JP7307710B2 - Core-shell type oxygen storage/release material, method for producing same, catalyst for purifying exhaust gas using the same, and method for purifying exhaust gas - Google Patents

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本発明は、表面がアルミナ系酸化物で被覆されたセリア-ジルコニア系複合酸化物を含有するコアシェル型酸素吸放出材料、その製造方法、それを用いた排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a core-shell type oxygen absorbing/releasing material containing a ceria-zirconia composite oxide whose surface is coated with an alumina-based oxide, a method for producing the same, an exhaust gas purifying catalyst using the same, and an exhaust gas purifying method.

従来から、様々な金属酸化物を含有する複合酸化物が排ガス浄化用触媒用の担体や助触媒等として利用されてきた。このような複合酸化物中の金属酸化物としては、雰囲気中の酸素分圧に応じて酸素の吸放出が可能である(酸素吸放出能を持つ)ことから、セリアが好適に用いられてきた。そして、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ており、種々のセリア-ジルコニア系複合酸化物及びその製造方法が開示されている。 BACKGROUND ART Conventionally, composite oxides containing various metal oxides have been used as carriers, co-catalysts, etc. for exhaust gas purification catalysts. As the metal oxide in such a composite oxide, ceria has been suitably used because it is capable of absorbing and desorbing oxygen depending on the oxygen partial pressure in the atmosphere (has oxygen absorption and desorption capacity). . In recent years, various types of composite oxides containing ceria have been studied, and various ceria-zirconia composite oxides and production methods thereof have been disclosed.

また、前記セリア-ジルコニア系複合酸化物は高温(例えば、1000℃以上)では熱劣化し易いといった問題があることから、主に耐熱性を更に向上させることを目的として、前記セリア-ジルコニア系複合酸化物からなるコアと、その表面の少なくとも一部を覆うシェルとからなるコアシェル型の複合酸化物も研究されている。 In addition, since the ceria-zirconia-based composite oxide has a problem that it is easily deteriorated by heat at high temperatures (for example, 1000 ° C. or higher), the ceria-zirconia-based composite oxide Core-shell type composite oxides, which consist of a core made of an oxide and a shell covering at least part of the surface thereof, have also been studied.

例えば、特開2017-186225号公報(特許文献1)には、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと、該コアの少なくとも一部の表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えるコアシェル型酸化物材料が開示されている。また、特開2018-150207号公報(特許文献2)には、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと、該コアの少なくとも一部の表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備え、前記セリア-ジルコニア系固溶体粉末の体積基準の粒度分布における累積体積が50%となる二次粒子径D50が0.2~8.0μmであり、X線光電子分光分析により測定される、前記シェルの表面から深さ3nmの領域におけるAl元素の平均濃度が25~75at%であるコアシェル型酸化物材料が開示されている。さらに、特開2019-217464号公報(特許文献3)には、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと、該コアの少なくとも一部の表面に配置されている、αアルミナを含有するアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えており、大気中、1100℃で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°の回折線との強度比〔I(14/29)値〕が2%以上であり、2θ=35.2°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(35/29)値〕が0.03~1.2%であるコアシェル型酸素吸放出材料が開示されている。そして、特許文献1~3には、このようなコアシェル型酸化物材料やコアシェル型酸素吸放出材料によって、高温に曝された場合であっても、優れた酸素吸放出能を有し、かつ、優れたNOx浄化性能を発現する排ガス浄化用触媒が得られることも記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-186225 (Patent Document 1) describes a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase, and at least a part of the core. A core-shell oxide material is disclosed comprising a shell of an alumina-based oxide disposed on the surface. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-150207 (Patent Document 2) describes a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase, and at least a part of the core and a shell made of an alumina-based oxide disposed on the surface thereof, the ceria-zirconia-based solid solution powder having a secondary particle diameter D50 at which the cumulative volume is 50% in the volume-based particle size distribution of the powder is 0.2 to 8.0. It discloses a core-shell type oxide material having a thickness of 0 μm and an average Al element concentration of 25 to 75 at % in a region of 3 nm depth from the surface of the shell measured by X-ray photoelectron spectroscopy. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-217464 (Patent Document 3) describes a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase, and at least a part of the core A shell made of an alumina-based oxide containing α-alumina is arranged on the surface, and after heating at 1100 ° C. for 5 hours in the air, X obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα The intensity ratio [I (14/29) value] between the diffraction line at 2θ = 14.5° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the line diffraction pattern is 2% or more, and the 2θ = 35.2° A core-shell oxygen storage/release material is disclosed in which the intensity ratio [I(35/29) value] of the diffraction line and the diffraction line at 2θ=29° is 0.03 to 1.2%. Patent Documents 1 to 3 disclose that such core-shell type oxide materials and core-shell type oxygen storage/release materials have excellent oxygen storage/release capacity even when exposed to high temperatures, and It is also described that an exhaust gas purifying catalyst exhibiting excellent NOx purification performance can be obtained.

特開2017-186225号公報JP 2017-186225 A 特開2018-150207号公報JP 2018-150207 A 特開2019-217464号公報JP 2019-217464 A

しかしながら、特許文献1~3に記載のコアシェル型酸化物材料やコアシェル型酸素吸放出材料に貴金属を接触させた排ガス浄化用触媒においては、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合に、NOx浄化性能が低下するという問題があることを本発明者らは見出した。 However, in the exhaust gas purifying catalysts in which the noble metal is brought into contact with the core-shell type oxide material or the core-shell type oxygen storage/release material described in Patent Documents 1 to 3, when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas, The present inventors have found that there is a problem that the NOx purification performance is lowered.

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、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発現する排ガス浄化用触媒を得ることが可能なコアシェル型酸素吸放出材料、その製造方法、それを用いた排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化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 it is possible to obtain an exhaust gas purification catalyst that exhibits excellent NOx purification performance even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas. It is an object of the present invention to provide a core-shell type oxygen storage/release material, a manufacturing method thereof, an exhaust gas purifying catalyst using the same, and an exhaust gas purifying method.

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、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアの表面を、回転CVD法を適用してアルミナ系酸化物で被覆することによって、得られたコアシェル型酸素吸放出材料に貴金属が接触している触媒が、これに流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have found that the surface of a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one of ordered phases of a pyrochlore phase and a κ phase is treated by a rotary CVD method. By applying and coating with an alumina-based oxide, the catalyst in which the noble metal is in contact with the obtained core-shell type oxygen storage material is excellent even when the exhaust gas flowing into it is switched from lean gas to rich gas. The inventors have found that NOx purifying performance is exhibited, and have completed the present invention.

すなわち、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えており、
下記式:
アルミナ系酸化物の被覆率=CAl/(CAl+CCe+CZr+C)×100
(式中、CAl、CCe、CZr及びCは粒子表面のX線光電子分光分析により求められる金属元素の濃度を表し、CAlはAl濃度、CCeはCe濃度、CZrはZr濃度、CはAl、Ce及びZr以外の添加金属元素Mの濃度を表す)
により求められるアルミナ系酸化物の被覆率が80%以上であり、
前記シェルの平均厚さが2~75nmであり、
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°の回折線との強度比〔I(14/29)値〕が2%以上であり、
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=35.2°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(35/29)値〕が0.2%以下である、
ことを特徴とするものである。
That is, the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention comprises a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one of ordered phases of a pyrochlore phase and a κ phase, and an alumina-based oxide layer disposed on the surface of the core. a shell consisting of an object,
The formula below:
Alumina-based oxide coverage = C Al / (C Al + C Ce + C Zr + C M ) x 100
(Wherein, C Al , C Ce , C Zr and C M represent the concentrations of metal elements determined by X-ray photoelectron spectroscopy of the particle surface, C Al is the Al concentration, C Ce is the Ce concentration, C Zr is the Zr concentration, CM represents the concentration of the additive metal element M other than Al, Ce and Zr)
The coverage of the alumina-based oxide obtained by is 80% or more,
The shell has an average thickness of 2 to 75 nm,
The intensity ratio [I (14/29) value] of the diffraction line at 2θ = 14.5° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 2. % or more,
The intensity ratio [I (35/29) value] of the diffraction line at 2θ = 35.2° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 0. .2% or less,
It is characterized by

このような本発明のコアシェル型酸素吸放出材料においては、前記セリア-ジルコニア系固溶体粉末の比表面積が1.0m/g以下であることが好ましい。また、前記アルミナ系酸化物がθアルミナを含むものであることが好ましい。 In such a core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the specific surface area of the ceria-zirconia solid solution powder is preferably 1.0 m 2 /g or less. Moreover, it is preferable that the alumina-based oxide contains θ-alumina.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料の製造方法は、セリア-ジルコニア系固溶体を加圧成形して得られる成型体に1500℃以上の温度で還元処理を施した後、粉砕処理を施して、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を得る工程と、
前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を投入した反応炉を水平方向を回転軸として回転させることによって前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を攪拌しながら、前記反応炉内で、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末と気化したアルミナ前駆体とを酸化性雰囲気下で接触せしめて前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ系酸化物を付着させる工程と、
表面に前記アルミナ系酸化物が付着しているセリア-ジルコニア系固溶体粉末を焼成して、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えている、前記本発明のコアシェル型酸素吸放出材料を得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
In the method for producing a core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, a molded body obtained by pressure-molding a ceria-zirconia solid solution is subjected to a reduction treatment at a temperature of 1500° C. or higher, and then subjected to a pulverization treatment to obtain pyrochlore. a step of obtaining a ceria-zirconia solid solution powder having at least one ordered phase of a phase and a κ phase;
The ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is stirred by rotating the reactor into which the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is charged with the horizontal direction as the rotation axis. a step of contacting a ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase with a vaporized alumina precursor in an oxidizing atmosphere to adhere an alumina-based oxide to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase;
The ceria-zirconia solid solution powder having the alumina-based oxide attached to the surface is fired to form a core made of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase and an alumina-based oxide disposed on the surface of the core. a step of obtaining the core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention , comprising a shell made of
A method comprising:

また、本発明の排ガス浄化用触媒は、このような本発明のコアシェル型酸素吸放出材料と、該コアシェル型酸素吸放出材料に接触している貴金属とを備えていることを特徴とするものである。さらに、本発明の排ガス浄化方法は、このような本発明の排ガス浄化用触媒に、窒素酸化物を含有する排ガスを接触せしめることを特徴とする方法である。 Further, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is characterized by comprising the core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention and a noble metal in contact with the core-shell-type oxygen absorbing/releasing material. be. Further, the exhaust gas purifying method of the present invention is a method characterized by bringing the exhaust gas containing nitrogen oxides into contact with the exhaust gas purifying catalyst of the present invention.

ここで、本発明における回折線の強度比〔I(14/29)値〕及び〔I(35/29)値〕とは、それぞれ、測定対象のコアシェル型酸素吸放出材料について、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°の回折線のピーク強度I(29)に対する2θ=14.5°の回折線のピーク強度I(14)の割合〔I(14/29)値:I(14)/I(29)×100[%]〕、並びに、2θ=29°の回折線のピーク強度I(29)に対する2θ=35.2°の回折線のピーク強度I(35)の割合〔I(35/29)値:I(35)/I(29)×100[%]〕である。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「UltimaIV」)を用いて、CuKα線をX線源とし、管電圧:40V、管電流:30A、走査速度:10°/分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。 Here, the intensity ratios [I(14/29) value] and [I(35/29) value] of the diffraction beams in the present invention respectively refer to the core-shell type oxygen storage/release material to be measured using CuKα. 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° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement [I (14/29) value: I (14) / I (29) × 100 [%]], and the peak intensity I (29) of the diffraction line at 2θ = 29 ° of the diffraction line at 2θ = 35.2 ° It is the ratio of peak intensity I(35) [I(35/29) value: I(35)/I(29)×100[%]]. As a method for the X-ray diffraction measurement, an X-ray diffractometer (for example, "Ultima IV" manufactured by Rigaku Co., Ltd.) is used, CuKα rays are used as an X-ray source, tube voltage: 40 V, tube current: 30 A, scanning speed: A method of measuring at 10°/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.

また、2θ=14.5°の回折線は規則相(κ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-ジルコニア系固溶体(CZ固溶体)の立方晶相(111)面に帰属する回折線とが重なったものである。したがって、両者の回折線の強度比として算出されるI(14/29)値は、規則相の維持率(存在率)を示す指標として規定される。また、完全な規則相には、酸素が完全充填されたκ相(CeZr)と、酸素が完全に抜けたパイロクロア相(CeZr)とがあり、それぞれのPDFカード(κ相はPDF2:01-070-4048、パイロクロア相はPDF2:01-075-2694)から計算したκ相のI(14/29)値は4%、パイロクロア相のI(14/29)値は5%である。 In addition, the diffraction line at 2θ = 14.5° is a diffraction line attributed to the (111) plane of the ordered phase (κ phase), and the diffraction line at 2θ = 29° is a diffraction line attributed to the (222) plane of the ordered phase. line and the diffraction line attributed to the cubic phase (111) plane of the ceria-zirconia solid solution (CZ solid solution). Therefore, the I(14/29) value calculated as the intensity ratio of the two diffraction lines is defined as an index indicating the maintenance rate (existence rate) of the ordered phase. In addition, the complete ordered phase includes a κ phase (Ce 2 Zr 2 O 8 ) completely filled with oxygen and a pyrochlore phase (Ce 2 Zr 2 O 7 ) completely depleted of oxygen. I (14/29) value of κ phase calculated from card (PDF2:01-070-4048 for κ phase, PDF2:01-075-2694 for pyrochlore phase) is 4%, I (14/29) for pyrochlore phase The value is 5%.

さらに、規則相、すなわち、セリウムイオンとジルコニウムイオンとにより形成される規則配列構造を有する結晶相は、CuKαを用いた前記X線回折測定により得られるX線回折パターンの2θ角が14.5°、28°、37°、44.5°及び51°の位置にそれぞれピークを有する結晶の配列構造(φ’相(κ相と同一の相)型の規則配列相:蛍石構造の中に生ずる超格子構造)である。なお、ここにいう「ピーク」とは、ベースラインからピークトップまでの高さが30cps以上のものをいう。 Furthermore, the ordered phase, that is, the crystal phase having an ordered structure formed by cerium ions and zirconium ions, has an X-ray diffraction pattern obtained by the above X-ray diffraction measurement using CuKα with a 2θ angle of 14.5°. , 28°, 37°, 44.5° and 51°, respectively. superlattice structure). The term "peak" used herein refers to a height of 30 cps or more from the baseline to the peak top.

また、2θ=35.2°の回折線はαアルミナ(Al)相(α相)の(104)面に帰属する回折線である。したがって、上記の2θ=29°の回折線との強度比として算出されるI(35/29)値は、測定対象のコアシェル型酸素吸放出材料におけるα相の維持率(存在率)を示す指標として規定される。さらに、α相、すなわち、αアルミナの結晶相は、CuKαを用いた前記X線回折測定により得られるX線回折パターンの2θ角が35.2°、43.3°及び25.6°の位置にそれぞれピークを有する結晶の配列構造である。また、ここにいう「ピーク」とは、ベースラインからピークトップまでの高さが30cps以上のものをいう。 Moreover, the diffraction line at 2θ=35.2° is a diffraction line attributed to the (104) plane of the α-alumina (Al 2 O 3 ) phase (α-phase). Therefore, the I(35/29) value calculated as the intensity ratio to the diffraction line at 2θ = 29° is an index indicating the retention rate (abundance rate) of the α phase in the core-shell oxygen storage/release material to be measured. defined as Furthermore, the α phase, that is, the crystal phase of α-alumina, is located at positions where the 2θ angles of the X-ray diffraction pattern obtained by the X-ray diffraction measurement using CuKα are 35.2°, 43.3° and 25.6°. It is an arrangement structure of crystals having peaks at . The term "peak" used herein refers to a height of 30 cps or more from the baseline to the peak top.

なお、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料に貴金属を接触させた排ガス浄化用触媒が、これに流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発現す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、従来のセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなる酸素吸放出材料に貴金属を接触させた排ガス浄化用触媒においては、貴金属がセリア-ジルコニア系固溶体粉末に接触しているため、これらの相互作用により、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合におけるNOx浄化性能(リッチNOx過渡浄化性能)が低下する。 It should be noted that the reason why the exhaust gas purifying catalyst in which the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention is brought into contact with a noble metal exhibits excellent NOx purification performance even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas is not necessarily clear. However, the present inventors conjecture as follows. That is, in a conventional exhaust gas purifying catalyst in which a noble metal is brought into contact with an oxygen storage/release material made of a ceria-zirconia solid solution powder, the precious metal is in contact with the ceria-zirconia solid solution powder, and the interaction of these The NOx purification performance (rich NOx transient purification performance) is lowered when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas.

一方、特許文献1~3に記載のコアシェル型酸化物材料やコアシェル型酸素吸放出材料においては、セリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアの少なくとも一部の表面にアルミナ系酸化物からなるシェルが形成されているため、このようなコアシェル型酸化物材料やコアシェル型酸素吸放出材料に貴金属を接触させた排ガス浄化用触媒においては、貴金属がアルミナ系酸化物からなるシェルに接触しているため、貴金属(特に、ロジウム)とセリア-ジルコニア系固溶体粉末(特に、セリア)との接触による相互作用が抑制され、リッチNOx過渡浄化性能の低下が抑制される。しかしながら、特許文献1~3に記載のコアシェル型酸化物材料やコアシェル型酸素吸放出材料は、蒸発乾固法により、アルミナ系酸化物からなるシェルを形成しているため、溶媒乾燥時にアルミナ系酸化物の前駆体が偏析・凝集し、セリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアの表面をアルミナ系酸化物からなる薄膜状のシェルによって完全に被覆することが困難であり、アルミナ系酸化物からなるシェルの被覆率が必ずしも十分に高いものではなかった。このため、貴金属(特に、ロジウム)とセリア-ジルコニア系固溶体粉末(特に、セリア)との接触を十分に防ぐことができず、貴金属(特に、ロジウム)とセリア-ジルコニア系固溶体粉末(特に、セリア)とが接触した部分において、リッチNOx過渡浄化性能の低下が起こると推察される。 On the other hand, in the core-shell type oxide materials and core-shell type oxygen storage/release materials described in Patent Documents 1 to 3, a shell made of an alumina-based oxide is formed on at least a part of the surface of a core made of a ceria-zirconia solid solution powder. Therefore, in an exhaust gas purifying catalyst in which a noble metal is brought into contact with such a core-shell type oxide material or a core-shell type oxygen storage/release material, since the noble metal is in contact with the shell made of an alumina-based oxide, the precious metal (especially rhodium) and the ceria-zirconia solid solution powder (especially ceria) are inhibited from interacting with each other due to their contact, and the deterioration of rich NOx transient purification performance is suppressed. However, the core-shell type oxide materials and the core-shell type oxygen storage/release materials described in Patent Documents 1 to 3 form a shell made of an alumina-based oxide by an evaporation to dryness method. It is difficult to completely cover the surface of the core made of ceria-zirconia solid solution powder with a thin film shell made of alumina-based oxide, and the shell made of alumina-based oxide was not necessarily high enough. For this reason, contact between the noble metal (especially rhodium) and the ceria-zirconia solid solution powder (especially ceria) cannot be sufficiently prevented, and the noble metal (especially rhodium) and the ceria-zirconia solid solution powder (especially ceria) ) is in contact with the rich NOx transient purification performance.

他方、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、回転CVD法により、アルミナ系酸化物からなるシェルを形成しているため、セリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアの表面をアルミナ系酸化物からなる薄膜状のシェルによって高い被覆率で被覆することができる。このため、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料に貴金属を接触させた排ガス浄化用触媒においては、貴金属(特に、ロジウム)とセリア-ジルコニア系固溶体粉末(特に、セリア)との接触を十分に防ぐことができ、貴金属(特に、ロジウム)とセリア-ジルコニア系固溶体粉末(特に、セリア)との接触による相互作用が十分に抑制され、優れたリッチNOx過渡浄化性能が発現すると推察される。 On the other hand, in the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the shell made of alumina-based oxide is formed by the rotary CVD method. It can be coated with a thin shell with high coverage. Therefore, in the exhaust gas purifying catalyst in which the core-shell type oxygen storage and release material of the present invention is brought into contact with a noble metal, contact between the noble metal (especially rhodium) and the ceria-zirconia solid solution powder (especially ceria) is sufficiently prevented. It is presumed that interaction due to contact between the noble metal (especially rhodium) and the ceria-zirconia solid solution powder (especially ceria) is sufficiently suppressed, and excellent rich NOx transient purification performance is exhibited.

本発明によれば、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発現する排ガス浄化用触媒を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain an exhaust gas purification catalyst that exhibits excellent NOx purification performance even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas.

回転式CVD装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a rotary CVD apparatus; FIG. 実施例1~2及び比較例1~5で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末のアルミナの被覆率を示すグラフである。4 is a graph showing alumina coverage of the core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 5. FIG. 実施例1~2及び比較例1~5で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末のアルミナ薄膜の平均厚さを示すグラフである。4 is a graph showing average thicknesses of alumina thin films of core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 5. FIG. 実施例1で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を示す透過型電子顕微鏡写真である。1 is a transmission electron micrograph showing the core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を示す透過型電子顕微鏡写真である。4 is a transmission electron micrograph showing the core-shell oxygen-absorbing material powder obtained in Example 2. FIG. 実施例1で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末の電子線回折パターンを示す図である。1 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern of the core-shell oxygen storage/release material powder obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末の電子線回折パターンを示す図である。2 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern of the core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Example 2. FIG. 比較例1で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末の電子線回折パターンを示す図である。2 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern of the core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Comparative Example 1. FIG. 実施例1~2及び比較例1~5で得られた触媒のリッチNOx過渡浄化率を示すグラフである。4 is a graph showing the rich NOx transient removal rate of the catalysts obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-5.

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、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料について説明する。本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えており、
下記式:
アルミナ系酸化物の被覆率=CAl/(CAl+CCe+CZr+C)×100
(式中、CAl、CCe、CZr及びCは粒子表面のX線光電子分光分析により求められる金属元素の濃度を表し、CAlはAl濃度、CCeはCe濃度、CZrはZr濃度、CはAl、Ce及びZr以外の添加金属元素Mの濃度を表す)
により求められるアルミナ系酸化物の被覆率が80%以上であり、
前記シェルの平均厚さが2~75nmであり、
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°の回折線との強度比〔I(14/29)値〕が2%以上であり、
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=35.2°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(35/29)値〕が0.2%以下のものである。
First, the core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention will be described. The core-shell type oxygen storage/release material of the present invention comprises a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase, and an alumina-based oxide disposed on the surface of the core. with a shell that
The formula below:
Alumina-based oxide coverage = C Al / (C Al + C Ce + C Zr + C M ) x 100
(Wherein, C Al , C Ce , C Zr and C M represent the concentrations of metal elements determined by X-ray photoelectron spectroscopy of the particle surface, C Al is the Al concentration, C Ce is the Ce concentration, C Zr is the Zr concentration, CM represents the concentration of the additive metal element M other than Al, Ce and Zr)
The coverage of the alumina-based oxide obtained by is 80% or more,
The shell has an average thickness of 2 to 75 nm,
The intensity ratio [I (14/29) value] of the diffraction line at 2θ = 14.5° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 2. % or more,
The intensity ratio [I (35/29) value] of the diffraction line at 2θ = 35.2° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 0. .2% or less.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、CeとZrとが規則的に配列しているパイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアを備えるものである。このような規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアを備えるコアシェル型酸素吸放出材料は、蛍石構造を有するセリア-ジルコニア系固溶体よりもバルク内の酸素拡散速度が大きいため、酸素吸放出能(酸素吸放出速度(OSC-r))に優れている。なお、本発明にかかるセリア-ジルコニア系固溶体がパイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有することは、上記のCuKαを用いたX線回折測定により上記の規則相に特有のピークが認められることで確認することができる。 The core-shell type oxygen storage/release material of the present invention comprises a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having at least one of a pyrochlore phase and a κ phase in which Ce and Zr are regularly arranged. is. A core-shell type oxygen storage/release material having a core made of a ceria-zirconia solid solution powder having such an ordered phase has a higher oxygen diffusion rate in the bulk than a ceria-zirconia solid solution having a fluorite structure. Excellent release capacity (oxygen absorption/release rate (OSC-r)). The reason why the ceria-zirconia solid solution according to the present invention has at least one of the ordered phases of the pyrochlore phase and the κ phase is that the peak specific to the ordered phase is obtained by the X-ray diffraction measurement using the above CuKα. It can be confirmed by acknowledgment.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料においては、前記規則相の維持率(存在率)、すなわち前述のI(14/29)値が、2%以上であることが必要であり、3%以上であることがより好ましく、3.3%以上であることが更に好ましい。I(14/29)値が前記下限未満になると、規則相の維持率が低いため、高温に曝された場合に酸素吸蔵放出能が低下する。なお、I(14/29)値の上限として特に制限はないが、PDFカード(01-075-2694)から計算したパイロクロア相のI(14/29)値が上限となるという観点から、5%以下であることが好ましい。 In the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the retention rate (abundance rate) of the ordered phase, that is, the aforementioned I(14/29) value must be 2% or more, and 3% or more. 3.3% or more is more preferable. When the I(14/29) value is less than the above lower limit, the retention rate of the ordered phase is low, and thus the oxygen storage/release capacity is lowered when exposed to high temperatures. The upper limit of the I (14/29) value is not particularly limited, but from the viewpoint that the I (14/29) value of the pyrochlore phase calculated from the PDF card (01-075-2694) is the upper limit, 5% The following are preferable.

また、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料においては、大気中、1100℃で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=28.5°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(28/29)値〕が、8%以下であることが好ましく、6%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましい。I(28/29)値が前記上限を超えると、高温に曝された場合に酸素吸放出能が低下する傾向にある。なお、I(28/29)値の下限としては特に制限はなく、より小さい値となることが好ましい。 In addition, in the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, 2θ=28.5 obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα after heating at 1100° C. for 5 hours in the air. The intensity ratio [I(28/29) value] between the diffraction line at 20° and the diffraction line at 2θ=29° is preferably 8% or less, more preferably 6% or less, and 4% or less. It is even more preferable to have When the I(28/29) value exceeds the above upper limit, the oxygen absorption/desorption capacity tends to decrease when exposed to high temperatures. The lower limit of the I(28/29) value is not particularly limited, and a smaller value is preferable.

ここで、2θ=28.5°の回折線はCeO単体の(111)面に帰属する回折線であり、2θ=29°の回折線のピーク強度(I29)に対する2θ=28.5°の回折線のピーク強度(I28)の割合〔I(28/29)値:I28/I29×100[%]〕を算出することにより、これを複合酸化物からCeOが分相している程度を示す指標として規定することができる。前記X線回折測定の方法としては、上述のとおりである。 Here, the diffraction line at 2θ = 28.5° is the diffraction line attributed to the (111) plane of single CeO2 , and the peak intensity (I29) of the diffraction line at 2θ = 29° By calculating the ratio of the peak intensity (I28) of the diffraction line [I (28/29) value: I28/I29 × 100 [%]], the degree of phase separation of CeO 2 from the composite oxide can be determined. It can be specified as an index to show. The method of X-ray diffraction measurement is as described above.

また、このような規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末におけるCeとZrとの含有比率としては、モル比(Ce:Zr)で、35:65~65:35であることが好ましく、45:55~55:45であることがより好ましい。前記モル比(Ce:Zr)が前記範囲から逸脱すると、高温に曝された際、規則相が再配列によって蛍石構造に変化し、酸素吸放出能が低下する傾向にある。 In addition, the content ratio of Ce and Zr in the ceria-zirconia solid solution powder having such an ordered phase is preferably 35:65 to 65:35 in terms of molar ratio (Ce:Zr), and 45: A ratio of 55 to 55:45 is more preferred. When the molar ratio (Ce:Zr) deviates from the above range, the ordered phase tends to rearrange to change to a fluorite structure when exposed to high temperature, and the oxygen storage capacity tends to decrease.

このような規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアには、Ce以外の希土類元素やTi等の添加元素が更に含有されていてもよい。このような添加元素が含有されると、高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下がより抑制される傾向にある。前記添加元素としては、Sc、Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Yb、Lu、及びTi等が挙げられ、中でも、高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下が更に抑制されるという観点から、Y、La、Pr、Ndが好ましく、Prがより好ましい。なお、これらの添加元素は1種が単独で含有されていても2種以上が含有されていてもよい。また、前記添加元素が含有される場合、該元素は、通常、酸化物として前記コアに含有されており、さらに、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末に、固溶、分散等した状態で存在していることが好ましく、前記添加元素による効果を確実に得るためには、固溶していることがより好ましい。 The core composed of the ceria-zirconia solid solution powder having such an ordered phase may further contain additional elements such as rare earth elements other than Ce and Ti. When such an additive element is contained, there is a tendency to further suppress the decrease in oxygen absorption/desorption capacity when exposed to high temperatures. Examples of the additive elements include Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Lu, and Ti. Y, La, Pr, and Nd are preferable, and Pr is more preferable, from the viewpoint that the is further suppressed. These additive elements may be contained singly or in combination of two or more. In addition, when the additive element is contained, the element is usually contained in the core as an oxide, and is in a state of solid solution, dispersion, etc. in the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase. In order to obtain the effect of the additive element with certainty, it is more preferable to be in solid solution.

本発明にかかるコアにおいて、前記添加元素が含有される場合、その含有量としては、セリア元素、ジルコニア元素及び該添加元素の合計に対する該添加元素の割合(元素換算)で、20mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更に好ましい。前記添加元素の含有量が前記上限を超えると、規則相の耐熱性が低下し、高温に曝された場合に酸素吸放出能が低下する傾向にある。なお、前記添加元素の含有量の下限としては特に制限がないが、前記添加元素による効果を確実に得るためには、0.1mol%以上であることが好ましい。 In the core according to the present invention, when the additive element is contained, the content thereof is 20 mol % or less in terms of the ratio (element conversion) of the additive element to the total of the ceria element, the zirconia element and the additive element. preferably 10 mol % or less, and even more preferably 5 mol % or less. If the content of the additive element exceeds the above upper limit, the heat resistance of the ordered phase tends to decrease, and the oxygen absorption/desorption capacity tends to decrease when exposed to high temperatures. Although the lower limit of the content of the additive element is not particularly limited, it is preferably 0.1 mol % or more in order to reliably obtain the effect of the additive element.

本発明にかかるコアを形成する前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末においては、体積基準の粒度分布における累積体積が50%となる二次粒子径D50が0.1~30μmであることが好ましい。前記二次粒子径D50が前記下限未満になると、パイロクロア相構造及びκ相構造が熱劣化により蛍石構造に変化してCeOの酸素利用効率が減少するため、酸素吸放出能が低下する傾向にある。他方、前記二次粒子径D50が前記上限を超えると、相対的に比表面積が低下する上に、粒子内部からの酸素の拡散距離が長くなるため、酸素吸放出能、特に、酸素吸放出速度(OSC-r)が低下する傾向にある。このような前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の前記二次粒子径D50としては、より高い酸素吸放出能が発現するという観点から、1~15μmであることがより好ましく、3~10μmであることが更に好ましい。なお、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の前記二次粒子径D50は、例えば、粒度分布測定装置を用いて動的光散乱法により、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の体積基準の粒度分布曲線を求め、この粒度分布曲線における累積体積が50%となる粒子径として求めることができる。 In the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase that forms the core according to the present invention, the secondary particle diameter D50 at which the cumulative volume is 50% in the volume-based particle size distribution is 0.1 to 30 μm. preferable. When the secondary particle diameter D50 is less than the lower limit, the pyrochlore phase structure and the κ phase structure change to a fluorite structure due to thermal deterioration, and the oxygen utilization efficiency of CeO 2 decreases, so the oxygen storage capacity tends to decrease. It is in. On the other hand, when the secondary particle diameter D50 exceeds the upper limit, the specific surface area is relatively decreased and the diffusion distance of oxygen from the inside of the particle is increased, so the oxygen storage capacity, particularly the oxygen storage rate is reduced. (OSC-r) tends to decrease. The secondary particle diameter D50 of the ceria-zirconia solid solution powder having such an ordered phase is more preferably 1 to 15 μm, more preferably 3 to 10 μm, from the viewpoint of expressing higher oxygen absorption and release capacity. is more preferable. The secondary particle diameter D50 of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is determined, for example, by a dynamic light scattering method using a particle size distribution measuring device. A volume-based particle size distribution curve is obtained, and the particle diameter at which the cumulative volume in this particle size distribution curve is 50% can be obtained.

また、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の比表面積としては、特に制限がないが、1.0m/g以下であることが好ましく、0.1~0.9m/gであることがより好ましく、0.3~0.8m/gであることが更に好ましくい。前記比表面積が前記下限未満になると、酸素吸放出能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、粒子径が小さな粒子が増加し、高温耐久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。 The specific surface area of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase is not particularly limited, but is preferably 1.0 m 2 /g or less, and is 0.1 to 0.9 m 2 /g. is more preferable, and 0.3 to 0.8 m 2 /g is even more preferable. When the specific surface area is less than the lower limit, the oxygen storage capacity tends to decrease. Such a specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、このような前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと、このコアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えるものである。 The core-shell type oxygen storage/release material of the present invention comprises a core made of the ceria-zirconia solid solution powder having such an ordered phase, and a shell made of an alumina-based oxide disposed on the surface of the core. is.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料においては、前記α相の維持率(存在率)、すなわち、前述のI(35/29)値が、0.2%以下であることが必要であり、0.1%以下であることがより好ましく、0.05%以下であることが更に好ましく、0.03%以下であることが特に好ましく、0.02%以下であることが最も好ましい。I(35/29)値が前記上限を超えると、αアルミナによって酸素吸放出能が低下する。なお、I(35/29)値の下限としては特に制限はなく、より小さい値となることが好ましく、0%が最も好ましい。 In the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the retention rate (abundance rate) of the α phase, that is, the aforementioned I(35/29) value must be 0.2% or less. It is more preferably 0.1% or less, still more preferably 0.05% or less, particularly preferably 0.03% or less, and most preferably 0.02% or less. When the I(35/29) value exceeds the above upper limit, the oxygen absorption/desorption capacity decreases due to α-alumina. The lower limit of the I(35/29) value is not particularly limited, preferably a smaller value, most preferably 0%.

また、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料においては、下記式:
アルミナ系酸化物の被覆率=CAl/(CAl+CCe+CZr+C)×100
(式中、CAl、CCe、CZr及びCは粒子表面のX線光電子分光分析により求められる金属元素の濃度を表し、CAlはAl濃度、CCeはCe濃度、CZrはZr濃度、CはAl、Ce及びZr以外の添加金属元素Mの濃度を表す)
により求められるアルミナ系酸化物の被覆率が80%以上であることが必要であり、82%以上であることが好ましく、85%以上であることがより好ましく、88%以上であることが更に好ましい。前記アルミナ系酸化物の被覆率が前記下限未満になると、コアシェル型酸素吸放出材料に貴金属が接触している触媒において、貴金属(特に、ロジウム)がコア中のセリアと接触しやすく、貴金属(特に、ロジウム)とセリアとの相互作用により、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合におけるNOx浄化性能(以下、「リッチNOx過渡浄化性能」という)が低下する。なお、アルミナ系酸化物の被覆率の上限としては100%以下が好ましい。なお、本発明において、前記Al濃度CAl、前記Ce濃度CCe、前記Zr濃度CZr、Al、Ce及びZr以外の添加金属元素Mの濃度Cは、コアシェル型酸素吸放出材料のX線光電子分光(XPS)スペクトルを、例えば、X線光電子分光分析装置を用い、単色化されたAlKα(1486.6eV)をX線源とし、光電子取出角:45°、分析領域:200μmφ、チャージアップ補正:Zr3d 182.2eV(ZrO)の条件で測定し、得られたXPSスペクトルに基づいて、コアシェル型酸素吸放出材料の表面(シェルの表面)から深さ3nmの領域(約200μmφ)に存在する元素を定量することにより求めることができる。
Further, in the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the following formula:
Alumina-based oxide coverage = C Al / (C Al + C Ce + C Zr + C M ) x 100
(Wherein, C Al , C Ce , C Zr and C M represent the concentrations of metal elements determined by X-ray photoelectron spectroscopy of the particle surface, C Al is the Al concentration, C Ce is the Ce concentration, C Zr is the Zr concentration, CM represents the concentration of the additive metal element M other than Al, Ce and Zr)
The coverage of the alumina-based oxide obtained by is required to be 80% or more, preferably 82% or more, more preferably 85% or more, and even more preferably 88% or more. . When the coverage of the alumina-based oxide is less than the lower limit, in the catalyst in which the precious metal is in contact with the core-shell type oxygen storage/release material, the precious metal (especially rhodium) easily contacts with ceria in the core, and the precious metal (especially , rhodium) and ceria reduce the NOx purification performance when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas (hereinafter referred to as "rich NOx transitional purification performance"). Note that the upper limit of the coverage of the alumina-based oxide is preferably 100% or less. In the present invention, the Al concentration C Al , the Ce concentration C Ce , the Zr concentration C Zr , and the concentration CM of the additive metal element M other than Al, Ce, and Zr are determined by the X-ray concentration of the core-shell oxygen storage/release material. Photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum, for example, using an X-ray photoelectron spectrometer, using monochromatic AlKα (1486.6 eV) as an X-ray source, photoelectron extraction angle: 45 °, analysis area: 200 μmφ, charge-up correction :Zr3d Exists in a region (approximately 200 μmφ) at a depth of 3 nm from the surface of the core-shell type oxygen storage/release material (shell surface) based on the XPS spectrum obtained under the conditions of 182.2 eV (ZrO 2 ). It can be determined by quantifying the elements.

さらに、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料において、シェルの平均厚さとしては2~75nmであることが必要であり、2~50nmであることが好ましく、3~30nmであることがより好ましく、3~20nmであることが更に好ましい。シェルの平均厚さが前記下限未満になると、コアシェル型酸素吸放出材料に貴金属が接触している触媒において、貴金属(特に、ロジウム)がコア中のセリアと接触しやすく、貴金属(特に、ロジウム)とセリアとの相互作用により、リッチNOx過渡浄化性能が低下する。他方、前記上限を超えると、シェルによって酸素の拡散が阻害され、酸素吸放出能が低下する傾向にある。なお、本発明において、シェルの平均厚さは以下の方法により求めることができる。すなわち、先ず、常温硬化性エポキシ樹脂を用いてコアシェル型酸素吸放出材料をエポキシ樹脂硬化物に包埋させた試料を作製し、この試料を集束イオンビーム(FIB)加工又はミクロトーム加工により薄片化する。得られた薄片の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査型透過電子顕微鏡(STEM)により観察し、TEM像又はSTEM像を得るとともに、元素分布解析を行う。次に、得られた元素分布解析結果に基づいて、TEM像又はSTEM像においてアルミナ系酸化物が存在する領域を特定し、この領域をシェルとする。このシェルの厚さの測定点を、複数のTEM像又はSTEM像において、無作為に合計10点~20点抽出し、各測定点のシェルの厚さを測定して、それらの平均値を求め、これをシェルの平均厚さとする。 Furthermore, in the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the average thickness of the shell is required to be 2 to 75 nm, preferably 2 to 50 nm, more preferably 3 to 30 nm, More preferably, it is 3 to 20 nm. When the average thickness of the shell is less than the lower limit, in the catalyst in which the noble metal is in contact with the core-shell type oxygen storage/release material, the noble metal (especially rhodium) is likely to come into contact with the ceria in the core, and the noble metal (especially rhodium) interaction with ceria degrades rich NOx transient cleanup performance. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, the diffusion of oxygen is inhibited by the shell, and the oxygen absorbing/releasing capacity tends to decrease. In addition, in the present invention, the average thickness of the shell can be obtained by the following method. That is, first, a sample is prepared by embedding a core-shell type oxygen storage/release material in a cured epoxy resin using a room-temperature-curable epoxy resin, and this sample is thinned by focused ion beam (FIB) processing or microtome processing. . A cross section of the obtained flake is observed with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning transmission electron microscope (STEM) to obtain a TEM image or an STEM image, and element distribution analysis is performed. Next, based on the obtained elemental distribution analysis results, the region where the alumina-based oxide exists is specified in the TEM image or the STEM image, and this region is defined as the shell. A total of 10 to 20 points for measuring the thickness of the shell are randomly selected from a plurality of TEM images or STEM images, the thickness of the shell at each measurement point is measured, and the average value is obtained. , which is the average thickness of the shell.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料において、前記アルミナ系酸化物からなるシェルの含有量(好ましくはアルミナの含有量)としては、コア100質量部に対して0.1~20質量部であることが好ましく、0.5~15質量部であることがより好ましい。前記シェルの含有量が前記下限未満になると、コアシェル型酸素吸放出材料に貴金属が接触している触媒において、貴金属(特に、ロジウム)がコア中のセリアと接触しやすく、貴金属(特に、ロジウム)とセリアとの相互作用により、リッチNOx過渡浄化性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミナ系酸化物が凝集しやすくなり、これによって酸素の拡散が阻害され、酸素吸放出能が低下する傾向にある。 In the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, the content of the shell made of the alumina-based oxide (preferably the content of alumina) is 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the core. is preferred, and 0.5 to 15 parts by mass is more preferred. When the content of the shell is less than the lower limit, in the catalyst in which the noble metal is in contact with the core-shell type oxygen storage/release material, the noble metal (especially rhodium) easily comes into contact with the ceria in the core, and the noble metal (especially rhodium) and ceria, the rich NOx transient purification performance tends to decrease. On the other hand, if the above upper limit is exceeded, the alumina-based oxide tends to aggregate, which hinders the diffusion of oxygen and causes oxygen absorption and release. performance tends to decline.

本発明にかかるアルミナ系酸化物としては、θアルミナが好ましい。θアルミナを含有することによって、酸素吸放出能が向上する。なお、θアルミナが含有されることは、透過型電子顕微鏡を用いた電子線回折測定において、θアルミナに由来する得られる電子線回折パターンが認められることで確認することができる。 θ-alumina is preferable as the alumina-based oxide according to the present invention. By containing θ-alumina, the oxygen storage capacity is improved. The inclusion of θ-alumina can be confirmed by observing an electron beam diffraction pattern derived from θ-alumina in electron beam diffraction measurement using a transmission electron microscope.

また、このようなアルミナ系酸化物からなるシェルには、希土類元素(好ましくはCe以外の希土類元素)が更に含有されていてもよい。このような希土類元素がシェルに含有されると、シェルの高温耐久性がより向上する傾向にある。また、前記希土類元素としては、Sc、Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Yb、及びLu等が挙げられ、中でも、シェルの高温耐久性が更に向上するという観点から、Laが好ましい。なお、これらの希土類元素は1種が単独で含有されていても2種以上が含有されていてもよい。また、前記希土類元素が含有される場合、該元素は、通常、酸化物としてシェルに含有されている。 Moreover, the shell made of such an alumina-based oxide may further contain a rare earth element (preferably a rare earth element other than Ce). When such a rare earth element is contained in the shell, the high temperature durability of the shell tends to be further improved. Examples of the rare earth elements include Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, and Lu. La is preferred. These rare earth elements may be contained singly or in combination of two or more. Also, when the rare earth element is contained, the element is usually contained in the shell as an oxide.

本発明にかかるシェルにおいて、前記希土類元素が含有される場合、その含有量としては、Al元素及び該希土類元素の合計に対する該希土類元素の割合(元素換算)で、10mol%以下であることが好ましく、5mol%以下であることがより好ましく、2mol%以下であることが更に好ましい。前記希土類元素の含有量が前記上限を超えると、アルミネート相が形成され、シェルの比表面積の低下等、高温耐久性が低下する傾向にある。なお、前記希土類元素の含有量の下限としては特に制限がないが、前記希土類元素による効果を確実に得るためには、0.1mol%以上であることが好ましい。 In the shell according to the present invention, when the rare earth element is contained, the content thereof is preferably 10 mol % or less in terms of the ratio of the rare earth element to the total of the Al element and the rare earth element (in terms of element). , is more preferably 5 mol % or less, and even more preferably 2 mol % or less. When the content of the rare earth element exceeds the upper limit, an aluminate phase is formed, which tends to lower the specific surface area of the shell and lower the high-temperature durability. Although the lower limit of the content of the rare earth element is not particularly limited, it is preferably 0.1 mol % or more in order to reliably obtain the effect of the rare earth element.

また、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料の比表面積としては特に制限はないが、1.0m/g以下であることが好ましく、0.1~0.9m/gであることがより好ましく、0.3~0.8m/gであることが更に好ましくい。前記比表面積が前記下限未満になると、酸素吸放出能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、粒子径が小さな粒子が増加し、高温耐久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。 The specific surface area of the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1.0 m 2 /g or less, more preferably 0.1 to 0.9 m 2 /g. It is preferably 0.3 to 0.8 m 2 /g, and more preferably 0.3 to 0.8 m 2 /g. When the specific surface area is less than the lower limit, the oxygen storage capacity tends to decrease. Such a specific surface area can be calculated as a BET specific surface area from the adsorption isotherm using the BET isotherm adsorption equation.

次に、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料の製造方法について説明する。本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、例えば、以下の本発明のコアシェル型酸素吸放出材料の製造方法、すなわち、
セリア-ジルコニア系固溶体を加圧成形して得られる成型体に1500℃以上の温度で還元処理を施した後、粉砕処理を施して、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を得る工程(還元処理工程)と、
前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を投入した反応炉を水平方向を回転軸として回転させることによって前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を攪拌しながら、前記反応炉内で、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末と気化したアルミナ前駆体とを酸化性雰囲気下で接触せしめて前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ系酸化物を付着させる工程(回転CVD工程)と、
前記アルミナ系酸化物が表面に付着しているセリア-ジルコニア系固溶体粉末を焼成して、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えているコアシェル型酸素吸放出材料を得る工程(焼成工程)と、
を含む製造方法により製造することができる。
Next, a method for producing the core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention will be described. The core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention can be produced, for example, by the following method for producing the core-shell-type oxygen-absorbing material of the present invention, that is,
A molded body obtained by pressure molding a ceria-zirconia solid solution is subjected to a reduction treatment at a temperature of 1500° C. or higher and then to a pulverization treatment to have at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase. A step of obtaining a ceria-zirconia solid solution powder (reduction treatment step);
The ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is stirred by rotating the reactor into which the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is charged with the horizontal direction as the rotation axis. A step of contacting a ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase with a vaporized alumina precursor in an oxidizing atmosphere to attach an alumina oxide to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase (rotating CVD process) and
The ceria-zirconia solid solution powder having the alumina-based oxide attached to the surface is fired to obtain a core made of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase and an alumina-based oxide disposed on the surface of the core. a step of obtaining a core-shell oxygen-absorbing material having a shell made of a substance (firing step);
It can be manufactured by a manufacturing method including

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料を製造する際に用いられるセリア-ジルコニア系固溶体としては、CeとZrとの含有比率がモル比(Ce:Zr)で35:65~65:35であるものが好ましく、45:55~55:45であるものがより好ましい。モル比(Ce:Zr)が前記範囲から逸脱するセリア-ジルコニア系固溶体を用いると、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合に規則相が再配列により蛍石構造に変化し、酸素吸放出能が低下する傾向にある。 The ceria-zirconia solid solution used in the production of the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention has a content ratio of Ce and Zr in a molar ratio (Ce:Zr) of 35:65 to 65:35. is preferred, and a ratio of 45:55 to 55:45 is more preferred. When a ceria-zirconia-based solid solution having a molar ratio (Ce:Zr) outside the above range is used, when the obtained core-shell type oxygen storage/release material is exposed to high temperature, the ordered phase changes to a fluorite structure due to rearrangement. , the oxygen storage capacity tends to decrease.

このようなセリア-ジルコニア系固溶体には、Ce以外の希土類元素やTi等の添加元素が更に含有されていてもよい。このような添加元素が含有されると、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下がより抑制される傾向にある。また、このような添加元素としては、コアシェル型酸素吸放出材料のコアに含有されていてもよいものとして例示した前記添加元素が挙げられ、中でも、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下が更に抑制されるという観点から、Y、La、Pr、Ndが好ましく、Prがより好ましい。なお、これらの添加元素は1種が単独で含有されていても2種以上が含有されていてもよい。また、前記添加元素が含有される場合、該元素は、通常、酸化物としてコアに含有されており、さらに、前記セリア-ジルコニア系固溶体に、固溶、分散等した状態で存在していることが好ましく、前記添加元素による効果を確実に得るためには、固溶していることがより好ましい。 Such a ceria-zirconia solid solution may further contain additional elements such as rare earth elements other than Ce and Ti. When such an additive element is contained, there is a tendency that the decrease in oxygen storage capacity when the obtained core-shell type oxygen storage material is exposed to high temperature is further suppressed. Examples of such additive elements include the additive elements exemplified as those that may be contained in the core of the core-shell oxygen-absorbing material. Y, La, Pr, and Nd are preferable, and Pr is more preferable, from the viewpoint of further suppressing the decrease in the oxygen storage capacity when it is used. These additive elements may be contained singly or in combination of two or more. In addition, when the additive element is contained, the element is usually contained in the core as an oxide, and is present in the ceria-zirconia solid solution in a solid solution, dispersed state, or the like. is preferred, and in order to obtain the effect of the additive element with certainty, it is more preferred that the additive element is in solid solution.

このようなセリア-ジルコニア系固溶体には、Ce以外の希土類元素やTi等の添加元素が更に含有されていてもよい。このような添加元素が含有されると、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下がより抑制される傾向にある。また、このような添加元素としては、コアシェル型酸素吸放出材料のコアに含有されていてもよいものとして例示した前記添加元素が挙げられ、中でも、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下が更に抑制されるという観点から、Y、La、Pr、Ndが好ましく、Prがより好ましい。なお、これらの添加元素は1種が単独で含有されていても2種以上が含有されていてもよい。また、前記添加元素が含有される場合、該元素は、通常、酸化物としてコアに含有されており、さらに、前記セリア-ジルコニア系固溶体に、固溶、分散等した状態で存在していることが好ましく、前記添加元素による効果を確実に得るためには、固溶していることがより好ましい。 Such a ceria-zirconia solid solution may further contain additional elements such as rare earth elements other than Ce and Ti. When such an additive element is contained, there is a tendency that the decrease in oxygen storage capacity when the obtained core-shell type oxygen storage material is exposed to high temperature is further suppressed. Examples of such additive elements include the additive elements exemplified as those that may be contained in the core of the core-shell oxygen-absorbing material. Y, La, Pr, and Nd are preferable, and Pr is more preferable, from the viewpoint of further suppressing the decrease in the oxygen storage capacity when it is used. These additive elements may be contained singly or in combination of two or more. In addition, when the additive element is contained, the element is usually contained in the core as an oxide, and is present in the ceria-zirconia solid solution in a solid solution, dispersed state, or the like. is preferred, and in order to obtain the effect of the additive element with certainty, it is more preferred that the additive element is in solid solution.

前記セリア-ジルコニア系固溶体において、前記添加元素が含有される場合、その含有量としては、セリア元素、ジルコニア元素及び該添加元素の合計に対する該添加元素の割合(元素換算)で、20mol%以下が好ましく、10mol%以下がより好ましく、5mol%以下が更に好ましい。前記添加元素の含有量が前記上限を超えると、規則相の耐熱性が低下し、高温に曝された場合に酸素吸放出能が低下する傾向にある。なお、前記添加元素の含有量の下限として特に制限はないが、前記添加元素による効果を確実に得るためには、0.1mol%以上が好ましい。 In the ceria-zirconia solid solution, when the additive element is contained, the content thereof is 20 mol % or less in terms of the ratio (element conversion) of the additive element to the total of the ceria element, the zirconia element and the additive element. Preferably, 10 mol % or less is more preferable, and 5 mol % or less is even more preferable. If the content of the additive element exceeds the above upper limit, the heat resistance of the ordered phase tends to decrease, and the oxygen absorption/desorption capacity tends to decrease when exposed to high temperatures. Although the lower limit of the content of the additive element is not particularly limited, it is preferably 0.1 mol % or more in order to reliably obtain the effect of the additive element.

このようなセリア-ジルコニア系固溶体は、例えば、以下の共沈法により製造することができる。すなわち、セリウムの塩(例えば、硝酸塩)及びジルコニウムの塩(例えば、硝酸塩)、必要に応じて前記添加元素の塩(例えば、硝酸塩)及び界面活性剤等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させ、得られた共沈殿物を分離回収して洗浄した後、乾燥処理、焼成処理、粉砕処理を施すことによって、粉末状のセリア-ジルコニア系固溶体を得ることができる。なお、前記水溶液中の各原料の含有量は、得られるセリア-ジルコニア系固溶体中の各成分の含有量が所定量となるように適宜調整する。 Such a ceria-zirconia solid solution can be produced, for example, by the following coprecipitation method. That is, using an aqueous solution containing a cerium salt (e.g., nitrate) and a zirconium salt (e.g., nitrate), and optionally a salt of the additive element (e.g., nitrate), a surfactant, etc., in the presence of ammonia A powdery ceria-zirconia-based solid solution can be obtained by forming a co-precipitate, separating, collecting and washing the obtained co-precipitate, followed by drying, firing, and pulverization. The content of each raw material in the aqueous solution is appropriately adjusted so that the content of each component in the resulting ceria-zirconia solid solution is a predetermined amount.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料を製造する場合には、先ず、このようなセリア-ジルコニア系固溶体を加圧成形する。加圧成形時の圧力としては400~3500kgf/cm(39~343MPa)が好ましく、500~3000kgf/cm(49~294MPa)がより好ましい。成形圧力が前記範囲から逸脱すると、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合に酸素吸放出能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はなく、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。 When producing the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, first, such a ceria-zirconia solid solution is pressure-molded. The pressure during pressure molding is preferably 400 to 3500 kgf/cm 2 (39 to 343 MPa), more preferably 500 to 3000 kgf/cm 2 (49 to 294 MPa). If the molding pressure deviates from the above range, the resulting core-shell type oxygen-absorbing material tends to lower its oxygen-absorbing capacity when exposed to high temperatures. There is no particular limitation on the method of such pressure molding, and a known pressure molding method such as hydrostatic pressing can be employed as appropriate.

次に、得られた加圧成型体に1500℃以上の温度で還元処理を施す(還元処理工程)。これにより、本発明にかかるパイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体が形成される。このような規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体は、表面の熱安定性に優れており、緻密で固相反応が進行しにくい構造を有している。還元処理温度が前記下限未満になると、規則相の安定性が低く、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合に酸素吸放出能が低下する。また、規則相の安定性が向上し、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合の酸素吸放出能の低下が確実に抑制されるという観点から、還元処理温度としては1600℃以上が好ましい。また、還元処理時間としては0.5時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましい。還元処理時間が前記下限未満になると、規則相の安定性が低く、得られるコアシェル型酸素吸放出材料が高温に曝された場合に酸素吸放出能が低下する傾向にある。なお、還元処理温度及び還元処理時間の上限としては特に制限はないが、エネルギー効率や副生成物の低減の観点から、それぞれ、2000℃以下(より好ましくは1900℃以下)、24時間以下(より好ましくは10時間以下)が好ましい。 Next, the pressure-molded body thus obtained is subjected to reduction treatment at a temperature of 1500° C. or higher (reduction treatment step). As a result, a ceria-zirconia solid solution having at least one of ordered phases of the pyrochlore phase and the κ phase according to the present invention is formed. A ceria-zirconia solid solution having such an ordered phase has excellent thermal stability on the surface, and has a dense structure in which a solid-phase reaction hardly progresses. If the reduction treatment temperature is below the above lower limit, the stability of the ordered phase is low, and the oxygen storage capacity of the resulting core-shell type oxygen storage/release material is lowered when exposed to high temperatures. In addition, the reduction treatment temperature is 1600° C. from the viewpoint that the stability of the ordered phase is improved and the reduction in oxygen storage capacity when the obtained core-shell type oxygen storage material is exposed to high temperature is suppressed. The above is preferable. The reduction treatment time is preferably 0.5 hours or longer, more preferably 1 hour or longer. If the reduction treatment time is less than the above lower limit, the stability of the ordered phase is low, and the oxygen storage capacity tends to decrease when the obtained core-shell type oxygen storage/release material is exposed to high temperatures. The upper limits of the reduction treatment temperature and the reduction treatment time are not particularly limited. preferably 10 hours or less).

還元処理の方法としては、還元雰囲気下で前記加圧成型体に所定の温度で還元処理を施すことができる方法であれば特に制限はなく、例えば、(i)真空加熱炉内に前記加圧成型体を設置して真空引きした後に、炉内に還元性ガスを流入させて炉内の雰囲気を還元雰囲気とし、所定の温度で加熱して還元処理を施す方法、(ii)黒鉛製の炉を用いて炉内に前記加圧成型体を設置して真空引きした後、所定の温度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)活性炭を充填したルツボ内に前記加圧成型体を設置し、所定の温度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ルツボ内の雰囲気を還元雰囲気として還元処理を施す方法等が挙げられる。 The method of reduction treatment is not particularly limited as long as it is a method capable of reducing the pressure-molded body at a predetermined temperature in a reducing atmosphere. (ii) a method of performing a reduction treatment by heating at a predetermined temperature by introducing a reducing gas into the furnace to make the atmosphere in the furnace a reducing atmosphere after installing the molded body and evacuating the furnace; After the pressure-molded body is placed in the furnace and evacuated using (iii) placing the press-molded body in a crucible filled with activated carbon, heating it at a predetermined temperature, and reducing it with a reducing gas such as CO or HC generated from the activated carbon or the like; A method of applying a reduction treatment by setting the atmosphere in the crucible to a reducing atmosphere, or the like can be mentioned.

このような還元雰囲気を達成するために用いる還元性ガスとしては特に制限はなく、CO、HC、H、その他の炭化水素ガス等の還元性ガスが挙げられる。また、このような還元性ガスの中でも、より高温で還元処理を実施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、炭素(C)を含まないものが好ましい。このような炭素(C)を含まない還元性ガスを用いると、ジルコニウム等の融点に近いより高い温度での還元処理が可能となるため、規則相の安定性をより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 examples thereof include reducing gases such as CO, HC, H 2 and other hydrocarbon gases. In addition, among such reducing gases, carbon (C) is not included from the viewpoint of preventing the generation of duplicate products such as zirconium carbide (ZrC) when the reduction treatment is performed at a higher temperature. things are preferred. The use of such a reducing gas that does not contain carbon (C) enables reduction treatment at a higher temperature close to the melting point of zirconium or the like, so that the stability of the ordered phase can be sufficiently improved. becomes.

本発明のコアシェル型酸素吸放出材料の製造方法においては、前記還元処理の後に、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体に酸化処理を更に施すことが好ましい。これにより、還元処理中に失われた酸素が補填され、酸化物材料としての安定性が向上する傾向にある。このような酸化処理の方法としては特に制限はなく、例えば、酸化雰囲気下(例えば、大気中)において前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体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としては特に制限はないが、300~800℃程度が好ましい。さらに、前記酸化処理の際の加熱時間も特に制限はないが、0.5~5時間程度が好ましい。 In the method for producing a core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, it is preferable that the ceria-zirconia solid solution having the ordered phase is further subjected to an oxidation treatment after the reduction treatment. As a result, the oxygen lost during the reduction treatment is compensated for, and the stability as an oxide material tends to be improved. The method of such oxidation treatment is not particularly limited, and for example, a method of heat-treating the ceria-zirconia solid solution having the ordered phase in an oxidizing atmosphere (for example, in the air) can be suitably employed. The heating temperature for such oxidation treatment is not particularly limited, but is preferably about 300 to 800.degree. Furthermore, the heating time during the oxidation treatment is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 5 hours.

次に、このようにして得られた前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体に粉砕処理を施し、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を得る。粉砕処理の方法としては特に制限はなく、例えば、湿式粉砕法、乾式粉砕法、凍結粉砕法等が挙げられる。前記粉砕の条件としては、体積基準の粒度分布における累積体積が50%となる二次粒子径D50が所定の範囲内となるように粉砕することが好ましい。 Next, the ceria-zirconia solid solution having the ordered phase thus obtained is pulverized to obtain the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase. The pulverization method is not particularly limited, and examples thereof include wet pulverization, dry pulverization, freeze pulverization, and the like. As the condition of the pulverization, it is preferable to pulverize so that the secondary particle diameter D50 at which the cumulative volume becomes 50% in the volume-based particle size distribution falls within a predetermined range.

次に、回転CVD法により、上記のようにして得られた前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末とアルミナ前駆体とを酸化性雰囲気下で接触せしめて前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ系酸化物を付着させる(回転CVD工程)。 Next, by a rotary CVD method, the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase obtained as described above and an alumina precursor are brought into contact in an oxidizing atmosphere to obtain a ceria-zirconia system having an ordered phase. An alumina-based oxide is attached to the surface of the solid solution powder (rotary CVD process).

図1には、前記回転CVD工程で用いられる回転CVD装置1の概略図を示す。前記回転CVD装置1は、水平方向(重力方向に対して垂直な方向)を回転軸として回転可能な回転式成膜室11と、前駆体気化部12と、前記前駆体気化部12内に設置された前駆体ホルダー13と、加熱炉14とを備えるものである。前記前記回転式成膜室11には前駆体供給管15及び酸素含有ガス供給管16が接続されている。また、前記回転式成膜室11の内部には、ブレード17が設置されており、前記回転式成膜室11が回転することによって、前記回転式成膜室11内の粉末が攪拌される。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a rotary CVD apparatus 1 used in the rotary CVD process. The rotary CVD apparatus 1 is installed in a rotary film formation chamber 11 rotatable around a horizontal direction (a direction perpendicular to the direction of gravity) as a rotation axis, a precursor vaporization section 12 , and the precursor vaporization section 12 . The precursor holder 13 and the heating furnace 14 are provided. A precursor supply pipe 15 and an oxygen-containing gas supply pipe 16 are connected to the rotary film forming chamber 11 . A blade 17 is installed inside the rotary film-forming chamber 11 , and the powder in the rotary film-forming chamber 11 is agitated by the rotation of the rotary film-forming chamber 11 .

具体的には、先ず、前記回転式CVD装置1の回転式成膜室11内に前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を投入する。また、前記前駆体ホルダー13にアルミナ前駆体Aを投入する。ここで用いられるアルミナ前駆体としては、CVD法(化学気相成長法)によるアルミナ系酸化物薄膜の形成に用いることが可能なものであれば特に制限はなく、例えば、有機アルミニウム錯体(トリス(ジピバロイルメタナト)アルミニウム(Al(DPM))、トリス(2,4-ペンタンジオナト)アルミニウム(アルミニウムアセチルアセトナト、Al(acac))、トリメチルアルミニウム(TMA)等)が挙げられる。これらのアルミナ前駆体は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。また、これらのアルミナ前駆体の中でも、入手しやすく、大気中での安定性が高く、取扱いやすく、気化分解温度が低いという観点から、Al(DPM)、Al(acac)が好ましく、Al(DPM)がより好ましい。 Specifically, first, the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is introduced into the rotary film forming chamber 11 of the rotary CVD apparatus 1 . Also, the alumina precursor A is put into the precursor holder 13 . The alumina precursor used here is not particularly limited as long as it can be used to form an alumina-based oxide thin film by CVD (chemical vapor deposition). dipivaloylmethanato)aluminum (Al(DPM) 3 ), tris(2,4-pentanedionato)aluminum (aluminum acetylacetonato, Al(acac) 3 ), trimethylaluminum (TMA), etc.). These alumina precursors may be used singly or in combination of two or more. Among these alumina precursors, Al(DPM) 3 and Al(acac) 3 are preferable from the viewpoints of easy availability, high stability in the atmosphere, easy handling, and low vaporization decomposition temperature. (DPM) 3 is more preferred.

アルミナ前駆体の投入量としては、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末100質量部に対して0.1~20質量部であることが好ましく、0.5~15質量部であることがより好ましい。アルミナ前駆体の投入量が前記下限未満になると、コアシェル型酸素吸放出材料におけるシェルの含有量が不足し、コアシェル型酸素吸放出材料に貴金属が接触している触媒において、貴金属(特に、ロジウム)がコア中のセリアと接触しやすく、貴金属(特に、ロジウム)とセリアとの相互作用により、リッチNOx過渡浄化性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、コアシェル型酸素吸放出材料におけるシェルの含有量が過剰となり、アルミナ系酸化物が凝集しやすく、これによって酸素の拡散が阻害され、酸素吸放出能が低下する傾向にある。 The amount of the alumina precursor added is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.5 to 15 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase. more preferred. If the input amount of the alumina precursor is less than the above lower limit, the content of the shell in the core-shell type oxygen storage/release material becomes insufficient, and in the catalyst in which the noble metal is in contact with the core-shell type oxygen storage/release material, the noble metal (especially rhodium) is likely to come into contact with ceria in the core, and the interaction between noble metals (especially rhodium) and ceria tends to reduce the rich NOx transient purification performance. When the content of the shell becomes excessive, the alumina-based oxide tends to agglomerate, which hinders the diffusion of oxygen and tends to reduce the oxygen absorption and release capacity.

次に、前記前駆体気化部12にキャリアガスを供給しながら前記前駆体ホルダー13内のアルミナ前駆体を加熱して気化させる。アルミナ前駆体の加熱温度としては、160~220℃が好ましく、170~200℃がより好ましく、180~195℃が更に好ましい。アルミナ前駆体の加熱温度が前記下限未満になると、アルミナ前駆体の気化速度が遅くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミナ前駆体の気化速度が速くなりすぎてコーティングムラが多くなる傾向にある。また、前記キャリアガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスが挙げられる。キャリアガスの流量としては、5~100sccmが好ましく、5~60sccmがより好ましく、6~50sccmが更に好ましい。 Next, the alumina precursor in the precursor holder 13 is heated and vaporized while supplying a carrier gas to the precursor vaporizer 12 . The heating temperature of the alumina precursor is preferably 160 to 220°C, more preferably 170 to 200°C, even more preferably 180 to 195°C. If the heating temperature of the alumina precursor is less than the lower limit, the evaporation rate of the alumina precursor tends to be slow. There is a tendency. Moreover, as said carrier gas, inert gas, such as argon gas and nitrogen gas, is mentioned. The flow rate of the carrier gas is preferably 5-100 sccm, more preferably 5-60 sccm, and even more preferably 6-50 sccm.

次に、このようにして気化したアルミナ前駆体を前記キャリアガスとともに、前記前駆体供給管15を通して前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末が投入された前記回転式成膜室11に供給し、また、酸素含有ガス(酸素ガス又は酸素と不活性ガスの混合ガス)を、前記気化したアルミナ前駆体とは独立に、前記酸素含有ガス供給管16を通して前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末が投入された前記回転式成膜室11に供給する。このとき、前記回転式成膜室11を水平方向を回転軸として回転させながら、前記気化したアルミナ前駆体と前記酸素含有ガスとを前記回転式成膜室11に供給することによって、前記回転式成膜室11内の前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を攪拌しながら、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末と前記気化したアルミナ前駆体とを酸化性雰囲気下で接触させることができる。これにより、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面に前記アルミナ前駆体を付着させながら、前記アルミナ前駆体をアルミナ系酸化物に変換することができ、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面に前記アルミナ系酸化物を付着させることができる。なお、前記アルミナ前駆体は、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面に付着する直前に前記アルミナ系酸化物に変換されてもよいし、付着と同時に変換されてもよいし、付着した後(好ましくは直後)に変換されてもよい。 Next, the alumina precursor vaporized in this way is supplied together with the carrier gas through the precursor supply pipe 15 to the rotary film forming chamber 11 into which the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is charged. , Also, an oxygen-containing gas (oxygen gas or a mixed gas of oxygen and an inert gas) is supplied through the oxygen-containing gas supply pipe 16 independently of the vaporized alumina precursor to the ceria-zirconia solid solution having the ordered phase. The powder is supplied to the rotary film forming chamber 11 into which the powder is charged. At this time, while rotating the rotary film-forming chamber 11 about the horizontal direction as a rotation axis, the vaporized alumina precursor and the oxygen-containing gas are supplied to the rotary film-forming chamber 11, whereby the rotary film-forming chamber 11 is rotated. While stirring the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase in the film forming chamber 11, the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase and the vaporized alumina precursor are brought into contact with each other in an oxidizing atmosphere. can be done. As a result, the alumina precursor can be converted into an alumina-based oxide while adhering the alumina precursor to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase, and the ceria-zirconia having the ordered phase The alumina-based oxide can be adhered to the surface of the solid-solution powder. The alumina precursor may be converted to the alumina-based oxide just before it adheres to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase, may be converted at the same time as the adhesion, or may may be converted after (preferably immediately after).

前記酸素含有ガス中の酸素濃度は、100%であっても100%未満であってもよいが、前記回転式成膜室11内の酸素と不活性ガスとの体積比(酸素/不活性ガス)が好ましくは1/10~5/1、より好ましくは1/5~5/1、更に好ましくは1/2~5/1、特に好ましくは1/1~5/1となるように、前記キャリアガス及び後述する酸素含有ガスの流量を考慮して設定する。前記回転式成膜室11内の酸素と不活性ガスとの体積比が前記下限未満になると、アルミナ前駆体の酸化反応が阻害され、十分なアルミナ系酸化物からなるシェルが形成されにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えると、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ前駆体が到達する前に、アルミナ前駆体が酸化され、アルミナ系酸化物からなる均一なシェルが形成されにくい傾向にある。また、不活性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス等が挙げられる。 The oxygen concentration in the oxygen-containing gas may be 100% or less than 100%. ) is preferably 1/10 to 5/1, more preferably 1/5 to 5/1, still more preferably 1/2 to 5/1, particularly preferably 1/1 to 5/1. It is set in consideration of the flow rates of the carrier gas and the oxygen-containing gas, which will be described later. When the volume ratio of oxygen and inert gas in the rotary film forming chamber 11 is less than the lower limit, the oxidation reaction of the alumina precursor is inhibited, and a shell made of a sufficient alumina-based oxide tends to be difficult to form. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the alumina precursor is oxidized before the alumina precursor reaches the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase, and a uniform shell made of alumina-based oxide is formed. tend to be difficult to form. Moreover, argon gas, nitrogen gas, etc. are mentioned as an inert gas.

また、前記酸素含有ガスの流量は、前記回転式成膜室11内の酸素と不活性ガスとの体積比が前記範囲内となるように、前記キャリアガスの流量及び前記酸素含有ガス中の酸素濃度を考慮して設定されるが、1~300sccmであることが好ましく、20~250sccmであることがより好ましく、24~200sccmであることが更に好ましい。酸素含有ガスの流量が前記下限未満になると、前記回転式成膜室11内において成膜に適した酸素濃度を達成できず、十分なアルミナ系酸化物からなるシェルが形成されにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えると、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ前駆体が到達する前に、アルミナ前駆体が酸化され、アルミナ系酸化物からなる均一なシェルが形成されにくい傾向にある。 In addition, the flow rate of the oxygen-containing gas is adjusted so that the volume ratio of oxygen and inert gas in the rotary film forming chamber 11 is within the above range. Although it is set in consideration of the concentration, it is preferably 1 to 300 sccm, more preferably 20 to 250 sccm, even more preferably 24 to 200 sccm. If the flow rate of the oxygen-containing gas is less than the lower limit, the oxygen concentration suitable for film formation cannot be achieved in the rotary film forming chamber 11, and a sufficient shell made of alumina-based oxide tends to be difficult to form. On the other hand, when the upper limit is exceeded, the alumina precursor is oxidized before it reaches the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase, and a uniform shell made of alumina-based oxide is formed. tends to be difficult.

前記回転式成膜室の回転数としては、10~60rpmが好ましく、20~45rpmがより好ましく、25~30rpmが更に好ましい。成膜室の回転数が前記下限未満になると、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の浮遊時間が短くなり、アルミナ系酸化物からなるシェルの厚さが薄くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末が凝集しやすくなり、アルミナ系酸化物からなる均一なシェルを形成することが困難となる傾向にある。 The rotational speed of the rotary film forming chamber is preferably 10 to 60 rpm, more preferably 20 to 45 rpm, even more preferably 25 to 30 rpm. When the rotation speed of the film forming chamber is less than the lower limit, the floating time of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase becomes short, and the thickness of the shell made of the alumina-based oxide tends to become thin. If the above upper limit is exceeded, the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase tends to aggregate, making it difficult to form a uniform shell made of an alumina oxide.

このようにして、表面に前記アルミナ前駆体が付着した前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を酸化性雰囲気下で加熱することによって、前記アルミナ前駆体をアルミナ系酸化物に変換し、表面に前記アルミナ系酸化物が付着した前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末が得られる。 In this way, by heating the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase with the alumina precursor attached to the surface in an oxidizing atmosphere, the alumina precursor is converted to an alumina oxide, and the surface A ceria-zirconia-based solid solution powder having the ordered phase in which the alumina-based oxide adheres to is obtained.

前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の加熱温度(成膜温度)としては、400~1100℃が好ましく、600~1000℃がより好ましく、800~1000℃が更に好ましい。成膜温度が前記下限未満になると、アルミナ系酸化物からなるシェルを安定して形成できない場合があり、他方、前記上限を超えると、アルミナの結晶化が進行し、多孔性を損なう傾向にある。 The heating temperature (film formation temperature) of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase is preferably 400 to 1100°C, more preferably 600 to 1000°C, and even more preferably 800 to 1000°C. If the film formation temperature is less than the lower limit, it may not be possible to stably form a shell made of an alumina-based oxide. .

また、前記回転式成膜室内の圧力(成膜時の全圧)としては、50~2000Paが好ましく、100~1000Paがより好ましく、500~1000Paが更に好ましい。前記成膜時の全圧が前記下限未満になると、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉の表面に供給される酸素及びアルミナ前駆体の濃度が低下し、アルミナ系酸化物からなるシェルの形成速度が遅くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、アルミナ前駆体の配管詰まりが起こりやすくなる傾向にある。 The pressure in the rotary film forming chamber (total pressure during film formation) is preferably 50 to 2000 Pa, more preferably 100 to 1000 Pa, and even more preferably 500 to 1000 Pa. When the total pressure during the film formation is less than the lower limit, the concentrations of oxygen and alumina precursor supplied to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase decrease, and the shell made of the alumina-based oxide is formed. The formation rate tends to be slow, and on the other hand, if the upper limit is exceeded, the alumina precursor tends to clog the piping.

成膜時間としては、30~240分間が好ましく、60~180分間がより好ましく、60~120分間が更に好ましい。成膜時間が前記下限未満になると、アルミナ系酸化物からなるシェルの厚さが薄くなりすぎる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、シェルを構成するアルミナ系酸化物が凝集しやすくなる傾向にある。 The film formation time is preferably 30 to 240 minutes, more preferably 60 to 180 minutes, even more preferably 60 to 120 minutes. If the film formation time is less than the lower limit, the thickness of the shell made of the alumina-based oxide tends to be too thin, while if it exceeds the upper limit, the alumina-based oxide constituting the shell tends to aggregate easily. It is in.

次に、このようにして、得られた表面に前記アルミナ系酸化物が付着した前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を焼成する(焼成工程)。これにより、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと、このコアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えている本発明のコアシェル型酸素吸放出材料が得られる。 Next, the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase with the alumina-based oxide adhering to the surface thus obtained is fired (firing step). As a result, the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention comprising a core made of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase and a shell made of an alumina oxide disposed on the surface of the core is produced. can get.

焼成温度としては、300~1100℃が好ましく、500~900℃がより好ましい。焼成温度が前記下限未満になると、安定したシェルが形成しにくい傾向にあり、他方、前記上限を超えると、αアルミナが形成され、酸素吸放出能が低下する傾向にある。また、焼成時間は特に制限はないが、2~10時間であることが好ましい。 The firing temperature is preferably 300 to 1100°C, more preferably 500 to 900°C. When the firing temperature is less than the lower limit, it tends to be difficult to form a stable shell. Although the firing time is not particularly limited, it is preferably 2 to 10 hours.

次に、本発明の排ガス浄化用触媒について説明する。本発明の排ガス浄化用触媒は、前記本発明のコアシェル型酸素吸放出材料と、このコアシェル型酸素吸放出材料に接触している貴金属とを備えるものである。このような本発明の排ガス浄化用触媒は、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能(リッチNOx過渡浄化性能)を発現するものである。 Next, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention will be described. The exhaust gas purifying catalyst of the present invention comprises the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention and a noble metal in contact with the core-shell type oxygen storage/release material. Such an exhaust gas purifying catalyst of the present invention exhibits excellent NOx purification performance (rich NOx transient purification performance) even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas.

本発明の排ガス浄化用触媒において、前記貴金属としては、優れたNOx浄化性能が得られるという観点から、Rh、Pd、Ptが好ましく、Rh、Pdがより好ましく、Rhが特に好ましい。本発明の排ガス浄化用触媒において、このような貴金属は、前記コアシェル型酸素吸放出材料と接触していれば、その形態は特に制限されず、前記コアシェル型酸素吸放出材料の表面に直接貴金属を担持して接触させてもよいが、操作が簡便であるという観点から、前記コアシェル型酸素吸放出材料と、貴金属を担持した他の酸化物材料とを混合して接触させてもよい。 In the exhaust gas purification catalyst of the present invention, the noble metal is preferably Rh, Pd, or Pt, more preferably Rh or Pd, and particularly preferably Rh, from the viewpoint of obtaining excellent NOx purification performance. In the exhaust gas purifying catalyst of the present invention, the form of such noble metal is not particularly limited as long as it is in contact with the core-shell type oxygen-absorbing material. They may be carried and brought into contact, but from the viewpoint of simple operation, the core-shell type oxygen storage/release material and other oxide material carrying a noble metal may be mixed and brought into contact.

本発明の排ガス浄化用触媒は、ペレット状のものを反応管等に充填して使用してもよいが、実用性の観点から、ハニカム基材の細孔の内壁に、本発明の排ガス浄化用触媒からなる層とアルミナを含有する触媒層とを形成したハニカム触媒として使用することが好ましい。また、このようなハニカム触媒のうち、高温や高流速ガスに曝された場合であっても優れた酸素吸放出能を有し、かつ、優れたNOx浄化性能を発現するという観点から、ハニカム基材の細孔の内壁に形成された貴金属及びアルミナを含有する触媒下層と、この触媒下層の上に形成された本発明の排ガス浄化用触媒からなる触媒上層とを備えるものが好ましく、前記触媒上層が本発明のコアシェル型酸素吸放出材料と貴金属を担持したジルコニアとの混合物からなるものがより好ましい。 The exhaust gas purifying catalyst of the present invention may be used in the form of pellets filled in a reaction tube or the like. It is preferably used as a honeycomb catalyst in which a catalyst layer and an alumina-containing catalyst layer are formed. In addition, among such honeycomb catalysts, from the viewpoint of exhibiting excellent oxygen storage and release performance even when exposed to high temperature and high flow rate gas and exhibiting excellent NOx purification performance, honeycomb catalysts are preferred. It is preferable to have a catalyst lower layer containing noble metal and alumina formed on the inner walls of the pores of the material, and a catalyst upper layer composed of the exhaust gas purifying catalyst of the present invention formed on the catalyst lower layer, and the catalyst upper layer is more preferably a mixture of the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention and zirconia supporting a noble metal.

次に、本発明の排ガス浄化方法について説明する。本発明の排ガス浄化方法は、前記本発明の排ガス浄化用触媒に、窒素酸化物を含有する排ガスを接触せしめるものである。本発明の排ガス浄化用触媒に前記排ガスを接触させる方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、内燃機関から排出されるガスが流通する排ガス管内に上記本発明の排ガス浄化用触媒を配置することにより、排ガス浄化用触媒に対して内燃機関からの排ガスを接触させる方法を採用してもよい。 Next, the exhaust gas purifying method of the present invention will be described. The exhaust gas purifying method of the present invention comprises contacting exhaust gas containing nitrogen oxides with the exhaust gas purifying catalyst of the present invention. The method for bringing the exhaust gas into contact with the exhaust gas purifying catalyst of the present invention is not particularly limited, and a known method can be appropriately adopted. By arranging the exhaust gas purifying catalyst of the invention, a method of contacting the exhaust gas purifying catalyst with the exhaust gas from the internal combustion engine may be employed.

本発明の排ガス浄化方法において用いられる上記本発明の排ガス浄化用触媒は、優れたリッチNOx過渡浄化性能を有するものであるため、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発揮させることが可能であり、例えば、前記本発明の排ガス浄化用触媒を用いて自動車等の内燃機関からの排ガスを浄化する場合において、排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わっても、前記排ガス中に含まれるNOx等の有害ガスを十分に浄化することが可能となる。 Since the exhaust gas purification catalyst of the present invention used in the exhaust gas purification method of the present invention has excellent rich NOx transient purification performance, even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas, excellent It is possible to exhibit NOx purification performance, and for example, when purifying exhaust gas from an internal combustion engine of an automobile or the like using the exhaust gas purification catalyst of the present invention, even if the exhaust gas is switched from lean gas to rich gas, It is possible to sufficiently purify harmful gases such as NOx contained in the exhaust gas.

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。なお、実施例及び比較例で使用したセリア-ジルコニア-プラセオジム複合酸化物粉末は以下の方法により調製した。 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. The ceria-zirconia-praseodymium composite oxide powder used in Examples and Comparative Examples was prepared by the following method.

(調製例1)
セリウムとジルコニウムとプラセオジムとの含有比率がモル比([セリウム]:[ジルコニウム]:[プラセオジム])で45:54:1であるセリア-ジルコニア系固溶体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%の硝酸セリウム水溶液442gと、ZrO換算で18質量%のオキシ硝酸ジルコニウム水溶液590gと、Pr11換算で1.2gとなる量の硝酸プラセオジムを含む水溶液100gと、含有されるセリウムの1.1倍モル量の過酸化水素を含む過酸化水素水197gとを、中和当量に対して1.2倍当量のアンモニアを含有する水溶液1217gに添加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110℃で10時間以上乾燥した後、大気中、400℃で5時間焼成してセリウムとジルコニウムとプラセオジムとの固溶体(CeO-ZrO-Pr11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、前記セリア-ジルコニア-プラセオジム固溶体粉末を得た。
(Preparation Example 1)
A ceria-zirconia solid solution powder containing cerium, zirconium and praseodymium in a molar ratio ([cerium]:[zirconium]:[praseodymium]) of 45:54:1 was prepared as follows. That is, first, it contains 442 g of a 28% by mass cerium nitrate aqueous solution in terms of CeO2, 590 g of an 18% by mass zirconium oxynitrate aqueous solution in terms of ZrO2 , and 1.2 g of praseodymium nitrate in terms of Pr6O11 . 100 g of the aqueous solution and 197 g of hydrogen peroxide solution containing 1.1 molar amount of hydrogen peroxide as much as the contained cerium were added to 1217 g of the aqueous solution containing 1.2 molar equivalents of ammonia with respect to the neutralization equivalent. The resulting coprecipitate was centrifuged and washed with deionized water. Next, the obtained coprecipitate was dried at 110° C. for 10 hours or longer and then calcined in the atmosphere at 400° C. for 5 hours to form a solid solution of cerium, zirconium and praseodymium (CeO 2 —ZrO 2 —Pr 6 O 11 solid solution) was obtained. Thereafter, the solid solution was pulverized using a pulverizer ("Wonder Blender" manufactured by AS ONE Co., Ltd.) so that the particle size became 75 μm or less by sieving to obtain the ceria-zirconia-praseodymium solid solution powder.

次に、このセリア-ジルコニア-プラセオジム固溶体粉末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2000kgf/cm(196MPa)の圧力(成型圧力)で1分間、静水圧プレス(CIP)成形を行い、セリア-ジルコニア-プラセオジム固溶体粉末の成型体を得た。成型体のサイズは、縦4cm、横4cm、平均厚み7mm、質量約20gとした。 Next, 20 g of this ceria-zirconia-praseodymium solid solution powder was packed in a polyethylene bag (capacity: 0.05 L), the inside 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 a hydrostatic press (molding pressure) of 2000 kgf/cm 2 (196 MPa) for 1 minute. CIP) molding was performed to obtain a molding of the ceria-zirconia-praseodymium solid solution powder. The size of the molded body was 4 cm long, 4 cm wide, 7 mm average thickness, and about 20 g in mass.

次いで、得られた成型体(2枚)を、活性炭70gを充填したルツボ(内容積:直径8cm、高さ7cm)内に配置し、蓋をした後、高速昇温電気炉に入れ、1000℃まで1時間かけて昇温し、さらに、1700℃まで4時間かけて昇温した後、1700℃(還元処理温度)で5時間加熱した。その後、1000℃まで4時間かけて冷却した後、自然放冷により室温まで冷却して還元焼成物を得た。 Next, the obtained moldings (2 sheets) were placed in a crucible (inner volume: 8 cm in diameter, 7 cm in height) filled with 70 g of activated carbon, covered with a lid, and then placed in a high-speed heating electric furnace and heated to 1000 ° C. The temperature was raised to 1700° C. over 1 hour, further raised to 1700° C. over 4 hours, and then heated at 1700° C. (reduction treatment temperature) for 5 hours. Then, after cooling to 1000° C. over 4 hours, it was naturally cooled to room temperature to obtain a reduction fired product.

次に、この還元焼成物を大気中、500℃の温度条件で5時間加熱して酸化し、複合酸化物におけるセリウムとジルコニウムとプラセオジムとの含有比率がモル比([セリウム]:[ジルコニウム]:[プラセオジム])で45:54:1であるセリア-ジルコニア-プラセオジム複合酸化物を得た。このセリア-ジルコニア-プラセオジム複合酸化物を、体積基準の粒度分布における累積体積50%となる二次粒子径D50が10μm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、セリア-ジルコニア-プラセオジム複合酸化物粉末(以下、「CZP粉末」と略す。)を得た。このCZP粉末の比表面積は0.6m/gであった。なお、前記体積基準の粒度分布は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製「レーザー回折・散乱粒度分布測定装置MT3300EX」)を用いて動的光散乱法により測定した。また、前記CZP粉末の比表面積は、全自動比表面積測定装置(マイクロデータ社製「MicroSorp4232システム3 SSA分析計」を用いて、前処理温度250℃で窒素吸脱着等温線を測定し、得られた窒素吸脱着等温線に基づいてBET法により求めた。 Next, this reduced calcined product was heated in the atmosphere at a temperature of 500° C. for 5 hours to oxidize it, and the content ratio of cerium, zirconium, and praseodymium in the composite oxide was changed to a molar ratio ([cerium]:[zirconium]: [praseodymium]) to obtain a ceria-zirconia-praseodymium composite oxide of 45:54:1. This ceria-zirconia-praseodymium composite oxide is pulverized using a pulverizer ("Wonder Blender" manufactured by AS ONE Co., Ltd.) so that the secondary particle diameter D50 at which the cumulative volume is 50% in the volume-based particle size distribution is 10 μm or less. to obtain a ceria-zirconia-praseodymium composite oxide powder (hereinafter abbreviated as "CZP powder"). The specific surface area of this CZP powder was 0.6 m 2 /g. The volume-based particle size distribution was measured by a dynamic light scattering method using a particle size distribution analyzer ("Laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer MT3300EX" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). In addition, the specific surface area of the CZP powder is obtained by measuring the nitrogen adsorption and desorption isotherm at a pretreatment temperature of 250 ° C. using a fully automatic specific surface area measuring device (“MicroSorp 4232 system 3 SSA analyzer” manufactured by Microdata). It was obtained by the BET method based on the nitrogen adsorption/desorption isotherm.

(比較調製例1)
セリウムとジルコニウムとの含有比率がモル比([セリウム]:[ジルコニウム])で45.5:54.5であるセリア-ジルコニア固溶体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%の硝酸セリウム水溶液442gと、ZrO換算で18質量%のオキシ硝酸ジルコニウム水溶液590gと、含有されるセリウムの1.1倍モル量の過酸化水素を含む過酸化水素水197gとを、中和当量に対して1.2倍当量のアンモニアを含有する水溶液1217gに添加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110℃で10時間以上乾燥した後、大気中、400℃で5時間焼成してセリウムとジルコニウムとの固溶体(CeO-ZrO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)製「ワンダーブレンダー」)を用いて粉砕し、さらに、体積基準の粒度分布における累積体積50%となる二次粒子径D50が10μmとなるように前記粉砕機で粉砕してセリア-ジルコニア複合酸化物粉末(以下、「CZ粉末」と略す。)を得た。なお、前記体積基準の粒度分布は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製「レーザー回折・散乱粒度分布測定装置MT3300EX」)を用いて動的光散乱法により測定した。
(Comparative Preparation Example 1)
A ceria-zirconia solid solution powder containing cerium and zirconium in a molar ratio ([cerium]:[zirconium]) of 45.5:54.5 was prepared as follows. That is, first, 442 g of a 28% by mass cerium nitrate aqueous solution in terms of CeO 2 , 590 g of an 18% by mass zirconium oxynitrate aqueous solution in terms of ZrO 2 , and hydrogen peroxide in an amount 1.1 times the molar amount of cerium contained. 197 g of hydrogen peroxide water is added to 1217 g of an aqueous solution containing 1.2 equivalents of ammonia with respect to the neutralization equivalent to form a coprecipitate, and the obtained coprecipitate is centrifuged to remove ions. Washed with exchange water. Next, the obtained coprecipitate was dried at 110° C. for 10 hours or more, and then calcined in air at 400° C. for 5 hours to obtain a solid solution of cerium and zirconium (CeO 2 —ZrO 2 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 cumulative volume in the volume-based particle size distribution is 50%. Ceria-zirconia composite oxide powder (hereinafter abbreviated as “CZ powder”) was obtained by pulverizing with the aforementioned pulverizer so that the secondary particle diameter D50 was 10 μm. The volume-based particle size distribution was measured by a dynamic light scattering method using a particle size distribution analyzer ("Laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer MT3300EX" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

(実施例1)
図1に示した回転式CVD装置(株式会社東栄科学産業製)を用いて、調製例1で得られたCZP粉末の表面にアルミナを付着させた。具体的には、先ず、前記回転式CVD装置1の回転式成膜室11内に前記CZP粉末5.00gを投入した。また、前記回転式CVD装置1の前駆体気化部12の前駆体ホルダー13にアルミナ前駆体Aとしてトリス(ジピバロイルメタナト)アルミニウム(Al(DPM)、株式会社豊島製作所製)5.20gを投入した。前記前駆体気化部12にキャリアガスとしてアルゴンガスを流量6sccmで供給しながら前記前駆体ホルダー13内のAl(DPM)を195℃に加熱してAl(DPM)を気化させ、気化したAl(DPM)を前記アルゴンガスとともに、前駆体供給管15を通して、内部が700℃に加熱され、圧力が500Paに制御され、かつ、水平方向を回転軸として回転数25rpmで回転している前記回転式成膜室11に供給した。また、この回転式成膜室11には、成膜室内の酸素とアルゴンとの体積比(酸素/アルゴン)が4/1となるように、酸素ガス(酸素濃度100%)も同時に酸素含有ガス供給管16を通して流量24sccmで供給した。これらにより、前記CZP粉末と気化したAl(DPM)とが酸化性雰囲気下で接触し、前記Al(DPM)は前記CZP粉末の表面に付着するとともに、アルミナに変換された。この操作を120分間継続して、アルミナ薄膜が表面に付着したCZP粉末を得た。その後、このアルミナ薄膜が表面に付着したCZP粉末を大気中、500℃で5時間焼成して、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して13質量部であった。
(Example 1)
Alumina was deposited on the surface of the CZP powder obtained in Preparation Example 1 using the rotary CVD apparatus (manufactured by Toei Kagaku Sangyo Co., Ltd.) shown in FIG. Specifically, first, 5.00 g of the CZP powder was put into the rotary film forming chamber 11 of the rotary CVD apparatus 1 . Further, 5.20 g of tris(dipivaloylmethanato)aluminum (Al(DPM) 3 , manufactured by Toshima Seisakusho Co., Ltd.) as alumina precursor A was placed in the precursor holder 13 of the precursor vaporizing unit 12 of the rotary CVD apparatus 1 . was put in. Al(DPM) 3 in the precursor holder 13 is heated to 195° C. while supplying argon gas as a carrier gas to the precursor vaporization unit 12 at a flow rate of 6 sccm to vaporize the Al(DPM) 3 , and the vaporized Al (DPM) 3 is passed through the precursor supply pipe 15 together with the argon gas, the inside is heated to 700° C., the pressure is controlled to 500 Pa, and the rotation speed is 25 rpm with the rotation axis in the horizontal direction. It was supplied to the normal film-forming chamber 11 . In addition, oxygen gas (oxygen concentration 100%) is also supplied to the rotary film forming chamber 11 at the same time so that the volume ratio (oxygen/argon) between oxygen and argon in the film forming chamber is 4/1. It was supplied through supply tube 16 at a flow rate of 24 sccm. As a result, the CZP powder and vaporized Al(DPM) 3 came into contact with each other in an oxidizing atmosphere, and the Al(DPM) 3 adhered to the surface of the CZP powder and was converted to alumina. This operation was continued for 120 minutes to obtain a CZP powder with an alumina thin film attached to the surface. After that, the CZP powder with the alumina thin film adhered to the surface is fired in the atmosphere at 500° C. for 5 hours to obtain a core-shell oxygen storage/release material powder in which a shell made of an alumina thin film is formed on the surface of the core made of the CZP powder. got The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 13 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(実施例2)
Al(DPM)の量を0.60gに、酸素ガスの流量を200sccmに、アルゴンガスの流量を50sccmに、前記前駆体ホルダー13内のAl(DPM)の加熱温度を200℃に、前記回転式成膜室11内の温度を880℃に、それぞれ変更した以外は実施例1と同様にして、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を調製した。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して0.5質量部であった。
(Example 2)
The amount of Al(DPM) 3 is set to 0.60 g, the flow rate of oxygen gas is set to 200 sccm, the flow rate of argon gas is set to 50 sccm, the heating temperature of Al(DPM) 3 in the precursor holder 13 is set to 200° C., and the above Core-shell type oxygen absorption/desorption in which a shell made of an alumina thin film was formed on the surface of the core made of the CZP powder in the same manner as in Example 1, except that the temperature in the rotary film forming chamber 11 was changed to 880 ° C. A material powder was prepared. The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(比較例1)
硝酸アルミニウム3.66gとカルボン酸キレート剤3.76gとを含有する水溶液50mlに4級アミン9.6gを含有する水溶液150mlを添加してアルミナ前駆体水溶液を調製した。このアルミナ前駆体水溶液に、調製例1で得られたCZP粉末100gを投入し、これを攪拌しながら加熱して蒸発乾固させた。得られた乾燥物を大気中、500℃で5時間焼成して、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して0.5質量部であった。
(Comparative example 1)
An aqueous alumina precursor solution was prepared by adding 150 ml of an aqueous solution containing 9.6 g of a quaternary amine to 50 ml of an aqueous solution containing 3.66 g of aluminum nitrate and 3.76 g of a carboxylic acid chelating agent. 100 g of the CZP powder obtained in Preparation Example 1 was added to this alumina precursor aqueous solution, and the mixture was heated with stirring to evaporate to dryness. The resulting dried material was calcined in the atmosphere at 500° C. for 5 hours to obtain a core-shell type oxygen storage/release material powder in which a shell made of an alumina thin film was formed on the surface of a core made of the CZP powder. The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(比較例2)
硝酸アルミニウムの量を7.32gに、カルボン酸キレート剤の量を7.52gに、4級アミンの量を19.2gに、それぞれ変更した以外は比較例1と同様にして、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して1.0質量部であった。
(Comparative example 2)
From the CZP powder in the same manner as in Comparative Example 1, except that the amount of aluminum nitrate was changed to 7.32 g, the amount of carboxylic acid chelating agent was changed to 7.52 g, and the amount of quaternary amine was changed to 19.2 g. A core-shell type oxygen absorbing/releasing material powder was obtained in which a shell consisting of an alumina thin film was formed on the surface of a core composed of The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 1.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(比較例3)
硝酸アルミニウム9水和物29.4gをイオン交換水100gに溶解させ、さらに、25%アンモニア水20gを添加して水酸化アルミニウムゲルを調製した。この水酸化アルミニウムゲルに遠心分離とイオン交換水による洗浄を2回施した後、イオン交換水50gと88質量%濃度のメタン酸水溶液14.8gとを添加して攪拌し、水酸化メタン酸アルミニウム錯体(Al(HCOO)(OH))水溶液を得た。この水酸化メタン酸アルミニウム錯体水溶液に、調製例1で得られたCZP粉末100gを投入し、これを攪拌しながら加熱して蒸発乾固させた。得られた乾燥物を大気中、500℃で5時間焼成して、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して8質量部であった。
(Comparative Example 3)
29.4 g of aluminum nitrate nonahydrate was dissolved in 100 g of deionized water, and 20 g of 25% aqueous ammonia was added to prepare an aluminum hydroxide gel. After subjecting this aluminum hydroxide gel to centrifugation and washing with ion-exchanged water twice, 50 g of ion-exchanged water and 14.8 g of an 88 mass% concentration methanoic acid aqueous solution were added and stirred to obtain aluminum hydroxide methanoate. An aqueous solution of the complex (Al(HCOO) 2 (OH)) was obtained. 100 g of the CZP powder obtained in Preparation Example 1 was added to this aqueous solution of aluminum hydroxide methanoate complex, and the mixture was heated with stirring to evaporate to dryness. The resulting dried material was calcined in the atmosphere at 500° C. for 5 hours to obtain a core-shell type oxygen storage/release material powder in which a shell made of an alumina thin film was formed on the surface of a core made of the CZP powder. The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(比較例4)
硝酸アルミニウム9水和物の量を58.9gに、25%アンモニア水の量を40gに、メタン酸水溶液の量を29.6gに、それぞれ変更した以外は比較例3と同様にして、前記CZP粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZP粉末100質量部に対して16質量部であった。
(Comparative Example 4)
CZP A core-shell type oxygen storage/release material powder was obtained in which a shell made of an alumina thin film was formed on the surface of a core made of powder. The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 16 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZP powder.

(比較例5)
硝酸アルミニウム9.5mmolと硝酸ランタン0.096mmolとをイオン交換水200mlに溶解し、La含有アルミナ前駆体水溶液を調製した。このLa含有アルミナ前駆体水溶液に、比較調製例1で得られたCZ粉末100gを投入して15分間攪拌し、さらに、攪拌しながら加熱して蒸発乾固させた。得られた乾燥物を900℃で5時間焼成した。得られた粉末を、再度、前記La含有アルミナ前駆体水溶液に投入して15分間攪拌し、さらに、攪拌しながら加熱して蒸発乾固させた。得られた乾燥物を900℃で5時間焼成して、前記CZ粉末からなるコアの表面にアルミナ薄膜からなるシェルが形成されたコアシェル型酸素吸放出材料粉末を得た。このコアシェル型酸素吸放出材料粉末におけるアルミナの担持量は、前記CZ粉末100質量部に対して1.0質量部であった。
(Comparative Example 5)
9.5 mmol of aluminum nitrate and 0.096 mmol of lanthanum nitrate were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water to prepare an aqueous La-containing alumina precursor solution. To this La-containing alumina precursor aqueous solution, 100 g of the CZ powder obtained in Comparative Preparation Example 1 was added, stirred for 15 minutes, and heated while stirring to evaporate to dryness. The obtained dried product was calcined at 900° C. for 5 hours. The obtained powder was added again to the La-containing alumina precursor aqueous solution, stirred for 15 minutes, and heated while stirring to evaporate to dryness. The resulting dried material was calcined at 900° C. for 5 hours to obtain a core-shell type oxygen storage/release material powder in which a shell made of an alumina thin film was formed on the surface of a core made of the CZ powder. The amount of alumina supported in this core-shell type oxygen storage/release material powder was 1.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the CZ powder.

<X線光電子分光(XPS)分析>
実施例及び比較例で得られた各コアシェル型酸素吸放出材料粉末のX線光電子分光(XPS)スペクトルを、X線光電子分光分析装置(ULVAC-PHI社製「Quantera SXM」)を用い、単色化されたAlKα(1486.6eV)をX線源とし、光電子取出角:45°、分析領域:約200μmφ、チャージアップ補正:Zr3d 182.2eV(ZrO)の条件で測定した。得られたXPSスペクトルに基づいて、コアシェル型酸素吸放出材料粉末の表面(シェルの表面)から深さ3nmの領域(約200μmφ)に存在する元素を定量し、下記式:
アルミナ系酸化物の被覆率=CAl/(CAl+CCe+CZr+C)×100
(式中、CAlはAl濃度、CCeはCe濃度、CZrはZr濃度、CはAl、Ce及びZr以外の添加金属元素M(実施例及び比較例ではPr)の濃度を表す)
により、アルミナ系酸化物の被覆率を求めた。その結果を表1及び図2に示す。
<X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis>
The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of each core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Examples and Comparative Examples was monochromatized using an X-ray photoelectron spectroscopy analyzer ("Quantera SXM" manufactured by ULVAC-PHI). AlKα (1486.6 eV) was used as an X-ray source, and the measurement was performed under the conditions of photoelectron extraction angle: 45°, analysis area: about 200 μmφ, charge-up correction: Zr3d 182.2 eV (ZrO 2 ). Based on the obtained XPS spectrum, the elements present in a region (approximately 200 μmφ) at a depth of 3 nm from the surface of the core-shell type oxygen storage/release material powder (surface of the shell) were quantified using the following formula:
Alumina-based oxide coverage = C Al / (C Al + C Ce + C Zr + C M ) x 100
(In the formula, C Al represents the Al concentration, C Ce the Ce concentration, C Zr the Zr concentration, and CM the concentration of the additive metal element M other than Al, Ce and Zr (Pr in the examples and comparative examples)).
The coverage of the alumina-based oxide was determined by the method. The results are shown in Table 1 and FIG.

<アルミナ系酸化物薄膜(シェル)の平均厚さ測定>
先ず、常温硬化性エポキシ樹脂を用いて、実施例及び比較例で得られた各コアシェル型酸素吸放出材料粉末をエポキシ樹脂硬化物に包埋させた試料を作製し、この試料を集束イオンビーム(FIB)加工又はミクロトーム加工により薄片化した。得られた薄片の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)又は走査型透過電子顕微鏡(STEM)により観察し、TEM像又はSTEM像を得るとともに、元素分布解析を行った。次に、得られた元素分布解析結果に基づいて、TEM像又はSTEM像においてアルミナ系酸化物が存在する領域を特定し、この領域をアルミナ系酸化物薄膜とした。このアルミナ系酸化物薄膜の厚さの測定点を、複数のTEM像又はSTEM像において、無作為に合計10点~20点抽出し、各測定点のアルミナ系酸化物薄膜の厚さを測定して、それらの平均値を求め、これをアルミナ系酸化物薄膜(シェル)の平均厚さとした。その結果を表1及び図3に示す。
<Measurement of average thickness of alumina-based oxide thin film (shell)>
First, using a room temperature curable epoxy resin, a sample was prepared by embedding each core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Examples and Comparative Examples in an epoxy resin cured product, and this sample was subjected to a focused ion beam ( FIB) processing or thinning by microtoming. A cross section of the obtained flake was observed with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning transmission electron microscope (STEM) to obtain a TEM image or an STEM image, and an elemental distribution analysis was performed. Next, based on the obtained elemental distribution analysis results, the region where the alumina-based oxide was present was specified in the TEM image or the STEM image, and this region was used as the alumina-based oxide thin film. A total of 10 to 20 measurement points for the thickness of the alumina-based oxide thin film are randomly extracted from a plurality of TEM images or STEM images, and the thickness of the alumina-based oxide thin film at each measurement point is measured. Then, the average value of them was obtained, and this was taken as the average thickness of the alumina-based oxide thin film (shell). The results are shown in Table 1 and FIG.

<X線回折(XRD)測定>
実施例及び比較例で得られた各コアシェル型酸素吸放出材料粉末の規則相(コアの規則相)及びα相(シェルのα相)のX線回折パターンを、X線回折装置(株式会社リガク製「UltimaIV」)を用い、CuKαをX線源として、2θ=10~60°、走査速度:10°/分、管電圧:40V、管電流:30Aの条件でX線回折法により測定した。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)、2θ=29°の回折線のピーク強度I(29)、及び2θ=35.2°の回折線のピーク強度I(35)を求め、下記式:
I(14/29)=I(14)/I(29)×100
I(35/29)=I(35)/I(29)×100
により、2θ=14.5°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(14/29)値〕及び2θ=35.2°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(35/29)値〕を求めた。その結果を表1に示す。
<X-ray diffraction (XRD) measurement>
The X-ray diffraction patterns of the ordered phase (ordered core phase) and the α phase (α phase of the shell) of each core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Examples and Comparative Examples were analyzed using an X-ray diffractometer (Rigaku Corporation). "Ultima IV" (manufactured by Fujifilm Co., Ltd.), CuKα as an X-ray source, 2θ = 10 to 60°, scanning speed: 10°/min, tube voltage: 40V, tube current: 30A. In the obtained X-ray diffraction pattern, the peak intensity I (14) of the diffraction line at 2θ = 14.5°, the peak intensity I (29) of the diffraction line at 2θ = 29°, and the diffraction at 2θ = 35.2° Determine the peak intensity I(35) of the line and use the following formula:
I(14/29)=I(14)/I(29)×100
I(35/29)=I(35)/I(29)×100
Thus, the intensity ratio [I (14/29) value] of the diffraction line at 2θ = 14.5° and the diffraction line at 2θ = 29° and the diffraction line at 2θ = 35.2° and the diffraction line at 2θ = 29° and the intensity ratio [I (35/29) value] was determined. Table 1 shows the results.

<透過型電子顕微鏡観察>
実施例及び比較例で得られた各コアシェル型酸素吸放出材料粉末を、透過型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製「HF-2100 Cold-FE-TEM」又は日本電子株式会社製「JEM-ARM200F」)を用いて、加速電圧:200kVの条件でTEM観察及び電子線回折分析を行った。図4~5には、実施例1~2で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末の透過型電子顕微鏡写真を示す。また、図6~8には、実施例1~2及び比較例1で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末の電子線回折パターンを示す。
<Transmission electron microscope observation>
Each core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Examples and Comparative Examples was observed under a transmission electron microscope ("HF-2100 Cold-FE-TEM" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation or "JEM-ARM200F" manufactured by JEOL Ltd. ), TEM observation and electron beam diffraction analysis were performed under the condition of an acceleration voltage of 200 kV. 4 and 5 show transmission electron micrographs of the core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2. FIG. 6 to 8 show electron beam diffraction patterns of the core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG.

<触媒調製>
実施例及び比較例で得られた各コアシェル型酸素吸放出材料粉末とRh担持Al-ZrO-La-Nd複合酸化物粉末(Rh担持量:0.2質量%、Al:ZrO:La:Nd=30質量%:64質量%:4質量%:2質量%、平均粒径:20μm)とを質量比1:1で乳鉢を用いて混合し、得られた混合物を1tの静水圧で加圧成形し、得られた成型体を、粒径が0.5~1mmとなるように粉砕・分級して、ペレット触媒を得た。
<Catalyst preparation>
Each core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Examples and Comparative Examples and Rh-supported Al 2 O 3 —ZrO 2 —La 2 O 3 —Nd 2 O 3 composite oxide powder (Rh supported amount: 0.2 mass %, Al 2 O 3 : ZrO 2 : La 2 O 3 : Nd 2 O 3 = 30% by mass: 64% by mass: 4% by mass: 2% by mass, average particle diameter: 20 μm) at a mass ratio of 1:1 The mixture is mixed using a mortar, and the resulting mixture is pressure-molded under a hydrostatic pressure of 1 t. Obtained.

<高温耐久試験>
得られたペレット触媒1.5gを直径10mmの円筒状の反応管に充填し、このペレット触媒に、1050℃の温度条件下、ガス流量10L/分で、リッチガス〔H(2%)+CO(10%)+N(88%)〕とリーンガス〔O(1%)+CO(10%)+N(89%)〕とを5分間ずつ交互に切り替えながら25時間流通させた。
<High temperature endurance test>
A cylindrical reaction tube with a diameter of 10 mm was filled with 1.5 g of the obtained pellet catalyst, and the pellet catalyst was charged with a rich gas [H 2 (2%) + CO 2 (10%)+N 2 (88%)] and lean gas [O 2 (1%)+CO 2 (10%)+N 2 (89%)] were alternately switched for 5 minutes each for 25 hours.

<リッチNOx過渡浄化率測定>
高温耐久試験後のペレット触媒0.5gを直径10mmの反応管に充填し、固定床流通式触媒活性評価装置(ベスト測器株式会社製「CATA-5000-7SP」)に装着した。この触媒に、ストイキモデルガス〔NO(1500体積ppm)+CO(10体積%)+O(0.7体積%)+CO(0.65体積%)+C(3000体積ppmC)+HO(5体積%)+N(残部)〕をガス流量10L/分、触媒入りガス温度600℃で流通させて前処理を施した後、リーンガス〔NO(1500体積ppm)+CO(10体積%)+O(0.8体積%)+CO(0.65体積%)+C(3000体積ppmC)+HO(5体積%)+N(残部)〕をガス流量10L/分、触媒入りガス温度500℃で240秒間流通させた後、流通ガスをリッチガス〔NO(1500体積ppm)+CO(10体積%)+CO(0.65体積%)+C(3000体積ppmC)+HO(5体積%)+N(残部)〕に切り替えて240秒間流通させた。前記リッチガス流通時の触媒入りガス中及び触媒出ガス中の平均NO濃度を測定し、リッチNOx過渡浄化率を求めた。その結果を表1及び図9に示す。
<Rich NOx transition purification rate measurement>
After the high-temperature durability test, 0.5 g of the pelletized catalyst was packed in a reaction tube with a diameter of 10 mm, and attached to a fixed-bed flow-type catalytic activity evaluation device ("CATA-5000-7SP" manufactured by Best Sokki Co., Ltd.). To this catalyst, stoichiometric model gas [NO (1500 volume ppm) + CO 2 (10 volume%) + O 2 (0.7 volume%) + CO (0.65 volume%) + C 3 H 6 (3000 volume ppmC) + H 2 O (5 vol%) + N 2 (remainder)] was circulated at a gas flow rate of 10 L / min and a catalyst-containing gas temperature of 600 ° C. After pretreatment, lean gas [NO (1500 vol ppm) + CO 2 (10 vol%) + O 2 (0.8 vol%) + CO (0.65 vol%) + C 3 H 6 (3000 vol ppmC) + H 2 O (5 vol%) + N 2 (remainder)] gas flow rate 10 L / min, catalyst-containing gas After flowing for 240 seconds at a temperature of 500 ° C., the flowing gas was changed to a rich gas [NO (1500 volume ppm) + CO 2 (10 volume%) + CO (0.65 volume%) + C 3 H 6 (3000 volume ppmC) + H 2 O ( 5% by volume)+N 2 (remainder)] and flowed for 240 seconds. The average NO concentrations in the catalyst-containing gas and the catalyst-exhausting gas were measured during the flow of the rich gas, and the rich NOx transient purification rate was obtained. The results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0007307710000001
Figure 0007307710000001

図4~5に示したように、実施例1~2で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末は、前記CZP粉末の表面がアルミナ薄膜で被覆されていることが確認された。また、図6~7に示したように、実施例1~2で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末のアルミナ薄膜はθアルミナを含有するものであることが確認された。一方、図8に示したように、比較例1で得られたコアシェル型酸素吸放出材料粉末のアルミナ薄膜はアモルファス-アルミナからなるものであることがわかった。 As shown in FIGS. 4 and 5, it was confirmed that the surfaces of the core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2 were coated with an alumina thin film. Further, as shown in FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the alumina thin films of the core-shell type oxygen storage/release material powders obtained in Examples 1 and 2 contained θ-alumina. On the other hand, as shown in FIG. 8, it was found that the alumina thin film of the core-shell type oxygen storage/release material powder obtained in Comparative Example 1 consisted of amorphous-alumina.

表1、図2~3及び図9に示したように、回転CVD法により、前記CZP粉末の表面にアルミナ薄膜を形成したコアシェル型酸素吸放出材料粉末(実施例1~2)は、アルミナ被覆率、アルミナ薄膜の平均厚さ、I(14/29)値及びI(35/29)値が所定の範囲内にあり、リッチNOx過渡浄化性能に優れていることが確認された。 As shown in Table 1, FIGS. 2 to 3, and 9, the core-shell type oxygen storage/release material powders (Examples 1 and 2) in which an alumina thin film was formed on the surface of the CZP powder by the rotary CVD method were coated with alumina. ratio, average thickness of the alumina thin film, I(14/29) value and I(35/29) value were within the predetermined ranges, and it was confirmed that the rich NOx transient purification performance was excellent.

一方、硝酸アルミニウムとカルボン酸キレート剤とを含有するアルミナ前駆体水溶液を用いて蒸発乾固法により、前記CZP粉末の表面にアルミナ薄膜を形成したコアシェル型酸素吸放出材料粉末(比較例1~2)は、アルミナ被覆率が小さく、リッチNOx過渡浄化性能に劣るものであることがわかった。 On the other hand, core-shell type oxygen storage material powders (Comparative Examples 1 and 2) were prepared by forming an alumina thin film on the surface of the CZP powder by evaporation to dryness using an alumina precursor aqueous solution containing aluminum nitrate and a carboxylic acid chelating agent. ) has a small alumina coverage and is inferior in rich NOx transient purification performance.

また、水酸化メタン酸アルミニウム錯体水溶液を用いて蒸発乾固法により、前記CZP粉末の表面にアルミナ薄膜を形成したコアシェル型酸素吸放出材料粉末(比較例3~4)は、アルミナ薄膜の平均厚さが厚く、I(35/29)値が所定の範囲より大きく(アルミナ薄膜にαアルミナが含まれており)、リッチNOx過渡浄化性能に劣るものであることがわかった。 In addition, the core-shell type oxygen storage material powder (Comparative Examples 3 and 4) in which an alumina thin film was formed on the surface of the CZP powder by an evaporation drying method using an aqueous solution of an aluminum hydroxide methanoate complex, the average thickness of the alumina thin film was It was found to be thick, the I(35/29) value was larger than the predetermined range (the alumina thin film contained α-alumina), and the rich NOx transient purification performance was poor.

さらに、硝酸アルミニウムと硝酸ランタンとを含有するLa含有アルミナ前駆体水溶液を用いて蒸発乾固法により、前記CZ粉末の表面にアルミナ薄膜を形成したコアシェル型酸素吸放出材料粉末(比較例5)は、アルミナ被覆率が小さく、I(14/29)値が所定の範囲より小さく(前記規則相が不十分であり)、リッチNOx過渡浄化性能に劣るものであることがわかった。 Further, a core-shell type oxygen storage material powder (Comparative Example 5) in which an alumina thin film was formed on the surface of the CZ powder by an evaporation to dryness method using an La-containing alumina precursor aqueous solution containing aluminum nitrate and lanthanum nitrate , the alumina coverage is small, the I(14/29) value is smaller than the predetermined range (the ordered phase is insufficient), and the rich NOx transient purification performance is poor.

以上説明したように、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料を用いることによって、触媒に流入する排ガスがリーンガスからリッチガスに切り替わった場合でも、優れたNOx浄化性能を発現する排ガス浄化用触媒を得ることが可能となる。 As described above, by using the core-shell type oxygen storage/release material of the present invention, it is possible to obtain an exhaust gas purification catalyst that exhibits excellent NOx purification performance even when the exhaust gas flowing into the catalyst is switched from lean gas to rich gas. becomes possible.

したがって、本発明のコアシェル型酸素吸放出材料は、自動車等の内燃機関から排出される、窒素酸化物を含有する排ガスを浄化するための排ガス浄化用触媒の担体や助触媒等として有用である。 Therefore, the core-shell type oxygen-absorbing material of the present invention is useful as a catalyst carrier or co-catalyst for purifying exhaust gas containing nitrogen oxides discharged from internal combustion engines such as automobiles.

1:回転CVD装置
11:回転式成膜室
12:前駆体気化部
13:前駆体ホルダー
14:加熱炉
15:前駆体供給管
16:酸素含有ガス供給管
17:ブレード
Reference Signs List 1: rotary CVD apparatus 11: rotary film formation chamber 12: precursor vaporizer 13: precursor holder 14: heating furnace 15: precursor supply pipe 16: oxygen-containing gas supply pipe 17: blade

Claims (6)

パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えており、
下記式:
アルミナ系酸化物の被覆率=CAl/(CAl+CCe+CZr+C)×100
(式中、CAl、CCe、CZr及びCは粒子表面のX線光電子分光分析により求められる金属元素の濃度を表し、CAlはAl濃度、CCeはCe濃度、CZrはZr濃度、CはAl、Ce及びZr以外の添加金属元素Mの濃度を表す)
により求められるアルミナ系酸化物の被覆率が80%以上であり、
前記シェルの平均厚さが2~75nmであり、
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°の回折線との強度比〔I(14/29)値〕が2%以上であり、
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=35.2°の回折線と2θ=29°の回折線との強度比〔I(35/29)値〕が0.2%以下である、
ことを特徴とするコアシェル型酸素吸放出材料。
A core made of a ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase of at least one of a pyrochlore phase and a κ phase, and a shell made of an alumina-based oxide disposed on the surface of the core,
The formula below:
Alumina-based oxide coverage = C Al / (C Al + C Ce + C Zr + C M ) x 100
(Wherein, C Al , C Ce , C Zr and C M represent the concentrations of metal elements determined by X-ray photoelectron spectroscopy of the particle surface, C Al is the Al concentration, C Ce is the Ce concentration, C Zr is the Zr concentration, CM represents the concentration of the additive metal element M other than Al, Ce and Zr)
The coverage of the alumina-based oxide obtained by is 80% or more,
The shell has an average thickness of 2 to 75 nm,
The intensity ratio [I (14/29) value] of the diffraction line at 2θ = 14.5° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 2. % or more,
The intensity ratio [I (35/29) value] of the diffraction line at 2θ = 35.2° and the diffraction line at 2θ = 29° obtained from the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction measurement using CuKα is 0. .2% or less,
A core-shell type oxygen absorbing/releasing material characterized by:
前記セリア-ジルコニア系固溶体粉末の比表面積が1.0m/g以下であることを特徴とする請求項1に記載のコアシェル型酸素吸放出材料。 2. The core-shell oxygen storage/release material according to claim 1, wherein the ceria-zirconia solid solution powder has a specific surface area of 1.0 m 2 /g or less. 前記アルミナ系酸化物がθアルミナを含むものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のコアシェル型酸素吸放出材料。 3. The core-shell oxygen absorbing/releasing material according to claim 1, wherein the alumina-based oxide contains θ-alumina. セリア-ジルコニア系固溶体を加圧成形して得られる成型体に1500℃以上の温度で還元処理を施した後、粉砕処理を施して、パイロクロア相及びκ相のうちの少なくとも一方の規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を得る工程と、
前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を投入した反応炉を水平方向を回転軸として回転させることによって前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末を攪拌しながら、前記反応炉内で、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末と気化したアルミナ前駆体とを酸化性雰囲気下で接触せしめて前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末の表面にアルミナ系酸化物を付着させる工程と、
表面に前記アルミナ系酸化物が付着しているセリア-ジルコニア系固溶体粉末を焼成して、前記規則相を有するセリア-ジルコニア系固溶体粉末からなるコアと該コアの表面に配置されているアルミナ系酸化物からなるシェルとを備えている、請求項1に記載のコアシェル型酸素吸放出材料を得る工程と、
を含むことを特徴とするコアシェル型酸素吸放出材料の製造方法。
A molded body obtained by pressure molding a ceria-zirconia solid solution is subjected to a reduction treatment at a temperature of 1500° C. or higher and then to a pulverization treatment to have at least one ordered phase of a pyrochlore phase and a κ phase. obtaining a ceria-zirconia solid solution powder;
The ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is stirred by rotating the reactor into which the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase is charged with the horizontal direction as the rotation axis. a step of contacting a ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase with a vaporized alumina precursor in an oxidizing atmosphere to adhere an alumina-based oxide to the surface of the ceria-zirconia solid solution powder having an ordered phase;
The ceria-zirconia solid solution powder having the alumina-based oxide attached to the surface is fired to form a core made of the ceria-zirconia solid solution powder having the ordered phase and an alumina-based oxide disposed on the surface of the core. obtaining the core-shell type oxygen-absorbing material according to claim 1, comprising a shell made of
A method for producing a core-shell type oxygen-absorbing material, comprising:
請求項1~3のうちのいずれか一項に記載のコアシェル型酸素吸放出材料と、該コアシェル型酸素吸放出材料に接触している貴金属とを備えていることを特徴とする排ガス浄化用触媒。 An exhaust gas purifying catalyst comprising: the core-shell type oxygen storage/release material according to any one of claims 1 to 3; and a noble metal in contact with the core-shell type oxygen storage/release material. . 請求項5に記載の排ガス浄化用触媒に、窒素酸化物を含有する排ガスを接触せしめることを特徴とする排ガス浄化方法。 6. A method for purifying an exhaust gas, which comprises contacting an exhaust gas containing nitrogen oxides with the exhaust gas purifying catalyst according to claim 5.
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