併せ持つため、排ガス浄化触媒の担体や助触媒、触媒雰囲気調整材等として有用である。 As described above, not only at the beginning of use, but also after long-term exposure to high-temperature exhaust gas of about 1100 ° C., excellent oxygen storage capacity (OSC) can be exhibited at a low temperature of about 300 ° C. It becomes possible to obtain an oxygen storage material with high utilization efficiency. Therefore, the oxygen storage material of the present invention has both excellent oxygen storage capacity (OSC) at low temperatures and high temperature durability, and is therefore useful as a carrier or co-catalyst for an exhaust gas purification catalyst, a catalyst atmosphere control material, or the like.

Claims (4)

パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(X=Zr/(Ce+Zr)×100)がX=40~50%であり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる格子定数が下記式(1):
格子定数≦-7.00×10-3X+10.874 (1)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものであり、
大気中、1100℃で加熱する前及び5時間加熱した後の、CuKαを用いたX線回折測定により得られるX線回折パターンから求められる2θ=14.5°の回折線と2θ=29°の回折線と強度比〔I(14/29)値〕が下記式(2):
I(14/29)値≦2.36×10-3X-0.072 (2)
(前記式中、Xは前記ジルコニウムのモル分率を表す)
で表される条件を満たすものであることを特徴とする酸素貯蔵材料。
An oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide and iron added to the ceria-zirconia composite oxide,
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%,
The molar fraction of zirconium with respect to the total number of moles of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (X = Zr / (Ce + Zr) × 100) is X = 40 to 50%,
The lattice constant obtained from the X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα before heating at 1100° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours is given by the following formula (1):
Lattice constant≦−7.00×10 −3 X+10.874 (1)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
It satisfies the conditions represented by
Before heating at 1100 ° C. in the atmosphere and after heating for 5 hours, a diffraction line at 2θ = 14.5 ° and a diffraction line at 2θ = 29 ° obtained from X-ray diffraction patterns obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα. The diffraction line and the intensity ratio [I (14/29) value] are represented by the following formula (2):
I (14/29) value ≤ 2.36 × 10 -3 X - 0.072 (2)
(In the above formula, X represents the mole fraction of the zirconium)
An oxygen storage material that satisfies the conditions represented by:
前記ジルコニウムのモル分率XがX=45~50%であることを特徴とする請求項1に記載の酸素貯蔵材料。 2. The oxygen storage material according to claim 1, wherein the zirconium mole fraction X is X=45-50%. パイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料の製造方法であって、
セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との合計量に対する鉄の含有比率(Fe/(Ce+Zr)×100)が0.5~9at%であり、セリウム(Ce)とジルコニウム(Zr)との総モル数に対するジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が40~50%である鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末を準備する工程と、
前記鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末を30~350MPaの圧力で加圧成形した後、1400~2000℃の温度条件で還元処理し、さらに酸化処理して請求項1又は2に記載のパイロクロア型セリア-ジルコニア系複合酸化物と該セリア-ジルコニア系複合酸化物に添加された鉄とを含有する酸素貯蔵材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする酸素貯蔵材料の製造方法。
A method for producing an oxygen storage material containing a pyrochlore-type ceria-zirconia composite oxide and iron added to the ceria-zirconia composite oxide, comprising:
The content ratio of iron to the total amount of cerium (Ce) and zirconium (Zr) (Fe/(Ce + Zr) × 100) is 0.5 to 9 at%, and the total mole of cerium (Ce) and zirconium (Zr) preparing an iron-containing ceria-zirconia solid solution powder having a zirconium mole fraction (Zr/(Ce+Zr)×100) of 40 to 50%;
The pyrochlore-type ceria according to claim 1 or 2, wherein the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is pressure-molded at a pressure of 30 to 350 MPa, then subjected to reduction treatment under temperature conditions of 1400 to 2000° C., and further to oxidation treatment. - obtaining an oxygen storage material containing a zirconia-based composite oxide and iron added to the ceria-zirconia-based composite oxide;
A method for producing an oxygen storage material, comprising:
前記鉄含有セリア-ジルコニア系固溶体粉末における前記ジルコニウムのモル分率(Zr/(Ce+Zr)×100)が45~50%であることを特徴とする請求項3に記載の酸素貯蔵材料の製造方法。 4. The method for producing an oxygen storage material according to claim 3, wherein the zirconium molar fraction (Zr/(Ce+Zr)×100) in the iron-containing ceria-zirconia solid solution powder is 45 to 50%.
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