JPWO2010010714A1 - Oxygen storage material, exhaust gas purification catalyst, and honeycomb catalyst structure for exhaust gas purification - Google Patents

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正雄 木村
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賢一 上村
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伊藤  渉
山田 紀子
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Abstract

酸化還元幅が小さくても高い酸素吸蔵能を有する酸素貯蔵材料と、高価な貴金属の量を抑えた低コストの三元触媒であって従来と同レベル又はそれ以上の触媒活性を有する排ガス浄化用触媒を提供する。具体的に、アルカリ土類金属と、(Fe1−sTis)若しくはCo又は(Fe1−sTis)とCoの両方とを含有する酸化物を含み、前記酸化物が平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、前記酸化物粒子が少なくとも2種の結晶相から構成され、前記結晶相の平均サイズが5nm以上80nm以下であり、Sが0以上0.31以下である酸素貯蔵材料(A2)を提供する。さらに、1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTis)x}yO4−δ(A1)又は前記(A2)と、1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)((B)は(A1)及び(A2)とは異なる酸化物である)とを含む、酸素貯蔵能を有する排ガス浄化用触媒を提供する。Oxygen storage material with high oxygen storage capacity even with a small oxidation-reduction range, and low-cost three-way catalyst that suppresses the amount of expensive noble metals, and has the same or higher catalytic activity as before A catalyst is provided. Specifically, an oxide containing an alkaline earth metal and (Fe1-sTis) or Co or (Fe1-sTis) and Co is included, and the oxide has an average particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less. An oxygen storage material (A2), wherein the oxide particles are composed of at least two crystal phases, the average size of the crystal phases is 5 nm or more and 80 nm or less, and S is 0 or more and 0.31 or less. provide. Further, oxide M {Co1-x (Fe1-sTis) x} yO4-δ (A1) or (A2) supporting one or more noble metals and oxide (B) supporting one or more noble metals ((B) is an oxide different from (A1) and (A2)), and provides an exhaust gas purifying catalyst having oxygen storage capacity.

Description

本発明は、酸素を吸蔵及び放出できる酸素貯蔵材料に関する。また、本発明は、燃焼排ガス中の一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)、及び未燃炭化水素(HC)を浄化する触媒及びハニカム触媒構造体に関する。特に、自動車エンジン等の内燃機関から排出される一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)、及び未燃炭化水素(HC)を浄化する触媒及びハニカム触媒構造体に関する。The present invention relates to an oxygen storage material capable of occluding and releasing oxygen. The present invention also relates to a catalyst and a honeycomb catalyst structure for purifying carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NO x ), and unburned hydrocarbon (HC) in combustion exhaust gas. In particular, the present invention relates to a catalyst for purifying carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NO x ), and unburned hydrocarbon (HC) discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine, and a honeycomb catalyst structure.

酸素吸蔵能(Oxygen Storage Capacity, OSC)を有する酸化物は、エンジン排気ガス浄化触媒の助触媒、酸素ボンベ代替等の酸素貯蔵、PSA(Pressure Swing Adsorption)による酸素分離、酸化や燃焼の酸素供給源等に利用できる。酸素吸蔵能力を有する酸化物としては、セリア−ジルコニア(酸化セリウム−酸化ジルコニウム、CeO−ZrO)がよく知られており、エンジン排気ガス浄化触媒の助触媒として広く利用されている(非特許文献1)。OSC機能を有する酸化物を前記助触媒として使用する理由は、エンジンの排気ガスがリッチ雰囲気(空燃比A/Fが、理論値14.6より小さい場合)で前記助触媒が気相中に酸素を放出し、エンジンの排気ガスがリーン雰囲気(空燃比A/Fが、理論値14.6より大きい場合)で前記助触媒が気相中の酸素を吸蔵して、貴金属の近傍の雰囲気変動を抑制させるためである。その結果として、幅広いA/Fで浄化活性を保持させることになる。即ち、浄化作用を示すA/Fウィンドを広げることになる。Oxygen storage capacity (OSC) is an oxygen source for promoters for engine exhaust gas purification catalysts, oxygen storage such as oxygen cylinder replacement, oxygen separation by PSA (Pressure Swing Adsorption), and oxygen source for oxidation and combustion Can be used for etc. Ceria-zirconia (cerium oxide-zirconium oxide, CeO 2 -ZrO 2 ) is well known as an oxide having an oxygen storage capacity, and is widely used as a co-catalyst for engine exhaust gas purification catalysts (non-patent) Reference 1). The reason why the oxide having the OSC function is used as the promoter is that the exhaust gas of the engine is rich (when the air-fuel ratio A / F is smaller than the theoretical value 14.6) and the promoter is oxygen in the gas phase. The exhaust gas of the engine has a lean atmosphere (when the air-fuel ratio A / F is larger than the theoretical value of 14.6), and the promoter occludes oxygen in the gas phase, and changes the atmosphere in the vicinity of the noble metal. It is for suppressing. As a result, the purification activity is maintained with a wide A / F. That is, the A / F window showing the purification action is widened.

前記助触媒であるセリア-ジルコニアに関して、これまで種々の改良がなされている。
例えば、特許文献1〜4では、800℃以上での耐熱性を向上させるために、セリア−ジルコニアに希土類元素やアルカリ土類元素等種々の元素が添加されている。高温になるとセリア−ジルコニアの粒成長が起こり、そのために比表面積が低下するのでOSCが低下するという問題を解決するというものである。
Various improvements have been made with respect to the promoter, ceria-zirconia.
For example, in Patent Documents 1 to 4, various elements such as rare earth elements and alkaline earth elements are added to ceria-zirconia in order to improve heat resistance at 800 ° C. or higher. At higher temperatures, ceria-zirconia grain growth occurs, which reduces the specific surface area, thus solving the problem of lower OSC.

また、特許文献5では、セリアの硫黄被毒を抑制して、耐久性を向上させるために、リン酸化合物を混在させることが開示されている。セリア−ジルコニアを助触媒として使用するとき、触媒金属となる貴金属がセリア−ジルコニア粒子に含浸されるのが一般的である。   Moreover, in patent document 5, in order to suppress sulfur poisoning of ceria and improve durability, it is disclosed that a phosphoric acid compound is mixed. When ceria-zirconia is used as a co-catalyst, ceria-zirconia particles are generally impregnated with a noble metal serving as a catalyst metal.

特許文献6では、Rh等の触媒金属をCeとZrとを含む複酸化物の結晶格子又は格子点間に配置させ、前記複酸化物に微細な細孔を多数分布させるという改良がなされている。前記改良により、細孔表面に触媒金属を露出させると共に、排気ガスが酸素吸蔵材の内部へ拡散し易くし、触媒金属と排気ガスとの接触機会を増やし、触媒としての排気ガス浄化性能を向上させることができるとしている。前記触媒金属Rhを前記複酸化物の結晶格子に配置させるということは、RhMOx(Mは他の金属原子、xは酸素原子数)の形になって前記複酸化物に強く結合した状態になるとしている。   In Patent Document 6, a catalyst metal such as Rh is arranged between crystal lattices or lattice points of a double oxide containing Ce and Zr, and a large number of fine pores are distributed in the double oxide. . With the above improvements, the catalyst metal is exposed on the pore surface, and the exhaust gas easily diffuses into the oxygen storage material, increasing the chance of contact between the catalyst metal and the exhaust gas, and improving the exhaust gas purification performance as a catalyst. It can be made to. Arranging the catalyst metal Rh in the crystal lattice of the double oxide means that it is in the form of RhMOx (M is another metal atom, x is the number of oxygen atoms) and is strongly bonded to the double oxide. It is said.

上記のように、既存のセリア−ジルコニア酸化物の性能を向上させるという検討に対して、前記酸化物とは異なる系の酸化物でOSCを見出すという試みも行われている。特許文献7では、ABO(但し、AはLa及びSrであり、BはFe及びCoの内の少なくとも1種である。)で表されるペロブスカイト型複酸化物が、高いOSCを有することが開示されている。具体的には、La0.6Sr0.4FeO又はLa0.6Sr0.4CoOで表されるペロブスカイト型複酸化物が開示されている。特許文献8では、400℃程度の低温域でもOSCを有する酸化物として、組成式ATO(但しTは遷移元素)で示される化合物が開示されている。具体的には、組成式SrFeOやCaFeOで表されるペロブスカイト型複合酸化物である。As described above, in order to improve the performance of existing ceria-zirconia oxides, attempts have been made to find OSCs using oxides different from the above oxides. In Patent Document 7, the perovskite double oxide represented by ABO 3 (where A is La and Sr, and B is at least one of Fe and Co) has a high OSC. It is disclosed. Specifically, a perovskite double oxide represented by La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 or La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 is disclosed. In Patent Document 8, a compound represented by a composition formula ATO 3 (where T is a transition element) is disclosed as an oxide having OSC even in a low temperature range of about 400 ° C. Specifically, it is a perovskite complex oxide represented by a composition formula SrFeO 3 or CaFeO 3 .

また、上記のような助触媒としての用途以外でも、OSCを有する酸化物が検討されている。特許文献9では、酸素ボンベの代わりとして使用するために、主成分としてZnOを含み、Biを添加物とした酸化物が、酸素貯蔵用として開示とされている。Further, oxides having OSC have been studied in addition to the use as a promoter as described above. In Patent Document 9, an oxide containing ZnO as a main component and Bi 2 O 3 as an additive for use as a substitute for an oxygen cylinder is disclosed for oxygen storage.

自動車エンジン等の内燃機関から排出されるガス中にはCO、NO、HCが含まれており、それらを二酸化炭素(CO)、窒素(N)、水(HO)に変換して、CO、NO、及びHCの排出量を低減させる触媒技術が一般に知られている。このような触媒技術は、内燃機関からの排ガスのみならず、他の燃焼排ガスに対しても利用されている。The gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile engine contains CO, NO x , and HC, which are converted into carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), and water (H 2 O). Thus, a catalyst technology for reducing CO, NO x , and HC emissions is generally known. Such a catalyst technology is used not only for exhaust gas from an internal combustion engine but also for other combustion exhaust gas.

自動車排ガス中のCO、NO、HCを同時に浄化する三元触媒には、Pt、Pd、Rh等の貴金属を組み合わせた触媒が広く使用されている。これら貴金属は、微粒子として活性アルミナ(γ−アルミナ、ρ−アルミナ、χ−アルミナ、η−アルミナ、δ−アルミナ、κ−アルミナ、θ−アルミナ、無定形アルミナ等)系酸化物粒子の表面に担持されて、さらに金属あるいはセラミックスのハニカムにウォッシュコートされて使用される。As a three-way catalyst that simultaneously purifies CO, NO x , and HC in automobile exhaust gas, a catalyst that combines noble metals such as Pt, Pd, and Rh is widely used. These noble metals are supported as fine particles on the surface of activated alumina (γ-alumina, ρ-alumina, χ-alumina, η-alumina, δ-alumina, κ-alumina, θ-alumina, amorphous alumina, etc.) oxide particles. Further, it is used after being coated on a honeycomb of metal or ceramic.

三元触媒は、理論空燃比付近で有効に働くが、その有効に働く空燃比幅(ウィンド)を拡大すべく、セリウム酸化物等の酸素吸蔵材料を含ませて触媒性能を向上させることも行われている。貴金属/活性アルミナ系酸化物触媒にセリアを適量添加する方法が、例えば、特許文献10に開示されている。しかしながらセリアによる酸素吸蔵能を付与して触媒性能を向上させているが、貴金属量の削減まで至っていない。これはセリア系酸化物の酸素吸蔵能力が、必ずしも十分ではないことに起因している。   The three-way catalyst works effectively near the stoichiometric air-fuel ratio, but in order to expand the effective air-fuel ratio width (window), oxygen storage materials such as cerium oxide are included to improve the catalyst performance. It has been broken. For example, Patent Document 10 discloses a method of adding an appropriate amount of ceria to a noble metal / activated alumina oxide catalyst. However, although the catalyst performance is improved by providing oxygen storage capacity by ceria, the amount of noble metals has not been reduced. This is because the oxygen storage capacity of the ceria-based oxide is not always sufficient.

また、セリア以外の酸化物として、複合酸化物も検討されており、特に、希土類元素を含むペロブスカイト構造の複合酸化物が検討されている。例えば、特許文献11では、三元触媒の活性向上を目的として、Laを含むLaAl1−x(M:1〜5族、12〜14族の元素)のペロブスカイト型複合酸化物にPdを担持した触媒が開示されている。また、特許文献12では、同様に高い触媒活性を得るために、(La,Sr)FeOや(La,Sr)MnOのような希土類元素を含むペロブスカイト型複合酸化物に貴金属元素を担持させることが開示されている。さらに特許文献13では、前記(La,Sr)FeOや(La,Sr)MnOの組成や添加元素を検討し、その耐久性や耐熱性の改善も図られている。さらに特許文献14と特許文献15では、貴金属の触媒活性の耐久性を向上するために、貴金属Rhがペロブスカイト格子に取り込まれたLa(Fe,Rh)O等の複合酸化物が開示されている。以上のように、ペロブスカイト型複合酸化物では、三元触媒の触媒性能を効果的に向上させるには、La等の希土類元素が必須となっている。As oxides other than ceria, composite oxides are also being studied, and in particular, composite oxides having a perovskite structure containing rare earth elements have been studied. For example, in Patent Document 11, for the purpose of improving the activity of a three-way catalyst, a perovskite-type complex oxide of LaAl 1-x M x O 3 (M: group 1 to group 5, group 12 to group 14) containing La is used. A catalyst carrying Pd is disclosed. In Patent Document 12, a noble metal element is supported on a perovskite complex oxide containing a rare earth element such as (La, Sr) FeO 3 or (La, Sr) MnO 3 in order to obtain similarly high catalytic activity. It is disclosed. Further, in Patent Document 13, the composition and additive elements of the (La, Sr) FeO 3 and (La, Sr) MnO 3 are studied, and the durability and heat resistance are improved. Further, Patent Documents 14 and 15 disclose composite oxides such as La (Fe, Rh) O 3 in which the noble metal Rh is incorporated into the perovskite lattice in order to improve the durability of the catalytic activity of the noble metal. . As described above, in the perovskite complex oxide, a rare earth element such as La is essential to effectively improve the catalytic performance of the three-way catalyst.

また、希土類元素を含まないAM(A:アルカリ金属又はアルカリ土類金属、M:Fe、Co又はNi)複合酸化物、特に、スピネル型AM複合酸化物を貴金属と組み合わせると、ディーゼルエンジン等の排ガス中の微粒子状炭素物質と窒素酸化物を除去するのに効果的であることが特許文献16に開示されているが、ガソリンエンジン等の排ガス浄化のように、CO、HC、及びNOを同時に浄化できる三元触媒としての性能は示唆されていない。Further, when an AM x O y (A: alkali metal or alkaline earth metal, M: Fe, Co, or Ni) composite oxide not containing a rare earth element, particularly a spinel-type AM x O y composite oxide is combined with a noble metal. Patent Document 16 discloses that it is effective for removing particulate carbon materials and nitrogen oxides in exhaust gas such as diesel engines. However, as in exhaust gas purification of gasoline engines and the like, CO, HC , And performance as a three-way catalyst capable of simultaneously purifying NO x is not suggested.

また、特許文献17には、CaFeの組成式を有するカルシウムフェライトを酸化触媒とすることが開示されている。しかしながら、ガソリンエンジン等の排ガス浄化のように、CO及びHCの酸化反応と、NOの還元反応との両方に触媒作用を示す三元触媒としての性能は示唆されていない。また、特許文献18には、MgFeの組成式を有するマグネシウムフェライトを酸化触媒とすることが開示されている。しかしながら、ガソリンエンジン等の排ガス浄化のように、CO及びHCの酸化反応と、NOの還元反応との両方に触媒作用を示す三元触媒としての性能は示唆されていない。Patent Document 17 discloses that calcium ferrite having a composition formula of CaFe 2 O 4 is used as an oxidation catalyst. However, the performance as a three-way catalyst that catalyzes both the oxidation reaction of CO and HC and the reduction reaction of NO x as in exhaust gas purification of a gasoline engine or the like is not suggested. Patent Document 18 discloses that magnesium ferrite having a composition formula of MgFe 2 O 4 is used as an oxidation catalyst. However, the performance as a three-way catalyst that catalyzes both the oxidation reaction of CO and HC and the reduction reaction of NO x as in exhaust gas purification of a gasoline engine or the like is not suggested.

特開平9−175822号公報JP-A-9-175822 特開平9−175823号公報JP-A-9-175823 特開平10−216509号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-216509 特開平10−218620号公報JP-A-10-218620 特開2000−12537号公報JP 2000-12537 A 特開2007−196150号公報JP 2007-196150 A 特開2004−41946号公報JP 2004-41946 A 特開2006−176346号公報JP 2006-176346 A 特開2007−15903号公報JP 2007-15903 A 特開昭54−159391号公報JP 54-159391 A 特開2005−205280号公報JP-A-2005-205280 特開2006−36558号公報JP 2006-36558 A 特開2003−175337号公報JP 2003-175337 A 特開2004−41866号公報JP 2004-41866 A 特開2004−41867号公報JP 2004-41867 A 特開2005−66559号公報JP 2005-66559 A 特開2006−255677号公報JP 2006-255679 A 特開2007−229546号公報JP 2007-229546 A

小澤正邦、木村希夫、曽布川英夫、横田孝治、豊田中央研究所R&Dレビュー Vo.27、No.3、43-53(1992)Masakazu Ozawa, Norio Kimura, Hideo Sugawa, Koji Yokota, Toyota Central R & D Review Vo.27, No.3, 43-53 (1992)

上述のようにOSCを有する酸化物は、排気ガス浄化用の助触媒をはじめとして、種々の用途で有用であるが、いずれの用途においても、より高いOSCが好ましく、更なる向上が望まれる。また、セリア−ジルコニア系酸化物では、OSCの向上よりは、むしろ耐久性や耐熱性の改善が主流である。一方、セリア−ジルコニア系酸化物以外の酸化物では、更に、優れたOSCを目的として探索がされている。   As described above, the OSC-containing oxide is useful in various applications including a cocatalyst for exhaust gas purification. In any application, higher OSC is preferable, and further improvement is desired. In the ceria-zirconia-based oxide, the improvement of durability and heat resistance is more popular than the improvement of OSC. On the other hand, in the oxides other than the ceria-zirconia-based oxide, a search is further made for the purpose of an excellent OSC.

セリア−ジルコニアのOSCは、通常、ZrO含有率が50mol%で最も高く、500℃における50%O/N−20%H/Nの酸化還元幅で、825μmol−O/gである(非特許文献1)。一方、特許文献8では、SrFeOとCaFeOにおいて、400℃における100%O−100%Hの酸化還元幅で、それぞれ718μmol−O/gと597μmol−O/gというOSCが示されている。特許文献8に開示の酸化物は、400℃という低温において優れたOSCを示す酸化物であるが、酸化還元幅が100%O−100%Hという広い。非特許文献1のセリア−ジルコニアのOSCでも、酸化還元幅をさらに狭くすると、825μmol−O/gと、OSCは小さくなる。The OSC of ceria-zirconia is usually the highest with a ZrO 2 content of 50 mol%, with a redox width of 50% O 2 / N 2 -20% H 2 / N 2 at 500 ° C., 825 μmol-O 2 / g. (Non-Patent Document 1). On the other hand, Patent Document 8 shows OSCs of 718 μmol-O 2 / g and 597 μmol-O 2 / g in SrFeO 3 and CaFeO 3 with a redox width of 100% O 2 to 100% H 2 at 400 ° C., respectively. Has been. The oxide disclosed in Patent Document 8 is an oxide exhibiting excellent OSC at a low temperature of 400 ° C., but has a wide redox width of 100% O 2 -100% H 2 . Even in the ceria-zirconia OSC of Non-Patent Document 1, when the oxidation-reduction width is further narrowed, the OSC becomes 825 μmol-O 2 / g.

このように従来、酸化還元幅が広い条件ではOSCが高い酸素貯蔵材料が開発されているが、酸化還元幅を小さくするとOSCが小さくなるという問題がある。幅広い用途に適用でき、優れた酸素貯蔵材料を得るには、酸化還元幅の狭い条件でも高いOSCを有する酸化物が望まれる。   Thus, conventionally, an oxygen storage material having a high OSC has been developed under a condition where the oxidation-reduction width is wide. However, there is a problem that the OSC becomes small when the oxidation-reduction width is reduced. In order to obtain an excellent oxygen storage material that can be applied to a wide range of uses, an oxide having a high OSC is desired even under a narrow redox range.

一方、従来の三元触媒は、排ガス中のCO、HC、及びNOを効率よく浄化するために、Ptを主とした貴金属(Pt以外には、Rh、Pd)が使用されている。このように、貴金属を多量に使用すると触媒性能は向上するが、コストも同時に上昇する。即ち、自動車等のエンジンシステムの価格構成で、排ガス浄化コンバーターが占める割合が大きくなっている。したがって、上述のように、セリウム系酸化物、あるいはペロブスカイト型複合酸化物と貴金属とを組み合わせて、三元触媒の性能向上が検討されてきた。しかしながら、これまで検討されている上記酸化物では、触媒性能が向上しているものの、それによって排ガス浄化コンバーターのコスト低減に至るほど貴金属使用量を必ずしも低減できていないのが現状である。On the other hand, conventional three-way catalyst, CO in the exhaust gas, HC, and NO x to purify efficiently, consisting mainly of noble metal (other than Pt is, Rh, Pd) Pt is used. As described above, when a large amount of noble metal is used, the catalyst performance is improved, but the cost is also increased. That is, the ratio of exhaust gas purification converters is increasing due to the price structure of engine systems such as automobiles. Therefore, as described above, improvement in performance of a three-way catalyst has been studied by combining a cerium-based oxide or a perovskite complex oxide with a noble metal. However, although the above-described oxides that have been studied so far have improved catalyst performance, the amount of noble metal used cannot always be reduced so as to reduce the cost of the exhaust gas purification converter.

また、上述の特許文献16〜18のように、希土類元素を含まない複合酸化物も排ガス浄化触媒として開発されている。しかしながら、これらは、ディーゼルエンジン等の排ガス中の微粒子状炭素物質と窒素酸化物を除去するものであったり、酸化反応のみを促進する酸化触媒であったりして、排ガス中のCO、HC、及びNOを同時に浄化する三元触媒としては貴金属と組み合わせても十分な触媒活性が得られない。前記複合酸化物では、微粒子状炭素物質の酸化、NOの吸着蓄積、吸着NOの還元分解のいずれも、1つの酸化物の表面で起こっていると推測されている。しかしながら、発明者らの詳細な検討では、1つの触媒表面で酸化反応と還元反応の両方を同時に担うのは極めて難しく、一方の触媒活性を向上させると、もう一方の触媒活性は十分向上しないことが分かっている。前記AMも、三元触媒としてそのまま使用すると、CO、HC、及びNOを全て同時に浄化できないことが分かっている。Further, as described in Patent Documents 16 to 18 above, complex oxides not containing rare earth elements have also been developed as exhaust gas purification catalysts. However, these are those that remove particulate carbon materials and nitrogen oxides in exhaust gas such as diesel engines, or are oxidation catalysts that promote only the oxidation reaction, such as CO, HC, and As a three-way catalyst that simultaneously purifies NO x , sufficient catalytic activity cannot be obtained even when combined with a noble metal. Wherein in the composite oxide, the oxidation of particulate carbonaceous material, adsorption accumulation of NO x, none of the reductive decomposition of adsorbed NO x, it is estimated that is happening in the surface of one oxide. However, according to detailed investigations by the inventors, it is extremely difficult to simultaneously perform both oxidation and reduction reactions on the surface of one catalyst, and when one catalyst activity is improved, the other catalyst activity is not sufficiently improved. I know. It has been found that if AM x O y is used as it is as a three-way catalyst, CO, HC and NO x cannot be purified at the same time.

特許文献17では、自動二輪車用の排ガス浄化用触媒としての実用化を想定して、長時間の耐久試験を模擬的に行っているが、プロピレンの分解(酸化反応)のみであり、NOが還元されるかどうか、即ち、三元触媒の性能は示されていない。更に、特許文献17や特許文献18では、CaFeやMgFe以外の組成物を含んでもよいことが記載されている。また、特許文献17では、CaFeとCaFeとの2相を含む酸化触媒も示されているが、単相で製造するのが高コストになるという単なる製造上の理由である。In Patent Document 17, a long-term durability test is simulated by assuming a practical use as an exhaust gas purification catalyst for a motorcycle, but only propylene decomposition (oxidation reaction) and NO x is reduced. It is not shown whether it is reduced, ie the performance of the three-way catalyst. Furthermore, Patent Document 17 and Patent Document 18 describe that compositions other than CaFe 2 O 4 and MgFe 2 O 4 may be included. Patent Document 17 also discloses an oxidation catalyst including two phases of CaFe 2 O 4 and Ca 2 Fe 2 O 5 , but it is merely a manufacturing reason that it is expensive to produce a single phase. It is.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸化還元幅が小さくても、高いOSCが得られる酸素貯蔵材料を提供することである。また、本発明は、高価な貴金属の使用量を抑え、又はPtを使用しない低コストの三元触媒であって、従来と同レベル又はそれ以上の触媒活性を有する排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化用ハニカム触媒構造体を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an oxygen storage material capable of obtaining a high OSC even when the redox width is small. The present invention also provides a low-cost three-way catalyst that suppresses the amount of expensive noble metal used or does not use Pt, and has a catalytic activity equal to or higher than that of conventional catalysts and an exhaust gas purifying catalyst. It is to provide a honeycomb catalyst structure.

本発明者らは、アルカリ土類金属Mと、(Fe,Ti)若しくはCo、又は(Fe,Ti)とCoの両方とを含有する酸化物の粒子を、複数の(少なくとも2種の)微細な結晶相から構成された粒子とすることで、酸化還元幅が小さくても、高いOSCが得られることを見出し、本発明の酸素貯蔵材料を完成した。   The inventors of the present invention used a plurality of (at least two) fine particles of an oxide containing an alkaline earth metal M and (Fe, Ti) or Co, or both (Fe, Ti) and Co. It was found that a high OSC can be obtained even when the redox width is small by using particles composed of a simple crystal phase, and the oxygen storage material of the present invention was completed.

また、本発明者らは、Ptを含まない貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合は、M(Co1−xFe4−δ)(A1)、又は、前記酸素貯蔵材料(A2)と、酸化物(A)や酸素貯蔵材料(A2)とは異なる酸化物であって酸素貯蔵能を有する酸化物(B)に、Ptを含まない貴金属を担持して組み合わせることによって、それぞれ単体の触媒活性以上の高い触媒活性が発現することを見出し、本発明の排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化用ハニカム触媒構造体を完成した。Further, the present inventors have found that in the case of oxides supporting the noble metal which does not contain Pt M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ (s = 0, M (Co 1-x Fe x) y O 4-δ) (A1), or the oxygen storage material and (A2), the oxygen storage capacity of a different oxide and the oxide (a) and oxygen storage material (A2) It has been found that a catalytic activity higher than the catalytic activity of a single substance is expressed by supporting a noble metal not containing Pt on the oxide (B) having a catalyst, and the exhaust gas purifying catalyst and the exhaust gas purifying catalyst of the present invention. A honeycomb catalyst structure was completed.

即ち、本発明は、以下の要旨とするものである。
[1] アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記酸化物粒子は、複数の結晶相から構成され、前記結晶相の平均サイズは、5nm以上80nm以下であり、
前記sが、0≦s≦0.31であることを特徴とする酸素貯蔵材料。
[2] 前記酸化物は、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)とCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/{(Fe1−sTi)+Co}≦0.9であることを特徴とする[1]に記載の酸素貯蔵材料。
[3] アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記酸化物粒子は、複数の結晶相から構成され、
前記結晶相の平均サイズは、5nm以上80nm以下であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の酸素貯蔵材料。
[4] 前記酸化物が、アルカリ土類金属Mと、FeとCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/(Fe+Co)≦0.9であることを特徴とする[3]に記載の酸素貯蔵材料。
[5] 前記アルカリ土類金属Mが、Srであることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料。
[6] 前記アルカリ土類金属Mに、Caが含まれることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料。
[7] 前記酸化物に、貴金属が担持されていることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料。
[8] 前記貴金属は、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする[7]に記載の酸素貯蔵材料。
[9] 前記貴金属は、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする[7]に記載の酸素貯蔵材料。
[10] 前記貴金属は、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上と、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする[7]に記載の酸素貯蔵材料。
That is, the present invention has the following gist.
[1] An oxygen storage material comprising an oxide containing an alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co,
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxide particles are composed of a plurality of crystal phases, and the average size of the crystal phases is 5 nm or more and 80 nm or less,
The oxygen storage material, wherein s is 0 ≦ s ≦ 0.31.
[2] In the oxide, the molar ratio between the alkaline earth metal M and the total amount of (Fe 1-s Ti s ) and Co is 0.1 ≦ M / {(Fe 1-s Ti s ) + Co } ≦ 0.9, wherein the oxygen storage material according to [1].
[3] An oxygen storage material comprising an alkaline earth metal M and an oxide containing Fe or Co, or both Fe and Co,
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxide particles are composed of a plurality of crystal phases,
The oxygen storage material according to [1] or [2], wherein an average size of the crystal phase is 5 nm or more and 80 nm or less.
[4] The oxide is characterized in that the molar ratio of the alkaline earth metal M and the total amount of Fe and Co is 0.1 ≦ M / (Fe + Co) ≦ 0.9 [3] 2. The oxygen storage material according to 1.
[5] The oxygen storage material according to any one of [1] to [4], wherein the alkaline earth metal M is Sr.
[6] The oxygen storage material according to any one of [1] to [4], wherein the alkaline earth metal M contains Ca.
[7] The oxygen storage material according to any one of [1] to [6], wherein a noble metal is supported on the oxide.
[8] The oxygen storage material according to [7], wherein the noble metal is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh.
[9] The oxygen storage material according to [7], wherein the noble metal is at least one selected from the group consisting of Ag and Ru.
[10] The oxygen according to [7], wherein the noble metal is one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh and one or more selected from the group consisting of Ag and Ru. Storage material.

[11] キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化に使用される、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記sが、0≦s≦0.31であることを特徴とする酸素貯蔵材料。
[12] キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化触媒に含有されることを特徴とする[1]〜[10]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料。
[11] Containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co, used for exhaust gas purification of carburetor-type motorcycles An oxygen storage material containing oxides,
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxygen storage material, wherein s is 0 ≦ s ≦ 0.31.
[12] The oxygen storage material according to any one of [1] to [10], which is contained in an exhaust gas purification catalyst of a carburetor type motorcycle.

[13] Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、xは0〜1、yは1〜2、sは0〜0.31で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)(A1)、または、請求項1〜10のいずれかに記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)を含み、
前記酸化物(B)は、酸化物(A1)及び酸素貯蔵材料(A2)とは異なる酸化物であって、酸素貯蔵能を有することを特徴とする排ガス浄化用触媒。
[14] Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M(Co1−xFe4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素、xは0〜1、yは1〜2で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)(A1)、又は、[1]〜[10]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)とを含み、
前記酸化物(B)は、酸化物(A1)及び酸素貯蔵材料(A2)とは異なる酸化物であって、酸素貯蔵能を有することを特徴とする排ガス浄化用触媒。
[15] 前記酸化物(B)の有する酸素貯蔵能力は、500℃において50μmol−O/g以上である[13]または[14]に記載の排ガス浄化用触媒。
[16] 前記酸化物(B)がセリウムを含有する[13]〜[15]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[17] 前記酸化物(B)がセリウムとジルコニウムを含有する酸化物(CeZr1−z)O2−δであって、zが0.4〜1.0である[13]〜[16]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[18] 前記酸化物(A)に担持される貴金属がPdであり、前記酸化物(B)に担持される貴金属がRhである[13]〜[17]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[19] 前記貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(A1)又は前記酸素貯蔵材料(A2)と、前記貴金属を担持した酸化物(B)との質量比が、A/B(ここで、AはA1又はA2の質量であり、BはBの質量である。)の質量比で0.1〜10である[13]〜[18]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[20] 前記貴金属を担持した酸化物M(Co1−xFe4−δ(A1)、または前記酸素貯蔵材料(A2)と、前記貴金属を担持した酸化物(B)との質量比が、A/B(ここで、AはA1又はA2の質量であり、BはBの質量である。)の質量比で0.1〜10である[13]〜[18]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[21] 前記xの値が、0.2〜1である[13]〜[20]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[22] キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化用触媒であることを特徴とする[13]〜[21]のいずれかに記載の排ガス浄化用触媒。
[23] Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、xは0〜1、yは1〜2、sは0〜0.31で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)(A1)、または、[1]〜[10]のいずれかに記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)とを含む、
キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化用触媒であることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
[24] [13]〜[23]のいずれかの排ガス浄化用触媒をセラミックス製又は金属製のハニカムにウォッシュコートしてなることを特徴とする排ガス浄化用ハニカム触媒構造体。
[13] Pd, oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of Ag and Rh M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ ( where M is one or more elements substantially selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, x is 0 to 1, y is 1 to 2, s is 0 to 0.31, and δ is in the charge. (A1) or the oxygen storage material (A2) according to any one of claims 1 to 10, and
An oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh,
The catalyst for purifying exhaust gas, wherein the oxide (B) is an oxide different from the oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) and has an oxygen storage capacity.
[14] Oxide M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag, and Rh (where M is substantially Ca, One or more elements selected from the group consisting of Sr and Ba, x is 0 to 1, y is 1 to 2, and δ is a value determined to satisfy the charge neutrality condition) (A1), or Oxygen storage material (A2) according to any of [1] to [10],
An oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh,
The catalyst for purifying exhaust gas, wherein the oxide (B) is an oxide different from the oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) and has an oxygen storage capacity.
[15] The exhaust gas purifying catalyst according to [13] or [14], wherein the oxide (B) has an oxygen storage capacity of 50 μmol-O 2 / g or more at 500 ° C.
[16] The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of [13] to [15], wherein the oxide (B) contains cerium.
[17] The oxide (B) is an oxide containing cerium and zirconium (Ce z Zr 1-z) O 2-δ, z is 0.4 to 1.0 [13] - [ [16] The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of [16].
[18] The exhaust gas purifying apparatus according to any one of [13] to [17], wherein the noble metal supported on the oxide (A) is Pd and the noble metal supported on the oxide (B) is Rh. catalyst.
[19] and the noble metal oxide carrying M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ (A1) or the oxygen storage material (A2), carrying the precious metal oxide The mass ratio to the product (B) is 0.1 to 10 in terms of the mass ratio of A / B (where A is the mass of A1 or A2 and B is the mass of B) [13]. To [18] The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of [18].
[20] oxide carrying the noble metal M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ (A1), or the oxygen storage material (A2), the oxide carrying the precious metal (B) Any of [13] to [18] in which the mass ratio is 0.1 to 10 in terms of the mass ratio of A / B (where A is the mass of A1 or A2 and B is the mass of B). An exhaust gas purifying catalyst according to claim 1.
[21] The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of [13] to [20], wherein the value of x is 0.2 to 1.
[22] The exhaust gas purification catalyst according to any one of [13] to [21], which is an exhaust gas purification catalyst for a carburetor type motorcycle.
[23] Pd, oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of Ag and Rh M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ ( where M is one or more elements substantially selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, x is 0 to 1, y is 1 to 2, s is 0 to 0.31, and δ is in the charge. (A1) or the oxygen storage material (A2) according to any one of [1] to [10],
An oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag, and Rh.
A catalyst for exhaust gas purification, which is a catalyst for exhaust gas purification of a carburetor type motorcycle.
[24] An exhaust gas-purifying honeycomb catalyst structure, wherein the exhaust gas-purifying catalyst according to any one of [13] to [23] is wash-coated on a ceramic or metal honeycomb.

本発明によれば、従来のセリア−ジルコニアやその他の知られているOSC酸化物に比べて、酸化還元幅が狭くても高いOSCを有し、優れた酸素貯蔵材料を提供することができる。また、本発明によれば、貴金属使用量を低減でき、浄化性能に優れた排ガス浄化用触媒を提供できる。また、本発明によれば、Ptを使用しなくてもよいので、貴金属使用量が減り、排ガス浄化コンバーターのコストを大幅に低減できる。   According to the present invention, compared to conventional ceria-zirconia and other known OSC oxides, an excellent oxygen storage material having a high OSC even when the oxidation-reduction width is narrow can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a catalyst for exhaust gas purification that can reduce the amount of noble metal used and that is excellent in purification performance. Further, according to the present invention, since it is not necessary to use Pt, the amount of noble metal used is reduced, and the cost of the exhaust gas purification converter can be greatly reduced.

本発明の排ガス浄化用触媒をハニカム基体に施した概念図及び排ガス浄化反応を説明する概念図である。1 is a conceptual diagram in which a catalyst for exhaust gas purification of the present invention is applied to a honeycomb substrate and a conceptual diagram illustrating an exhaust gas purification reaction.

上述のように、セリア−ジルコニア以外でOSCを示す酸化物として、ペロブスカイト複合酸化物が知られており、さらに、低温でも優れたOSCを示すペロブスカイト酸化物ATOが、特許文献8において示されている。即ち、これまで、OSCを向上させるには、ATO等の特定の組成式で表される結晶相(単相)とすることが望ましいとされ、その探索や開発がなされてきた。例えば、特許文献8では具体的に、SrFeOやCaFeOの単相であることが低温OSCに優れているとしている。As described above, a perovskite composite oxide is known as an oxide exhibiting OSC other than ceria-zirconia, and further, perovskite oxide ATO 3 exhibiting excellent OSC even at a low temperature is disclosed in Patent Document 8. Yes. That is, until now, in order to improve the OSC, it is desirable to use a crystal phase (single phase) represented by a specific composition formula such as ATO 3 , and the search and development have been made. For example, Patent Document 8 specifically states that a single phase of SrFeO 3 or CaFeO 3 is excellent in low-temperature OSC.

また、セリア-ジルコニアに関しても、セリアとジルコニアの2つの酸化物ではなく、(Ce,Zr)Oとなる固溶体であり、他の結晶相を含まない単相であることが望ましいとされている。さらに、より高いOSCを得るためには、粒子が小さく、比表面積が大きくすることが、当業者におけるこれまでの常識である。よって、これまでは、粒成長を抑制して、比表面積が小さくならないような工夫がなされてきた(特許文献1〜4)。Also, for ceria-zirconia, it is desirable that it is not a two oxides of ceria and zirconia, but a solid solution that becomes (Ce, Zr) O 2 and is a single phase that does not contain other crystal phases. . Furthermore, in order to obtain a higher OSC, it has been common knowledge in the art that the particles are small and the specific surface area is large. Therefore, until now, the device which suppresses grain growth and a specific surface area does not become small has been made | formed (patent documents 1-4).

しかしながら、本発明者らは、更に高いOSCを有する材料を設計するためには、上記のような従来の技術思想には限界があり、新たな発想で材料設計する必要があると確信し、次のような技術思想でもって本発明の酸素貯蔵材料を見出すに至った。   However, the present inventors are convinced that, in order to design a material having a higher OSC, the conventional technical idea as described above is limited, and it is necessary to design the material with a new idea. Thus, the oxygen storage material of the present invention has been found out with such a technical idea.

すなわち、本発明は、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物に関し、単相でなく、寧ろ、少なくとも2種の結晶相が、5〜80nmのサイズでドメイン構造を形成している酸化物粒子とすることで、酸化還元幅が狭くても高いOSCを得る。That is, the present invention relates to an oxide containing an alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co, not a single phase, Rather, by using oxide particles in which at least two types of crystal phases form a domain structure with a size of 5 to 80 nm, a high OSC is obtained even when the redox width is narrow.

ここで、前記Sが0である場合には、次のことが言える。すなわち、本発明は、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物に関し、単相でなく、寧ろ、少なくとも2種の結晶相が、5〜80nmのサイズでドメイン構造を形成している酸化物粒子とすることで、酸化還元幅が狭くても高いOSCを得る。それにより本発明の酸化物は、特許文献8のSrFeOやCaFeOの単相よりも、高いOSCを有する。また、本発明の酸化物粒子は、前記複数の微細結晶相から構成されていれば、粒子径を小さくしたり、多孔体構造等の高比表面積にしたりしなくても、平均粒径0.1〜5μmの大きな粒子で、高いOSCを有する。Here, when S is 0, the following can be said. That is, the present invention relates to an oxide containing an alkaline earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co, and is not a single phase, but rather, at least two crystal phases are 5 to 80 nm. By using oxide particles having a domain structure in size, a high OSC can be obtained even when the redox width is narrow. Thereby, the oxide of the present invention has a higher OSC than the single phase of SrFeO 3 and CaFeO 3 of Patent Document 8. In addition, if the oxide particles of the present invention are composed of the plurality of fine crystal phases, the average particle size of 0.1 mm can be obtained without reducing the particle size or the high specific surface area such as a porous structure. Large particles of 1-5 μm with high OSC.

酸化物粒子が酸素を吸収するには、粒子表面から粒子内部まで酸素イオンが拡散していく必要があるが、(Ce,Zr)O、SrFeO、CaFeO等の1つの結晶相で粒子が構成されていると、酸素イオンの濃度勾配が1つの結晶相の粒子内で生じることになるが、前記粒子内では前記濃度勾配が生じ難く、特に、大きな濃度勾配が生じ難い。よって、このような粒子の場合には、前記濃度勾配が酸素イオンの拡散の駆動力となるので、粒子中心部まで拡散しないという問題がある。特に、酸化還元幅が狭いときは、前記問題が顕著になり、その結果、高いOSCが得られなくなる。また、酸素イオンが結晶格子に入るか、又は、結晶格子から出るということは、結晶格子が特定の方位に延びたり、縮んだりすることである。酸化物粒子が単相である場合には、前記結晶格子の伸び縮みによる応力集中が大きくなり、逆に粒子全体に渡って酸素イオンの出入りが起こり難い。In order for the oxide particles to absorb oxygen, oxygen ions need to diffuse from the particle surface to the inside of the particles, but the particles are in one crystal phase such as (Ce, Zr) O 2 , SrFeO 3 , CaFeO 3. Is formed, a concentration gradient of oxygen ions is generated in one crystal phase particle. However, the concentration gradient is hardly generated in the particle, and particularly, a large concentration gradient is not easily generated. Therefore, in the case of such particles, the concentration gradient becomes a driving force for diffusion of oxygen ions, so that there is a problem that the particles do not diffuse to the center of the particles. In particular, when the oxidation-reduction width is narrow, the above problem becomes remarkable, and as a result, high OSC cannot be obtained. In addition, when oxygen ions enter or exit the crystal lattice, the crystal lattice extends or contracts in a specific orientation. When the oxide particles have a single phase, the stress concentration due to the expansion and contraction of the crystal lattice increases, and conversely, oxygen ions do not easily enter and exit the entire particle.

ところが、本発明のように、酸化物粒子が複数の(少なくとも2種の)微細な結晶相で構成されていると、前記酸化物粒子が大きくても、粒子内における結晶相と結晶相との結晶界面が酸素イオンの拡散チャンネルとなって、粒子中心部まで容易に酸素イオンが拡散できる。そのため、粒子全体が有効に働き、多くの酸素を吸蔵できる。そして、酸化還元幅が狭くても、粒子中心部まで酸素イオンが拡散できるので、高いOSCを示す。また、1つの酸化物粒子が、5〜80nmサイズの微細な結晶相で構成されているので、酸素イオンの出入りによって生じる結晶格子の延び縮みによる応力が結晶界面で緩和される。また、延び縮みの方向が各結晶相によって異なるので特定の方向に応力集中が起こらないので、酸素イオンの出入りによる各結晶格子の延び縮みが容易になる。その結果、酸素イオンの出入りが酸化物粒子全体に渡って容易になる。したがって、酸化物粒子を構成する結晶相同士は、結晶界面を有して互いに接触していることになる。   However, as in the present invention, when the oxide particles are composed of a plurality of (at least two kinds) fine crystal phases, even if the oxide particles are large, the crystal phases and crystal phases in the particles The crystal interface becomes a diffusion channel of oxygen ions, and oxygen ions can be easily diffused to the center of the particle. Therefore, the whole particle works effectively and can store a lot of oxygen. Even if the oxidation-reduction width is narrow, oxygen ions can diffuse to the center of the particle, so that high OSC is exhibited. In addition, since one oxide particle is composed of a fine crystal phase having a size of 5 to 80 nm, stress due to expansion and contraction of the crystal lattice caused by the entry and exit of oxygen ions is relieved at the crystal interface. In addition, since the direction of expansion and contraction differs depending on each crystal phase, stress concentration does not occur in a specific direction, so that the expansion and contraction of each crystal lattice due to the entry and exit of oxygen ions is facilitated. As a result, the entry and exit of oxygen ions is facilitated throughout the oxide particles. Therefore, the crystal phases constituting the oxide particles have a crystal interface and are in contact with each other.

上述のように、本発明では、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物粒子、又は、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物粒子(S=0の場合)が、少なくとも2種の結晶相から構成された粒子である。前記結晶相の平均サイズは、5nm以上80nm以下である。前記結晶相の構造は、X線回折法や中性子線回折法で判断できる。さらに、1つの粒子中に少なくとも2種の結晶相が存在することは、透過型電子顕微鏡による結晶格子像や回折像から判断できる。As described above, in the present invention, the oxide particles containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co, or The oxide particles (in the case of S = 0) containing the alkaline earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co are particles composed of at least two crystal phases. The average size of the crystal phase is 5 nm or more and 80 nm or less. The structure of the crystal phase can be determined by X-ray diffraction or neutron diffraction. Further, the presence of at least two types of crystal phases in one particle can be determined from a crystal lattice image and a diffraction image obtained by a transmission electron microscope.

前記結晶相の平均サイズとは、試料断面内において、一つの酸化物結晶粒内に含まれる同一の結晶構造を保つ単結晶領域(以下、結晶ドメインと称する)の平均サイズである。結晶ドメインの形状や大きさは、透過電子顕微鏡による高倍率の原子像観察を行い、原子配列が変化する部分を特定することにより、容易に決定することができる。その結晶相の平均サイズとは、観察から得られる結晶相の投影面積円相当径(結晶相の投影面積と同じ面積を持つ円の直径)の50個の値の数平均サイズである。このとき、前記平均サイズは、結晶相の種類に関係なく、選ばれた50個の結晶相のサイズを数平均して得られる。   The average size of the crystal phase is an average size of single crystal regions (hereinafter referred to as crystal domains) that maintain the same crystal structure included in one oxide crystal grain in a sample cross section. The shape and size of the crystal domain can be easily determined by observing a high-magnification atomic image with a transmission electron microscope and specifying a portion where the atomic arrangement changes. The average size of the crystal phase is the number average size of 50 values of the projected area equivalent circle diameter of the crystal phase obtained from observation (the diameter of a circle having the same area as the projected area of the crystal phase). At this time, the average size is obtained by averaging the sizes of the selected 50 crystal phases regardless of the types of crystal phases.

前記平均サイズが5nm未満では、1つの粒子内における結晶相界面の占める割合が多くなり過ぎるので、高いOSCが得られない。一方、前記平均サイズが80nmを越えると、結晶相が大きくなり過ぎて結晶相中心部まで酸素イオンの出入りが容易にできなくなるので、高いOSCが得られない。   When the average size is less than 5 nm, the proportion of the crystal phase interface in one particle is too large, and thus high OSC cannot be obtained. On the other hand, if the average size exceeds 80 nm, the crystal phase becomes too large and oxygen ions cannot easily enter and exit to the center of the crystal phase, so that a high OSC cannot be obtained.

また、酸化物粒子を構成する複数の(少なくとも2種の)結晶相は、1つの酸化物粒子中に5つ以上のドメインとして存在するのが好ましい。結晶界面がより多くなり、酸素イオンの拡散チャンネルが多くなるからである。なお、結晶相の種類の上限は5種であるが、より好ましい範囲として2〜3種である。構成する結晶相の種類が5を超えると、相間の元素拡散に伴う複雑な相分離等が進行し、安定的な特性が得にくい可能性がある。より安定な特性が期待できる範囲が2〜3種である。   Moreover, it is preferable that a plurality of (at least two) crystal phases constituting the oxide particles exist as five or more domains in one oxide particle. This is because there are more crystal interfaces and more oxygen ion diffusion channels. In addition, although the upper limit of the kind of crystal phase is 5 types, it is 2-3 types as a more preferable range. If the number of constituent crystal phases exceeds 5, complicated phase separation or the like accompanying element diffusion between phases proceeds, and it may be difficult to obtain stable characteristics. The range in which more stable characteristics can be expected is 2 to 3 types.

また、ドメイン数の上限は約100000であり、より好ましくは20〜70000である。ドメイン数が5より少ないと、酸素拡散経路が制限されて結晶相内部まで有効に活用できないおそれがある。ドメイン数が100000より多くなると、酸素の拡散が律速となり易く、酸化物粒子内部の結晶相が有効に活用できないおそれがあり、また、酸化物粒子の機械強度が低下するおそれが高まるため好ましくない。   Moreover, the upper limit of the number of domains is about 100,000, More preferably, it is 20-70000. If the number of domains is less than 5, the oxygen diffusion path is limited, and there is a possibility that it cannot be used effectively to the inside of the crystal phase. When the number of domains is more than 100,000, oxygen diffusion tends to be rate-determined, the crystal phase inside the oxide particles may not be effectively used, and the mechanical strength of the oxide particles may increase, which is not preferable.

本発明に係る、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)もしくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoとの両方とを含有する酸化物、特に、S=0の場合には、アルカリ土類金属Mと、FeもしくはCo、又はFeとCoとの両方とを含有する酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子である。粒径が小さくなると、粒子中心部までの距離が小さく、酸素イオンの出入りによる結晶格子の歪みにも耐えられるので、高いOSCを得易い。しかしながら、粉砕等に長時間を要するので、平均粒径の下限値を0.1μmとする。一方、平均粒径が5μmを超えると、粒子が大き過ぎるので、酸素イオンの拡散チャンネルとなる結晶界面が粒子内に存在しても、粒子の中心部まで酸素イオンが速やかに拡散していかなくなる。ここで、酸化物粒子の粒径は、通常の方法で測定できるが、例えば、レーザー回折法、遠心沈降法等により測定される。また、平均粒径とは、質量累積粒度分布の50%径である。Oxides containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co or both (Fe 1-s Ti s ) and Co according to the invention, in particular S = 0 In some cases, the oxide containing the alkaline earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co is a particle having an average particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less. When the particle size is small, the distance to the center of the particle is small and it can withstand distortion of the crystal lattice due to the entry and exit of oxygen ions, so that a high OSC can be easily obtained. However, since a long time is required for pulverization or the like, the lower limit of the average particle diameter is set to 0.1 μm. On the other hand, if the average particle diameter exceeds 5 μm, the particles are too large, so even if a crystal interface that serves as a diffusion channel for oxygen ions exists in the particles, the oxygen ions will not diffuse quickly to the center of the particles. . Here, the particle diameter of the oxide particles can be measured by a usual method, but is measured by, for example, a laser diffraction method, a centrifugal sedimentation method, or the like. Moreover, an average particle diameter is a 50% diameter of mass accumulation particle size distribution.

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)もしくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoとの両方とを含有する酸化物粒子、S=0の場合は、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoとの両方とを含有する酸化物粒子の平均粒径に対して、前記酸化物粒子を構成する結晶相の平均サイズが、1/10〜1/100であるのがより好ましい。すなわち、前記酸化物粒子の平均粒径をDo(nm)とし、前記結晶相の平均サイズをDc(nm)とした場合、1/100≦Dc/Do≦1/10の関係であると、より高いOSCが得られる。前記関係にあると、酸化物粒子を構成する結晶相が適度な数で含有され、酸素イオンが拡散する結晶相界面が酸化物粒子内に多数形成されるからである。Dc/Doが1/100未満であると、酸化物粒子内に占める結晶相界面の割合が多くなり、結晶相の占める割合が少なくなるので、高いOSCが得られなくなる場合がある。また、Dc/Doが1/10超であると、酸化物粒子内に占める結晶相(結晶ドメイン)の割合が少なくなり、酸素拡散に必要な拡散チャンネルが不足し、また、酸素イオンの出入りに伴う効力集中の緩和能力が不足する場合がある。Oxide particles containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co, when S = 0, alkaline earth With respect to the average particle size of the oxide particles containing the metal M and Fe or Co, or both Fe and Co, the average size of the crystal phase constituting the oxide particles is 1/10 to 1 / More preferably, it is 100. That is, when the average particle diameter of the oxide particles is Do (nm) and the average size of the crystal phase is Dc (nm), the relationship is 1/100 ≦ Dc / Do ≦ 1/10. A high OSC is obtained. This is because, in the above relationship, an appropriate number of crystal phases constituting the oxide particles are contained, and a large number of crystal phase interfaces in which oxygen ions diffuse are formed in the oxide particles. When Dc / Do is less than 1/100, the ratio of the crystal phase interface in the oxide particles increases and the ratio of the crystal phase decreases, so that high OSC may not be obtained. In addition, when Dc / Do is more than 1/10, the ratio of the crystal phase (crystal domain) in the oxide particles is reduced, the diffusion channel necessary for oxygen diffusion is insufficient, and oxygen ions enter and exit. There is a case where the ability to relax the effect concentration is insufficient.

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物に関し、前記アルカリ土類金属Mと、前記(Fe1−sTi)とCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/((Fe1−sTi)+Co)≦0.9であると、酸化還元幅が狭くても、より高いOSCが得られるので好ましい。M/((Fe1−sTi)+Co)のモル比が0.1未満では、酸化還元幅が狭くなると高いOSCが得られない場合がある。一方、M/((Fe1−sTi)+Co)のモル比が、0.95を越えても、酸化還元幅が狭くなると高いOSCが得られない場合がある。ここで、S=0の場合には、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物に関し、前記アルカリ土類金属Mと、前記FeとCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/(Fe+Co)≦0.9であると、酸化還元幅が狭くてもより高いOSCが得られるので、好ましい。M/(Fe+Co)のモル比が0.1未満では、酸化還元幅が狭くなると高いOSCが得られない場合がある。一方、M/(Fe+Co)のモル比が0.95を越えても、酸化還元幅が狭くなると高いOSCが得られない場合がある。Regarding the oxide containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co, the alkaline earth metal M and the (Fe When the molar ratio of 1-s Ti s ) and the total amount of Co is 0.1 ≦ M / ((Fe 1-s Ti s ) + Co) ≦ 0.9, the redox width is narrow, Since higher OSC is obtained, it is preferable. If the molar ratio of M / ((Fe 1-s Ti s ) + Co) is less than 0.1, high OSC may not be obtained when the redox width is narrowed. On the other hand, even if the molar ratio of M / ((Fe 1-s Ti s ) + Co) exceeds 0.95, high OSC may not be obtained if the redox width is narrowed. Here, in the case of S = 0, with respect to the oxide containing the alkaline earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co, the alkaline earth metal M and the Fe and Co It is preferable that the molar ratio with respect to the total amount is 0.1 ≦ M / (Fe + Co) ≦ 0.9 because a higher OSC can be obtained even if the redox width is narrow. If the molar ratio of M / (Fe + Co) is less than 0.1, high OSC may not be obtained when the redox width becomes narrow. On the other hand, even if the molar ratio of M / (Fe + Co) exceeds 0.95, a high OSC may not be obtained if the redox width is narrowed.

また、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物は、Tiを含有している場合(即ち、S>0であってS≦0.31である)には、OSC能に関わる高温耐久性(高温に曝された後のOSC低下度合い。耐熱性)がより優れることを見出した。特に、酸性酸化物と一緒に混合されて使用する場合には、上記範囲内でTiが含有されていると、前記高温耐久性の向上効果が、顕著に現れる。一方、Sの値が0.31を越えると、十分なOSCが得られない。In addition, the oxide containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co contains Ti (that is, And S> 0 and S ≦ 0.31), it was found that the high temperature durability (OSC reduction degree after exposure to high temperature, heat resistance) related to the OSC ability is more excellent. In particular, when used by being mixed together with an acidic oxide, if Ti is contained within the above range, the effect of improving the high-temperature durability appears remarkably. On the other hand, if the value of S exceeds 0.31, sufficient OSC cannot be obtained.

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物を構成する少なくとも2種の結晶相とは、例えば一般式でM{Co,(Fe1−sTi)}として表され、lとmが異なる組成式となる少なくとも2種の結晶相である。また、S=0の場合には、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物を構成する少なくとも2種の結晶相とは、例えば、一般式でM(Co,Fe)として表され、lとmが異なる組成式となる少なくとも2種の結晶相である。The at least two crystal phases constituting the oxide containing the alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co, for example, M l {Co, (Fe 1 -s Ti s)} by the formula expressed as m O n, is at least two crystal phases l and m is different from the composition formula. In the case of S = 0, the alkaline earth metal M and at least two crystal phases constituting the oxide containing Fe or Co, or both Fe and Co are, for example, represented by the general formula: M l (Co, Fe) expressed as m O n, l and m is at least 2 kinds of crystal phase comprising a different composition formula.

具体的な例としては、M{Co1−z(Fe1−sTi}O3−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi4−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi1022−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi8−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi}O4−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi6−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi1426−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi11−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi7−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi1422−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi3251−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi17−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi5−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi1525−δ、M{Co1−z(Fe1−sTi9−δ、及びM{Co1−z(Fe1−sTi1219−δ(ここで、zは0〜1で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)等の少なくとも2種の組み合わせである。Specific examples, M {Co 1-z ( Fe 1-s Ti s) z} O 3-δ, M {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 2 O 4-δ, M 7 {Co 1-z ( Fe 1-s Ti s) z} 10 O 22-δ, M 5 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 2 O 8-δ, M 2 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} O 4-δ, M 3 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 2 O 6-δ, M 5 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 14 O 26-δ, M 2 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 6 O 11-δ, M {Co 1-z (Fe 1-s Ti s ) z} 4 O 7-δ , M 2 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 14 O 22-δ, M 3 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) } 32 O 51-δ, M 4 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 9 O 17-δ, M {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 3 O 5- δ, M 3 {Co 1- z (Fe 1-s Ti s) z} 15 O 25-δ, M 3 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 4 O 9-δ, and M {Co 1-z (Fe 1 -s Ti s) z} 12 O 19-δ ( where, z is 0 to 1, [delta] is a value determined in the charge neutrality condition is satisfied.) at least, such A combination of the two.

S=0の場合の具体的な例としては、M(Co1−zFe)O3−δ、M(Co1−zFe4−δ、M(Co1−zFe1022−δ、M(Co1−zFe8−δ、M(Co1−zFe)O4−δ、M(Co1−zFe6−δ、M(Co1−zFe1426−δ、M(Co1−zFe11−δ、M(Co1−zFe7−δ、M(Co1−zFe1422−δ、M(Co1−zFe3251−δ、M(Co1−zFe17−δ、M(Co1−zFe5−δ、M(Co1−zFe1525−δ、M(Co1−zFe9−δ、及びM(Co1−zFe1219−δ(ここで、zは0〜1で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)等の少なくとも2種の組み合わせである。Specific examples of the case of S = 0 is, M (Co 1-z Fe z) O 3-δ, M (Co 1-z Fe z) 2 O 4-δ, M 7 (Co 1-z Fe z) 10 O 22-δ, M 5 (Co 1-z Fe z) 2 O 8-δ, M 2 (Co 1-z Fe z) O 4-δ, M 3 (Co 1-z Fe z) 2 O 6-δ, M 5 ( Co 1-z Fe z) 14 O 26-δ, M 2 (Co 1-z Fe z) 6 O 11-δ, M (Co 1-z Fe z) 4 O 7- δ, M 2 (Co 1- z Fe z) 14 O 22-δ, M 3 (Co 1-z Fe z) 32 O 51-δ, M 4 (Co 1-z Fe z) 9 O 17-δ, M (Co 1-z Fe z ) 3 O 5-δ, M 3 (Co 1-z Fe z) 15 O 25-δ, M 3 (Co 1-z Fe z) 4 O 9-δ And M (Co 1-z Fe z ) 12 O 19-δ ( where, z is 0 to 1, [delta] is a value determined in the charge neutrality condition is satisfied.) At least two combinations of such is there.

前記アルカリ土類金属Mの例としては、Be、Mg、Ca、Sr、BaおよびRaが挙げられる。前記アルカリ土類金属は、1種又は2種以上使用できる。Fe、Coとの複合酸化物を形成しやすいMg、Ca、Sr、Baが好ましい。特に、前記アルカリ土類金属MがBaまたはSrであると高いOSCが得られ、好ましいのはSrである。また、前記アルカリ土類金属MにCaが含まれると、高温耐久性(高温に曝された後のOSC低下度合い。耐熱性)がさらに高まる。特に、本発明の酸素貯蔵材料が、ハニカム基体に活性アルミナを接着材としてコートされた場合に、前記高温耐久性の向上が顕著に現れる。Caの含有率は、アルカリ土類金属Mの総量に対するモル比Ca/Mで、0.1〜1.0の範囲が好ましく、0.4〜1.0の範囲がより好ましい。   Examples of the alkaline earth metal M include Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra. The alkaline earth metal can be used alone or in combination of two or more. Mg, Ca, Sr, and Ba that can easily form a complex oxide with Fe and Co are preferable. In particular, when the alkaline earth metal M is Ba or Sr, a high OSC is obtained, and Sr is preferred. Moreover, when Ca is contained in the alkaline earth metal M, the high temperature durability (the degree of OSC reduction after being exposed to a high temperature, heat resistance) is further enhanced. In particular, when the oxygen storage material of the present invention is coated on a honeycomb substrate using activated alumina as an adhesive, the improvement in the high-temperature durability is remarkable. The Ca content is a molar ratio Ca / M with respect to the total amount of the alkaline earth metal M, preferably in the range of 0.1 to 1.0, and more preferably in the range of 0.4 to 1.0.

酸素貯蔵材料として更に好ましいのは、前記酸化物を構成する結晶相が、(Ba1−ySr){Co1−z(Fe1−sTi}O3−δ、(Ba1−ySr){Co1−z(Fe1−sTi4−δ、(Ba1−ySr{Co1−z(Fe1−sTi1022−δ、又は(Ba1−ySr){Co1−z(Fe1−sTi1219−δ(ここで、y及びzはそれぞれ0〜1であり、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)を1種以上含む場合である。As more preferred oxygen storage material, the crystal phase constituting the oxide, (Ba 1-y Sr y ) {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} O 3-δ, (Ba 1 -y Sr y) {Co 1- z (Fe 1-s Ti s) z} 2 O 4-δ, (Ba 1-y Sr y) 7 {Co 1-z (Fe 1-s Ti s) z} 10 O 22-δ or (Ba 1-y S r y ) {Co 1-z (Fe 1-s Ti s ) z } 12 O 19-δ (where y and z are each 0 to 1, δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition).

S=0の場合に酸素貯蔵材料として更に好ましいのは、前記酸化物を構成する結晶相が、(Ba1−ySr)(Co1−zFe)O3−δ、(Ba1−ySr)(Co1−zFe4−δ、(Ba1−ySr(Co1−zFe1022−δ、又は(Ba1−ySr)(Co1−zFe1219−δ(ここで、y及びzはそれぞれ0〜1であり、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)を1種以上含む場合である。As more preferred oxygen storage material in the case of S = 0, the crystal phase constituting the oxide, (Ba 1-y Sr y ) (Co 1-z Fe z) O 3-δ, (Ba 1- y Sr y) (Co 1- z Fe z) 2 O 4-δ, (Ba 1-y Sr y) 7 (Co 1-z Fe z) 10 O 22-δ, or (Ba 1-y Sr y) In the case of containing one or more kinds of (Co 1-z Fe z ) 12 O 19-δ (where y and z are each 0 to 1, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition). It is.

ここで、yの範囲は特段の限定はないが、リッチ雰囲気で運転される時間が長く、より還元性雰囲気に対する耐久性を高めたい場合には、0.3≦y≦0.8となるようにする。また、zの範囲は、より高いOSCを得るためには、0≦z≦0.3となるようにする。一方、より高いOSCの繰り返し耐久性を得るためには、0.3<z≦1.0となるようにする。   Here, the range of y is not particularly limited. However, when the operation time in the rich atmosphere is long and it is desired to further improve the durability against the reducing atmosphere, 0.3 ≦ y ≦ 0.8. To. Further, the range of z is set to satisfy 0 ≦ z ≦ 0.3 in order to obtain a higher OSC. On the other hand, in order to obtain higher OSC repetition durability, 0.3 <z ≦ 1.0.

前記酸化物に、貴金属が担持されると、酸素吸蔵速度や酸素放出速度が速くなったり、OSC開始温度が低くなったりするので好ましい。前記担持された貴金属は、酸素分子の解離を促進したり、酸化物粒子表面で酸素の吸収点と放出点を分離する作用を起こしたりするために、前記効果が得られるものと考えられる。   It is preferable that a noble metal is supported on the oxide because an oxygen storage rate and an oxygen release rate are increased and an OSC start temperature is decreased. The supported noble metal is considered to promote the dissociation of oxygen molecules or cause the action of separating the absorption point and the release point of oxygen on the surface of the oxide particles, so that the above effect is considered to be obtained.

前記貴金属の例には、Pt、Pd、Rh、Ag、Ir、In、Au、Ru、Os等が挙げられる。前記貴金属の中で、高いOSCが得られるという点では、Pt、PdまたはRhが好ましい。また、OSC開始温度を低くするという点では、前記貴金属の中にAgまたはRuを含ませることが好ましい。また、Pt、PdおよびRhからなる群から選ばれる1種以上と、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上とを混合して担持すると、OSC開始温度を低くしながら、高いOSCが得られる。   Examples of the noble metal include Pt, Pd, Rh, Ag, Ir, In, Au, Ru, Os and the like. Among the noble metals, Pt, Pd or Rh is preferable in that a high OSC can be obtained. Moreover, it is preferable to contain Ag or Ru in the said noble metal at the point of making OSC start temperature low. Further, when one or more selected from the group consisting of Pt, Pd and Rh and one or more selected from the group consisting of Ag and Ru are mixed and supported, high OSC can be obtained while lowering the OSC start temperature. It is done.

担持する貴金属の粒子サイズは、数平均粒径で1〜10nmの範囲がより好ましい。より優れた前記効果が得られるからである。前記貴金属の担持量は特に限定されないが、前記酸化物と貴金属の総質量に対して0.01〜10.0質量%が好ましい。   The particle size of the noble metal to be supported is more preferably in the range of 1 to 10 nm in terms of number average particle diameter. This is because more excellent effects can be obtained. The amount of the noble metal supported is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10.0% by mass with respect to the total mass of the oxide and the noble metal.

上記酸素貯蔵材料は、好ましくはキャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化触媒に含有され、高いOSC機能が有効に発揮でき、優れた排ガス浄化性能が得られる。また、キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化に使用される酸素貯蔵材料は、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、前記sが0≦s≦0.31である酸素貯蔵材料でも有効に作用し、該排ガス浄化触媒に組み込んで使用されると、優れて浄化性能を示す。The oxygen storage material is preferably contained in an exhaust gas purification catalyst of a carburetor-type motorcycle, can effectively exhibit a high OSC function, and can obtain excellent exhaust gas purification performance. Further, oxygen storage materials used for exhaust gas purification of carburetor type motorcycles are alkaline earth metal M, (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co. An oxygen storage material containing an oxide containing the oxide, wherein the oxide is a particle having an average particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less, and the s is an oxygen storage material satisfying 0 ≦ s ≦ 0.31 It works effectively and exhibits excellent purification performance when incorporated in the exhaust gas purification catalyst.

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)もしくはCoまたは(Fe1−sTi)とCoの両方と、を含有する酸化物;およびアルカリ土類金属Mと、FeもしくはCoまたはFeとCoの両方と、を含有する酸化物(S=0の場合に相当)のいずれも、固相反応法、共沈法やゾル・ゲル法等の液相法、化学気相析出法、レーザーアブレーション法等のどのような方法で製造されうる。固相反応法と共沈法による製造方法を以下に説明する。An oxide containing an alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co or both (Fe 1-s Ti s ) and Co; and an alkaline earth metal M and Fe or Co or Both of the oxides containing both Fe and Co (corresponding to the case of S = 0) are solid phase reaction methods, liquid phase methods such as coprecipitation methods and sol-gel methods, chemical vapor deposition methods, It can be manufactured by any method such as a laser ablation method. A production method by a solid phase reaction method and a coprecipitation method will be described below.

固相反応法による製造では出発原料として、アルカリ土類金属Mの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機酸塩、硫酸塩等、CoとFeの酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、Tiの酸化物等を使用できる。前記Mの出発原料粉と、前記CoとFeの出発原料(Tiを含む場合には、Tiの出発原料)を所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、混合した後、700〜1300℃の範囲内で仮焼する。前記出発原料の混合は、湿式、乾式のいずれでもよく、乳鉢混合、ボールミル、遊星ボールミル等、既存の方法であればどのような方法でもよい。仮焼して得られる酸化物は、粉砕し、場合によっては分級して、使用される。   In the production by the solid-phase reaction method, as starting materials, oxides, hydroxides, carbonates, nitrates, organic acid salts, sulfates, etc. of alkaline earth metals M, oxides of Co and Fe, hydroxides, nitrates, Sulfates and Ti oxides can be used. The starting material powder of M and the starting material of Co and Fe (when Ti is included, Ti starting material) are weighed and mixed so as to have a desired composition, and then in the range of 700 to 1300 ° C. Calcination inside. Mixing of the starting materials may be either wet or dry, and any existing method such as mortar mixing, ball mill, planetary ball mill or the like may be used. The oxide obtained by calcination is used after being pulverized and classified in some cases.

共沈法による製造では出発原料として、Mの硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等、CoとFeとTiの硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、塩化物、キレート錯体、有機酸塩等を使用できる。前記Mの出発原料と、前記CoとFeの出発原料(Tiを含む場合には、Tiの出発原料)を所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、水に溶解する。pH調整剤を添加して、溶液のpHを中性〜塩基性にして溶解しているM、Co、Fe、Tiのイオンを共沈させる。共沈物をろ過あるいは遠心分離で分離・洗浄して、乾燥した後、700〜1300℃の範囲内で仮焼する。仮焼して得られる酸化物は、必要に応じて、粉砕、分級して使用される。   In the production by the coprecipitation method, M nitrates, sulfates, organic acid salts, etc., Co, Fe and Ti nitrates, sulfates, hydroxides, chlorides, chelate complexes, organic acid salts, etc. can be used as starting materials. . The M starting material and the Co and Fe starting materials (when Ti is included, Ti starting materials) are weighed to have a desired composition and dissolved in water. A pH adjuster is added to coprecipitate the dissolved M, Co, Fe, and Ti ions with a neutral to basic pH of the solution. The coprecipitate is separated and washed by filtration or centrifugation, dried, and calcined in the range of 700 to 1300 ° C. The oxide obtained by calcination is used after being pulverized and classified as necessary.

前記酸化物の粒子に、少なくとも2種の結晶相を存在させるためには、出発原料の組成を結晶相の化学両論組成と異なる組成比とする。例えば、M:{Co+(Fe1−sTi)}=1:2、7:10、5:2、2:1、3:2、5:14、2:6、1:4、1:7、3:32、4:3、1:3、1:5、3:4、1:12、又は、S=0の場合、M:(Co+Fe)=1:2、7:10、5:2、2:1、3:2、5:14、2:6、1:4、1:7、3:32、4:3、1:3、1:5、3:4、1:12は化学量論比であるので、これらとは異なる組成比とする。ここで、化学量論比と異なる組成比とは、化学量論比の組成から10%以上外れた組成である。In order for the oxide particles to have at least two crystal phases, the composition of the starting material is set to a composition ratio different from the stoichiometric composition of the crystal phase. For example, M: {Co + (Fe 1-s Ti s )} = 1: 2, 7:10, 5: 2, 2: 1, 3: 2, 5:14, 2: 6, 1: 4, 1: 7, 3:32, 4: 3, 1: 3, 1: 5, 3: 4, 1:12, or when S = 0, M: (Co + Fe) = 1: 2, 7:10, 5: 2, 2: 1, 3: 2, 5:14, 2: 6, 1: 4, 1: 7, 3:32, 4: 3, 1: 3, 1: 5, 3: 4, 1:12 Because of the stoichiometric ratio, the composition ratio is different from these. Here, the composition ratio different from the stoichiometric ratio is a composition deviating by 10% or more from the composition of the stoichiometric ratio.

前記のように、化学量論比と異なる組成比で、出発原料を混合すると共に、仮焼温度への昇温速度を1℃/min〜20℃/minとすると、1つの酸化物粒子中に少なくとも2種の結晶相を、5nm以上80nm以下の平均サイズで形成し易くなる。   As described above, when the starting materials are mixed at a composition ratio different from the stoichiometric ratio and the rate of temperature increase to the calcining temperature is 1 ° C./min to 20 ° C./min, one oxide particle is included. At least two kinds of crystal phases are easily formed with an average size of 5 nm or more and 80 nm or less.

また、上記製造方法において、出発原料の組成範囲を、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)とCoとの総量とのモル比が、0.09≦M/{(Fe1−sTi)+Co}≦0.95となるようにするのがより好ましい。S=0の場合は、アルカリ土類金属Mと、FeとCoとの総量とのモル比が、0.09≦M/(Fe+Co)≦0.95となるようにするのがより好ましい。In the above production method, the composition range of the starting material is such that the molar ratio of the alkaline earth metal M and the total amount of (Fe 1-s Ti s ) and Co is 0.09 ≦ M / {(Fe 1 More preferably, −s Ti s ) + Co} ≦ 0.95. In the case of S = 0, it is more preferable that the molar ratio between the alkaline earth metal M and the total amount of Fe and Co is 0.09 ≦ M / (Fe + Co) ≦ 0.95.

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物粒子、又は、S=0の場合である、アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物粒子に、貴金属を担持する方法は特に限定しないが、例えば、以下の方法で担持できる。水溶性の貴金属塩(例えば、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩等)を水に溶解する。得られた溶液中に、上記アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物、又は、上記アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物の粉末を添加し、攪拌、超音波分散等で分散する。前記懸濁溶液の水分を除去し、乾燥させた後、400〜900℃の範囲で熱処理して、触媒金属を担持できる。前記熱処理温度のより好ましい範囲は、450〜700℃である。また、前記貴金属塩の溶液を使用する代わりに、貴金属のコロイド溶液を使用することもできる。Oxide particles containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co, or an alkali in the case of S = 0 The method for supporting the noble metal on the oxide particles containing the earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co is not particularly limited, but for example, it can be supported by the following method. A water-soluble noble metal salt (for example, nitrate, chloride, acetate, sulfate, etc.) is dissolved in water. In the obtained solution, the alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or an oxide containing both (Fe 1-s Ti s ) and Co, or the alkali An oxide powder containing the earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co is added and dispersed by stirring, ultrasonic dispersion, or the like. After removing the water from the suspension and drying, the catalyst metal can be supported by heat treatment in the range of 400 to 900 ° C. A more preferable range of the heat treatment temperature is 450 to 700 ° C. Further, a colloidal solution of a noble metal can be used instead of using the solution of the noble metal salt.

OSCは、TPR(Temperature Programmed Reduction;昇温還元能)を用いた酸素パルス法によって測定してもよく、通常のTG−DTA(Thermogravimetry−Differential Thermal Analysis;熱重量示差熱測定装置)によって測定しても良い。   The OSC may be measured by an oxygen pulse method using TPR (Temperature Programmed Reduction) and measured by an ordinary TG-DTA (Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis). Also good.

酸素パルス法においては、試料を室温から測定温度まで加熱しながら還元雰囲気中(例えば、水素とアルゴンの混合ガス)で酸素を放出させ、一旦アルゴン等の不活性ガスで雰囲気を置換した後、今度はアルゴンに酸素をパルス状に混合し、ブレークスルー点に至るまでの総酸素導入量を求めることで、OSCを測定できる。一方、TG−DTAにおいては、各温度でまず還元雰囲気にして試料から酸素を放出させ、試料質量の収束値を求める。その後、今度は酸化雰囲気(大気や、酸素とアルゴンの混合ガス)に切り替え、再度試料質量の収束値を求め、これら2つの質量の差から、OSCを求めることができる。   In the oxygen pulse method, oxygen is released in a reducing atmosphere (for example, a mixed gas of hydrogen and argon) while heating the sample from room temperature to the measurement temperature, and the atmosphere is once replaced with an inert gas such as argon. Can measure OSC by mixing oxygen in a pulsed manner with argon and determining the total amount of oxygen introduced up to the breakthrough point. On the other hand, in TG-DTA, oxygen is released from the sample at each temperature first in a reducing atmosphere, and the convergence value of the sample mass is obtained. Then, this time, it switches to oxidizing atmosphere (atmosphere, mixed gas of oxygen and argon), the convergence value of a sample mass is again calculated | required, and OSC can be calculated | required from the difference of these two masses.

試料のOSCの耐久性測定においては、試料温度を一定に保持したまま、上記還元と酸化のサイクルを繰り返し、サイクル回数に伴うOSCの変化を求めることで、評価が可能である。   In measuring the OSC durability of a sample, evaluation can be performed by repeating the above-described reduction and oxidation cycles while maintaining the sample temperature constant, and determining the change in OSC with the number of cycles.

本発明の排ガス浄化触媒は、図1の概念図に示すように、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合は、M(Co1−xFe4−δ)の複合酸化物(A1)または上述の酸素貯蔵材料(A2)と、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸素吸蔵能を有する酸化物(B)とが含まれる。Ptを含まない貴金属を担持した複合酸化物(A1)のみでも、CO及びHCの酸化反応は十分進むが、NOの還元反応は僅かである。また、上述の酸素貯蔵材料(A2)のみでも、三元触媒としては高い触媒活性が得られない場合があり、特に、NOの還元反応(NO浄化)に関して高い促進効果が得られない場合がある。一方、Ptを使用しない貴金属を担持した酸素貯蔵能を有する酸化物(B)のみでも、COの酸化反応、HCの酸化反応、及びNO還元反応の全ての反応が進行するが、空間速度(SV)を高くしていくと十分に浄化できなくなり、触媒活性が不足する。しかしながら、両方を含む本発明の触媒は、両触媒性能を単純に足し合わせた性能以上の触媒性能を有し、従来の三元触媒性能レベル或いはそれ以上の高い浄化性能を発揮する。As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the exhaust gas purifying catalyst of the present invention has M {Co 1-x (Fe 1-s Ti) supporting one or more kinds of noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh. (case of s = 0, M (Co 1 -x Fe x) s) x} y O 4-δ and y O 4-δ) composite oxide (A1) or the above oxygen storage material (A2), And an oxide (B) having an oxygen storage capacity and supporting one or more kinds of noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh. Even with the composite oxide (A1) supporting a precious metal not containing Pt, the oxidation reaction of CO and HC proceeds sufficiently, but the reduction reaction of NO x is slight. Also, only the above-mentioned oxygen storage material (A2), it may not obtain a high catalytic activity as a three-way catalyst, especially if high promoting effect can not be obtained for the reduction reaction of NO x (NO x purification) There is. On the other hand, all of the oxidation reaction of CO, the oxidation reaction of HC, and the NO x reduction reaction proceed even with the oxide (B) having an oxygen storage ability that supports a noble metal that does not use Pt, but the space velocity ( If the SV) is increased, it cannot be sufficiently purified and the catalytic activity is insufficient. However, the catalyst of the present invention including both of them has a catalyst performance higher than the performance obtained by simply adding the performances of both catalysts, and exhibits a high purification performance equal to or higher than the conventional three-way catalyst performance level.

このような相乗的な高い触媒性能は、前記貴金属を担持した複合酸化物(A1)や前記酸素貯蔵材料(A2)の表面上で、COのCOへの酸化反応とHCの部分酸化反応が主として促進され;前記貴金属を担持した酸素貯蔵能を有する酸化物(B)表面上で、主として前記部分酸化されたHC(HCO)がNOを還元する、ことによると推定される。Such synergistic high catalytic performance is achieved by the oxidation reaction of CO to CO 2 and the partial oxidation reaction of HC on the surface of the composite oxide (A1) supporting the noble metal or the oxygen storage material (A2). It is presumed that the partially oxidized HC (HCO x ) mainly reduces NO x on the surface of the oxide (B) having the ability to store oxygen and supporting the noble metal.

すなわち、貴金属を担持した酸素貯蔵能を有する酸化物(B)だけでも三元触媒として作用するが、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)の複合酸化物(A1)や前記酸素貯蔵材料(A2)が存在すると、以下の(i)〜(iii)の作用によって効率よくCO、HC、及びNOを浄化できると推定される。
(i)NOの還元に効果的な部分酸化HCを多く生成すること;
(ii)COとHCの酸化反応がM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)の複合酸化物(A1)や酸素貯蔵材料(A2)の表面で起こるので酸化物(B)表面では同酸化反応の負担が減り、NO還元反応に多く利用できること;
(iii)複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)に加え、酸化物(B)も酸素貯蔵能を有し、なおかつ互いに異なる温度特性、雰囲気依存性を有するため、お互いの酸素貯蔵能を相補的に補い合いながらより効果的に働くこと。
In other words, acts as the oxide (B) alone three-way catalyst having an oxygen storage capacity supporting the noble metal, M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ (s = If 0, the M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ) composite oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) is present, by the action of the following (i) ~ (iii) efficiently CO, it is estimated that can purify HC, and NO x.
(I) producing a large amount of partially oxidized HC effective in reducing NO x ;
(Ii) CO and oxidation reaction of the HC M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} For y O 4-δ (s = 0, M (Co 1-x Fe x) y O 4 since occurs on the surface of the composite oxide of -δ) (A1) and oxygen storage material (A2) in the oxide (B) surface reduces the load on the oxidation reaction, it can be widely used in the NO x reduction reaction;
(Iii) In addition to the composite oxide (A1) or the oxygen storage material (A2), the oxide (B) also has an oxygen storage capacity, and has different temperature characteristics and atmosphere dependence. Work more effectively while complementarily complementing each other.

本発明の酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δでは、MがCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であって、xは0〜1、yは1〜2である。sは0〜0.31で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。ここで、前記組成式は金属元素の比率を表すものであり、酸素の比率(4−δ)はその電荷中性条件によって決まる。即ち、ここでは、金属元素の比率によっては、|δ|の値は1を超える場合がある。よって、酸素の比率(4−δ)をwとして、前記組成式をM{Co1−x(Fe1−sTi(wは、電荷中性条件を満たすように決まる値である。)と表すこともできる。It is one or more elements in the oxide M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, where M is selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba of the present invention , X is 0 to 1, and y is 1 to 2. s is 0 to 0.31, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition. Here, the composition formula represents the ratio of metal elements, and the ratio of oxygen (4-δ) is determined by the charge neutrality condition. That is, here, the value of | δ | may exceed 1 depending on the ratio of metal elements. Therefore, where the oxygen ratio (4-δ) is w and the composition formula is M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s ) x } y O w (w is determined to satisfy the charge neutrality condition. Value)).

xは、触媒活性の点で、0.2〜1の範囲が好ましく、より好ましくは0.9〜1の範囲である。これは、Feの割合が増えるほど触媒の耐久性が高まる傾向にあることから、特に耐久後の触媒活性低下を抑制できるからである。   x is preferably in the range of 0.2 to 1 and more preferably in the range of 0.9 to 1 in terms of catalyst activity. This is because the durability of the catalyst tends to increase as the proportion of Fe increases, and in particular, a decrease in catalyst activity after durability can be suppressed.

Tiによる置換割合sは、増加するほど耐熱性が向上する。特に、酸性酸化物と一緒に混合されて使用する場合には、上記割合のTiが含有されていると、高温耐久性の向上効果が顕著に現れる。Tiによる置換割合sが大きくなりすぎると触媒性能(特に、酸化触媒性能)が低下する傾向にあるので、置換割合sの上限を0.31とする。耐熱性と触媒性能の観点から、sの値は、より好ましくは0.01以上0.15以下であり、更に好ましくは0.02以上0.1以下である。   The heat resistance improves as the substitution ratio s with Ti increases. In particular, when mixed with an acidic oxide and used, if the above-mentioned proportion of Ti is contained, the effect of improving high-temperature durability appears remarkably. If the substitution ratio s by Ti becomes too large, the catalyst performance (particularly the oxidation catalyst performance) tends to decrease, so the upper limit of the substitution ratio s is set to 0.31. From the viewpoint of heat resistance and catalyst performance, the value of s is more preferably from 0.01 to 0.15, and even more preferably from 0.02 to 0.1.

yは、大きいほど高温での酸素吸蔵能に優れ、小さいほど低温での酸素吸蔵能に優れる傾向があるので、1〜2の範囲内で用途によって適宜選択する。yが1より小さいと酸素吸蔵能が小さくなり、優れた排ガス浄化能が得られない。一方、yが1を越えると低温での酸素吸蔵能の低下が顕著になるので、それによって優れた排ガス浄化能が得られない。また、yが上記範囲内であると、酸化物(B)と組み合わせた相乗効果が顕著になる。   Since y tends to be superior in oxygen storage capacity at high temperatures as it is large, and tends to be excellent in oxygen storage capacity at low temperatures as y is small, it is appropriately selected within the range of 1-2 depending on the application. If y is smaller than 1, the oxygen storage capacity becomes small, and an excellent exhaust gas purification capacity cannot be obtained. On the other hand, when y exceeds 1, the oxygen storage ability at a low temperature is remarkably lowered, so that an excellent exhaust gas purification ability cannot be obtained. Further, when y is within the above range, the synergistic effect in combination with the oxide (B) becomes remarkable.

具体的な組成の例には、M{Co1−x(Fe1−sTi}O3−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi}O)、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi)、M{Co1−x(Fe1−sTi1022−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi10)、M{Co1−x(Fe1−sTi1426−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi14)、M{Co1−x(Fe1−sTi11−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi)、M{Co1−x(Fe1−sTi5−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi)、及びM{Co1−x(Fe1−sTi9−δ(M{Co1−x(Fe1−sTi)等が含まれる。さらに、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δの複合酸化物の構造は、特に限定されないが、少なくともその一部にはペロブスカイト構造を有していることが好ましい。Examples of specific compositions, M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} O 3-δ (M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} O w), M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 2 O 4-δ (M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 2 O w), M 7 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 10 O 22-δ (M 7 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 10 O w), M 5 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 14 O 26 -δ (M 5 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 14 O w), M 2 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 6 O 11-δ (M 2 {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 6 O w), M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 3 O -Δ (M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} 3 O w), and M 3 {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} 4 O 9-δ (M 3 {Co 1-x (Fe 1 -s Ti s) w} 4 O z) and the like are included. Furthermore, the structure of the M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} composite oxide of y O 4-δ is not particularly limited, it has a perovskite structure is at least partially Is preferred.

S=0の場合には、酸化物は、M(Co1−xFe4−δと表される。上記と同様に、M(Co1−xFe4−δにおいて、MがCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であって、xは0〜1、yは1〜2である。δは、電荷中性条件を満たすように決まる値である。ここで、前記組成式は金属元素の比率を表し、酸素の比率(4−δ)はその電荷中性条件によって決まる。即ち、ここでは、金属元素の比率によっては、|δ|の値は1を超える場合がある。よって、酸素の比率(4−δ)をwとして、前記組成式をM(Co1−xFe(wは、電荷中性条件を満たすように決まる値である。)と表すこともできる。In the case of S = 0, the oxide is represented as M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ. Similar to the above, in the M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ, a least one element M is selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, x is 0-1, y is 1-2. δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition. Here, the composition formula represents the ratio of the metal element, and the ratio of oxygen (4-δ) is determined by the charge neutrality condition. That is, here, the value of | δ | may exceed 1 depending on the ratio of metal elements. Therefore, the oxygen ratio of (4-[delta]) as w, the composition formula M (Co 1-x Fe x ) y O w (w is a value determined in the charge neutrality condition is satisfied.) Expressed as You can also

xは、触媒活性の点で、特に0.2〜1の範囲が好ましく、より好ましくは0.9〜1の範囲である。yは、大きいほど高温での酸素吸蔵能に優れ、小さいほど低温での酸素吸蔵能に優れる傾向があるので、上記範囲内で用途によって適宜選ぶことが出来る。yが1より小さくなと酸素吸蔵能が小さくなり、それによって優れた排ガス浄化能が得られない。一方、yが1を越えると低温での酸素吸蔵能の低下が顕著になるので、優れた排ガス浄化能が得られない。また、yが上記範囲内であると、酸化物(B)と組み合わせた相乗効果が顕著になる。   x is particularly preferably in the range of 0.2 to 1 and more preferably in the range of 0.9 to 1 in terms of catalyst activity. Since y tends to be superior in oxygen storage capacity at high temperature as it is large, and tends to be excellent in oxygen storage capacity at low temperature as y is small, it can be appropriately selected within the above range depending on the application. If y is smaller than 1, the oxygen storage capacity is reduced, and thus an excellent exhaust gas purification ability cannot be obtained. On the other hand, if y exceeds 1, the oxygen storage capacity at low temperatures is significantly reduced, so that an excellent exhaust gas purification capacity cannot be obtained. Further, when y is within the above range, the synergistic effect in combination with the oxide (B) becomes remarkable.

具体的な組成の例には、M(Co1−xFe)O3−δ(M(Co1−xFe)O)、M(Co1−xFe4−δ(M(Co1−xFe)、M(Co1−xFe1022−δ(M(Co1−xFe10)、M(Co1−xFe1426−δ(M(Co1−xFe14)、M(Co1−xFe11−δ(M(Co1−xFe)、M(Co1−xFe5−δ(M(Co1−xFe)、及びM(Co1−xFe9−δ(M(Co1−xFe)等が含まれる。さらに、M(Co1−xFe4−δの複合酸化物の構造は、特に限定されないが、少なくともその一部にはペロブスカイト構造を有していることが好ましい。Examples of specific composition, M (Co 1-x Fe x) O 3-δ (M (Co 1-x Fe x) O w), M (Co 1-x Fe x) 2 O 4-δ (M (Co 1-x Fe x) 2 O w), M 7 (Co 1-x Fe x) 10 O 22-δ (M 7 (Co 1-x Fe x) 10 O w), M 5 (Co 1-x Fe x) 14 O 26-δ (M 5 (Co 1-x Fe x) 14 O w), M 2 (Co 1-x Fe x) 6 O 11-δ (M 2 (Co 1-x Fe x) 6 O w), M (Co 1-x Fe x) 3 O 5-δ (M (Co 1-x Fe x) 3 O w), and M 3 (Co 1-x Fe x) 4 O 9-δ (M 3 (Co 1-x Fe x) 4 O w) are included, and the like. Further, the structure of the composite oxide of M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ is not particularly limited, but it is preferable that at least a part thereof has a perovskite structure.

前記M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ、及び、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δ複合酸化物の粒子サイズは、貴金属を効果的に担持するためには、平均粒径で0.5〜5.0μmの範囲が好ましい。これより小さくなると、高温での使用で焼結し易くなり、酸化物粒子と貴金属が粗大化しやすくなるおそれがある。また、粒子サイズが大きくなりすぎると、触媒層の固着強度が低下し、剥がれ易くなるおそれがある。前記平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定し、その中央値(メジアン)から求められる。Wherein M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, and the case for S = 0 M of (Co 1-x Fe x) y O 4-δ complex oxide The particle size is preferably in the range of 0.5 to 5.0 μm in average particle size in order to effectively support the noble metal. If it becomes smaller than this, it will become easy to sinter by use at high temperature, and there exists a possibility that an oxide particle and a noble metal may become coarse easily. On the other hand, if the particle size is too large, the fixing strength of the catalyst layer is lowered, and there is a possibility that the particles are easily peeled off. The average particle diameter is measured, for example, using a laser diffraction particle size distribution measuring device, and is obtained from the median value (median).

前記M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ、及び、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δ複合酸化物の粒子の比表面積は、1〜20m/gの範囲が好ましい。前記比表面積がこれより小さくなると、貴金属が分散しにくくなり、有効に機能しなくなるおそれがある。また、前記比表面積は20m/g程度であれば、大きな酸素貯蔵能力を発揮できる。あまりに大きくし過ぎて焼結が進み過ぎる懸念を考慮すると、この程度でも十分だと考えられる。前記比表面積は、例えば、窒素ガス吸着によるBET法により求められる。Wherein M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, and the case for S = 0 M of (Co 1-x Fe x) y O 4-δ complex oxide The specific surface area of the particles is preferably in the range of 1 to 20 m 2 / g. If the specific surface area is smaller than this, the precious metal is difficult to disperse and may not function effectively. Moreover, if the specific surface area is about 20 m 2 / g, a large oxygen storage capacity can be exhibited. Considering the concern of sintering too much and sintering too much, this level is considered sufficient. The specific surface area is determined by, for example, the BET method using nitrogen gas adsorption.

前記M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ、及び、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δの複合酸化物に担持する貴金属は、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属であり、より好ましくはPdである。これらの貴金属が酸化物に担持されると両者の相互作用から酸化物表面の物性が変化し、より酸素貯蔵能が向上する。特に、酸化物(A1)はPdを担持することによりその効果が大きいことが確認された。担持する貴金属の粒子サイズは、平均粒径で1〜3nmの範囲が好ましい。前記粒子サイズをこれより小さくしようとすると技術的に特殊な操作が必要で、コストアップの要因になる場合がある。また、前記粒子サイズがこれより大きいと貴金属の表面積が低下し活性が低下するおそれがある。前記平均粒径は、前述した方法により求められる。Wherein M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, and the case for S = 0 M (Co 1- x Fe x) composite oxides y O 4-δ The noble metal supported on is one or more kinds of noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh, more preferably Pd. When these noble metals are supported on an oxide, the physical properties of the oxide surface change due to the interaction between the two, and the oxygen storage capacity is further improved. In particular, it was confirmed that the oxide (A1) has a large effect by supporting Pd. The particle size of the noble metal to be supported is preferably in the range of 1 to 3 nm in terms of average particle size. If the particle size is to be made smaller than this, a technically special operation is required, which may increase the cost. On the other hand, if the particle size is larger than this, the surface area of the noble metal may be reduced and the activity may be reduced. The average particle diameter is determined by the method described above.

前記貴金属の担持量は特に限定されないが、前記複合酸化物100質量部に対して0.1〜2.0質量部が好ましい。前記担持量をこれより少なくすると、酸化物の体積がむやみに大きくなり、浄化しようとするガスが触媒層の深くまで到達できなくなる場合があることから、全貴金属が有効に使えなくなる可能性がある場合がある。また、前記担持量をこれより多くすると、貴金属間の凝集が起き易くなり、貴金属の活性低下を招き易くなるおそれがある。   The amount of the noble metal supported is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite oxide. If the supported amount is less than this, the volume of the oxide becomes unnecessarily large, and the gas to be purified may not reach the depth of the catalyst layer, so there is a possibility that all precious metals cannot be used effectively. There is a case. Further, if the loading amount is larger than this, aggregation between the noble metals is likely to occur, and there is a possibility that the activity of the noble metal is easily reduced.

前記酸化物(B)は、酸素貯蔵能を有することを特徴とする。この酸化物(B)の酸素貯蔵能力は、500℃において50μmol−O/g以上であることが好ましいが、必ずしも大きな酸素貯蔵能力を有する必要はない。複合酸化物(A1)や酸素貯蔵材料(A2)が既に酸素吸蔵能を有しており、酸化物(B)はこれを補えばよく、負担が軽いからである。The oxide (B) has an oxygen storage capacity. The oxygen storage capacity of the oxide (B) is preferably 50 μmol-O 2 / g or more at 500 ° C., but does not necessarily have a large oxygen storage capacity. This is because the composite oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) already have an oxygen storage capacity, and the oxide (B) only needs to compensate for this, and the burden is light.

上記酸素吸蔵能は、上述と同様に、TPR(Temperature Programmed Reduction)を用いた酸素パルス法によって測定してもよく、通常の熱天秤法によって測定してもよい。熱天秤法による場合、試料雰囲気を空気と4%水素含有アルゴン等の還元雰囲気に交互に切り替え、それぞれの雰囲気中で1時間程度置いて安定した質量を測定し、その質量差から求めることができる。酸素吸蔵能は温度によって異なるため、酸素吸蔵能の測定は、予想される触媒の使用温度範囲において、測定温度を変化させて何点かで測定しておくことが好ましい。   As described above, the oxygen storage capacity may be measured by an oxygen pulse method using TPR (Temperature Programmed Reduction), or by an ordinary thermobalance method. In the case of the thermobalance method, the sample atmosphere can be switched alternately between air and a reducing atmosphere such as 4% hydrogen-containing argon, and the stable mass can be measured in each atmosphere for about 1 hour, and the mass difference can be obtained. . Since the oxygen storage capacity varies depending on the temperature, it is preferable to measure the oxygen storage capacity at several points by changing the measurement temperature in the expected temperature range of use of the catalyst.

以上の事情から、酸素貯蔵能を有する酸化物(B)として選び得る材料は、比較的広範である。酸化物(B)として用いることが可能な材料の例には、セリウム含有酸化物であるCe−ZrO、Ce−CaO、Ce−希土類(Sm,Gd,Y,La)、Ce−Zr−希土類等;ジルコニウム含有酸化物であるZr−希土類(Y,Sc,Yb,Nd,Sm,Gd)、Zr−CaO等;ビスマス含有酸化物であるBi−希土類(Y,Gd)、Bi−Nb,Bi−WO等;パイロクロア型酸化物(LaZr,SmZr,GdZr,Gd(Zr,Ti),Y(Zr,Ti))等が挙げられる。From the above circumstances, materials that can be selected as the oxide (B) having oxygen storage ability are relatively wide. Examples of materials that can be used as the oxide (B) include cerium-containing oxides such as Ce—ZrO, Ce—CaO, Ce—rare earth (Sm, Gd, Y, La), Ce—Zr—rare earth, and the like. Zr-rare earth (Y, Sc, Yb, Nd, Sm, Gd), Zr-CaO, etc. which are zirconium-containing oxides; Bi-rare earth (Y, Gd), Bi-Nb 2 O 5 which are bismuth-containing oxides , Bi-WO 3, etc.; pyrochlore type oxide (La 2 Zr 2 O 7, Sm 2 Zr 2 O 7, Gd 2 Zr 2 O 7, Gd 2 (Zr, Ti) 2 O 7, Y 2 (Zr, Ti ) 2 O 7 ) and the like.

この中でも、特にセリウムを含有する酸化物は、貴金属を担持した場合に300℃以下の低温領域において、複合酸化物(A1)よりも酸素吸蔵能が高い領域がある。よって、複合酸化物(A1)と相補的に作用するため、酸化物(B)として好ましい。酸化物(B)としてより好ましいのは、セリウムとジルコニウムを含有する酸化物(CeZr1−z)O2−δであって、zが0.4〜1.0である酸化物である。Among these, in particular, an oxide containing cerium has a region having a higher oxygen storage capacity than the composite oxide (A1) in a low temperature region of 300 ° C. or lower when a noble metal is supported. Therefore, since it acts complementarily with the composite oxide (A1), it is preferable as the oxide (B). A more preferred oxide (B), oxide containing cerium and zirconium a (Ce z Zr 1-z) O 2-δ, is z oxide is 0.4 to 1.0 .

酸化物(B)の粒径は特に限定されないが、平均粒径で、例えば、0.01〜5.0μmであり、0.5〜5.0μmの範囲が好ましい。平均粒径がこれより小さくなると、高温での使用で焼結し易くなり、酸化物粒子と貴金属の粗大化を招き易くなるおそれがある。また、平均粒径がこれより大きくなると、触媒層の固着強度が低下し、剥がれ易くなるおそれがある。前記平均粒径は、前述した方法により求められる。   The particle diameter of the oxide (B) is not particularly limited, but is an average particle diameter, for example, 0.01 to 5.0 μm, and preferably 0.5 to 5.0 μm. When the average particle size is smaller than this, sintering at high temperatures is likely to cause sintering, and the oxide particles and the noble metal are likely to be coarsened. On the other hand, when the average particle size is larger than this, the fixing strength of the catalyst layer is lowered, and there is a possibility that it is easily peeled off. The average particle diameter is determined by the method described above.

酸化物(B)の比表面積は、十分な酸素貯蔵能力が発揮できれば特に限定されないが、通常、1〜80m/gの範囲であり、1〜20m/gの範囲が好ましい。比表面積がこれより小さくなると貴金属の分散が悪くなる場合があり、有効に機能しなくなるおそれがある。また、比表面積は20m/g程度でも、大きな酸素貯蔵能力が発揮できるため、あまり大きくし過ぎて焼結が進み過ぎる場合があるという懸念を考慮すると、この程度でも十分だと考えられる。前記比表面積は、前述した方法により求められる。The specific surface area of the oxide (B) is not particularly limited as long exhibit sufficient oxygen storage capacity, usually from 1~80m 2 / g, it is preferably in the range of 1-20 m 2 / g. If the specific surface area is smaller than this, the dispersion of the noble metal may be deteriorated, and there is a possibility that it will not function effectively. In addition, even if the specific surface area is about 20 m 2 / g, since a large oxygen storage capacity can be exhibited, this level is considered to be sufficient in consideration of the concern that the sintering may proceed too much due to being too large. The specific surface area is determined by the method described above.

上記酸素吸蔵能を有する酸化物(B)に担持する貴金属は、Pd、AgおよびRhからなる群から選択され、より好ましくはRhである。これらの貴金属が酸化物に担持されると両者の相互作用から酸化物表面の物性が変化し、酸素貯蔵能がより向上する。また、図1に示した浄化機構の概念図の通り、酸化物の役割分担があると推定され、酸化物(A1)にPdを担持した方が好ましい。そのため、その組み合わせ効果からRhを担持した方が効果的であることが確認された。   The noble metal supported on the oxide (B) having the oxygen storage ability is selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh, and more preferably Rh. When these noble metals are supported on an oxide, the physical properties of the oxide surface change due to the interaction between the two, and the oxygen storage capacity is further improved. Further, as shown in the conceptual diagram of the purification mechanism shown in FIG. 1, it is presumed that there is a role sharing of the oxide, and it is preferable to support Pd on the oxide (A1). Therefore, it was confirmed from the combination effect that it is more effective to carry Rh.

担持する貴金属の粒子サイズは、平均粒径で1〜3nmの範囲が好ましい。前記粒子サイズをこれより小さくしようとすると技術的に特殊な操作が必要で、コストアップの要因になる場合がある。また、前記粒子サイズがこれより大きいと、貴金属の表面積が低下し活性が低下するおそれがある。   The particle size of the noble metal to be supported is preferably in the range of 1 to 3 nm in terms of average particle size. If the particle size is to be made smaller than this, a technically special operation is required, which may increase the cost. On the other hand, if the particle size is larger than this, the surface area of the noble metal may be reduced and the activity may be reduced.

前記貴金属の担持量は特に限定されないが、前記酸化物(B)100質量部に対して0.1〜1.5質量部が好ましい。前記担持量をこれより少なくすると、酸化物の体積がむやみに大きくなり、浄化しようとするガスが触媒層の深くまで到達できなくなる場合があることから、貴金属の一部が有効に使えなくなる可能性がある。また、前記担持量をこれより多くすると、貴金属間の凝集が起き易くなる場合があり、貴金属の活性低下を招き易くなるおそれがある。   The amount of the noble metal supported is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the oxide (B). If the supported amount is smaller than this, the volume of the oxide becomes excessively large, and the gas to be purified may not reach the depth of the catalyst layer, so there is a possibility that a part of the noble metal cannot be used effectively. There is. Further, if the loading amount is larger than this, aggregation between the noble metals may easily occur, and the activity of the noble metal may be easily reduced.

特に、Pdを担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物(A1)と、Rhを担持した酸化物(B)を含む組み合わせが、図1に示したような触媒活性の役割分担が明確になり、それぞれの反応に対する触媒活性がより高くなり、即ち、(A1)と(B)のそれぞれの触媒活性の選択性が高くなり、排ガス浄化に対する総合的な触媒活性もより高くなる。In particular, (in the case of S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) carrying Pd M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ complex The combination of the oxide (A1) and the oxide (B) supporting Rh clarifies the role of catalytic activity as shown in FIG. 1, and the catalytic activity for each reaction becomes higher, that is, , (A1) and (B) have higher catalytic selectivity, and the overall catalytic activity for exhaust gas purification becomes higher.

貴金属を担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)と、貴金属を担持した酸素吸蔵能を有する酸化物(B)との質量比は、A/B(ここで、AはA1又はA2の質量であり、BはBの質量である。)の質量比で0.1〜10であることが好ましい。前記質量比が0.1未満では、貴金属を担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe3−δ)複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)が少なくなるために、高い触媒活性が得られない場合がある。一方、前記質量比が10を越えると、貴金属を担持した酸化物(B)が少なくなるために、NO浄化が低下する場合がある。(For S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ supporting the noble metal composite oxide The mass ratio of (A1) or the oxygen storage material (A2) to the oxide (B) having an oxygen storage capacity supporting a noble metal is A / B (where A is the mass of A1 or A2, and B Is the mass of B.) The mass ratio is preferably 0.1 to 10. In the mass ratio is less than 0.1, the precious metal was supported M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} For y O 4-δ (S = 0, M (Co 1-x Fe x ) y O 3-δ) to the composite oxide (A1) or oxygen storage material (A2) is reduced, in some cases higher catalytic activity can not be obtained. On the other hand, when the mass ratio exceeds 10, since the oxide supporting the noble metal (B) is reduced, there is a case where the NO x purification is reduced.

本発明の触媒は、従来良く知られている、貴金属を担持した活性アルミナ等の触媒材料を含ませない場合においても十分な浄化性能を有する。そのため、従来の触媒材料の触媒機構とは異なる機構を有することが示唆される。もちろん、本発明の触媒は、貴金属を担持した活性アルミナを含ませて使用してもよい。   The catalyst of the present invention has a sufficient purification performance even when a catalyst material such as activated alumina supporting a noble metal, which is well known, is not included. Therefore, it is suggested that it has a mechanism different from the catalyst mechanism of the conventional catalyst material. Of course, the catalyst of the present invention may be used by including activated alumina supporting a noble metal.

本発明のM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ、及び、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δ複合酸化物は、固相反応法、共沈法やゾル・ゲル法等の液相法、化学気相析出法、レーザーアブレーション法等の、任意の方法で製造されうる。固相反応法と共沈法による製造方法を以下に説明する。Of the present invention M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, and the case for S = 0 M (Co 1- x Fe x) y O 4-δ complex oxide The product can be produced by an arbitrary method such as a solid phase reaction method, a liquid phase method such as a coprecipitation method or a sol-gel method, a chemical vapor deposition method, or a laser ablation method. A production method by a solid phase reaction method and a coprecipitation method will be described below.

固相反応法による製造では出発原料として、Mの酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、有機酸塩、硫酸塩等、CoとFeの酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、Tiの酸化物等を使用する。Mの出発原料粉と、CoとFeの出発原料(Tiを含む場合には、Tiの出発原料)を、所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、混合した後、600〜1200℃の範囲内で仮焼する。前記出発原料の混合は、湿式、乾式のいずれでもよく、乳鉢混合、ボールミル、遊星ボールミル等既存の方法であればどのような方法で行ってもよい。仮焼して得られるM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物は、粉砕し、場合によっては分級して使用される。In the production by the solid phase reaction method, as starting materials, oxides of M, hydroxides, carbonates, nitrates, organic acid salts, sulfates, oxides of Co and Fe, hydroxides, nitrates, sulfates, Ti Oxide etc. are used. The starting material powder of M and the starting material of Co and Fe (when Ti is included, Ti starting material) are weighed and mixed so as to have a desired composition, and then within a range of 600 to 1200 ° C. Calcinate with. Mixing of the starting materials may be either wet or dry, and may be performed by any existing method such as mortar mixing, ball mill, planetary ball mill and the like. (For S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) calcining obtained M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ complex The oxide is used after being pulverized and optionally classified.

共沈法による製造では出発原料として、Mの硝酸塩、硫酸塩、有機酸塩等、CoとFeとTiの硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、塩化物、キレート錯体、有機酸塩等を使用できる。前記Mの出発原料と、前記CoとFeの出発原料(Tiを含む場合には、Tiの出発原料)を所望の組成になるようにそれぞれ秤量し、水に溶解する。pH調整剤を添加して、溶液のpHを中性〜塩基性にして、溶解しているM、Co、Fe、Tiのイオンを共沈させる。共沈物をろ過あるいは遠心分離で分離・洗浄して、乾燥した後、600〜1200℃の範囲内で仮焼する。仮焼して得られるM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物は、必要に応じて、粉砕、分級して使用される。In the production by the coprecipitation method, M nitrates, sulfates, organic acid salts, etc., Co, Fe and Ti nitrates, sulfates, hydroxides, chlorides, chelate complexes, organic acid salts, etc. can be used as starting materials. . The M starting material and the Co and Fe starting materials (when Ti is included, Ti starting materials) are weighed to have a desired composition and dissolved in water. A pH adjuster is added to make the pH of the solution neutral to basic, so that dissolved M, Co, Fe, and Ti ions are co-precipitated. The coprecipitate is separated and washed by filtration or centrifugation, dried, and calcined in the range of 600 to 1200 ° C. (For S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) calcining obtained M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ complex The oxide is used after being pulverized and classified as necessary.

貴金属を、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ複合酸化物、及び、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δ複合酸化物に担持する方法は特に限定されない。例えば、以下の方法で担持できる。水溶性の貴金属塩、例えば、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩等を水に溶解する。得られた溶液中に、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物粉末を添加して、攪拌、超音波分散等で分散する。前記懸濁溶液の水分を除去し、乾燥させた後、400〜900℃の範囲で熱処理して、貴金属を担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物(A1)を作製できる。Noble metal, M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ complex oxide, and a case of S = 0 M (Co 1- x Fe x) y O 4- The method for supporting the δ composite oxide is not particularly limited. For example, it can be supported by the following method. Water-soluble noble metal salts such as nitrates, chlorides, acetates, sulfates, etc. are dissolved in water. To the resulting solution, M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ ( For S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) The composite oxide powder is added and dispersed by stirring, ultrasonic dispersion or the like. After removing the water from the suspended solution and drying it, heat treatment was performed in the range of 400 to 900 ° C., and M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s ) x } y O 4− supporting noble metal was supported. (for S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) δ complex oxide (A1) can be produced.

貴金属を、酸化物(B)に担持する方法も特に限定されない。例えば、前記M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(S=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物の場合と同様の方法で作製できる。The method for supporting the noble metal on the oxide (B) is not particularly limited. For example, the M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} ( For S = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) y O 4-δ complex oxide It can be produced by the same method as in the case.

貴金属を担持した、M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ、又は、S=0の場合であるM(Co1−xFe4−δ複合酸化物(A1)と、貴金属を担持した酸素吸蔵能を有する酸化物(B)は、混合して本発明の排ガス浄化用触媒とすることができる。前記混合は、湿式、乾式のいずれでもよく、乳鉢混合、ボールミル、遊星ボールミル等既存の方法であればどのような方法でもよい。Noble metal carrying, M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ, or a case of S = 0 M (Co 1- x Fe x) y O 4-δ The composite oxide (A1) and the oxide (B) having an oxygen storage capacity supporting a noble metal can be mixed to obtain the exhaust gas purifying catalyst of the present invention. The mixing may be either wet or dry, and any existing method such as mortar mixing, ball mill, planetary ball mill, etc. may be used.

本発明の排ガス浄化用触媒は、セラミックス製または金属製のハニカムにウォッシュコートして排ガス浄化用ハニカム触媒構造体とすることができる。本発明で使用できるセラミックス製ハニカムは特に限定されないが、例えば、コージエライトハニカム、炭化珪素ハニカム等が挙げられる。また、本発明で使用できる金属製ハニカムも、特に限定されないが、例えば、ステンレスハニカム等が挙げられる。   The exhaust gas-purifying catalyst of the present invention can be made into a honeycomb catalyst structure for exhaust gas purification by wash-coating a ceramic or metal honeycomb. The ceramic honeycomb that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include cordierite honeycombs and silicon carbide honeycombs. The metal honeycomb that can be used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a stainless honeycomb.

本発明の排ガス浄化用触媒をハニカムにウォッシュコートする場合には、まず、触媒及び結合材等が分散するスラリーを調製し、その中にハニカムを浸漬する。結合剤としては、例えば、硝酸アルミニウム、コロイダルアルミナ、有機バインダー等が挙げられる。次いで、ハニカム表面の余剰スラリーを吹き飛ばす等の方法で取り除き、乾燥した後、500〜900℃の温度で大気中数時間熱処理する。なお、前記スラリーがハニカム内壁にのみ塗布されるよう、ハニカムを装着する治具を工夫して、前記スラリーを吸い上げてもよい。   When the exhaust gas-purifying catalyst of the present invention is wash-coated on a honeycomb, first, a slurry in which the catalyst, the binder and the like are dispersed is prepared, and the honeycomb is immersed therein. Examples of the binder include aluminum nitrate, colloidal alumina, and an organic binder. Next, excess slurry on the honeycomb surface is removed by a method such as blowing off, and after drying, heat treatment is performed in the atmosphere at a temperature of 500 to 900 ° C. for several hours. The slurry may be sucked up by devising a jig for mounting the honeycomb so that the slurry is applied only to the inner wall of the honeycomb.

上記排ガス浄化用触媒は、キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化に使用されるのがより好ましい。複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)と、酸化物(B)との相補的な作用によって、優れた排ガス浄化性能を発揮する。キャブレター方式の自動二輪車では、スロットル開度に応じて燃料弁や空気弁が開閉して速度調整が行われる。走行パターンによって空燃比A/Fが大きく変動するので、従来の触媒の浄化ウィンドから比較的長時間はずれる場合があった。すなわち、従来の三元触媒は、キャブレター方式の自動二輪車における酸素吸蔵能が十分でないことから、見掛けの浄化ウィンドが狭い。   The exhaust gas purifying catalyst is more preferably used for exhaust gas purification of a carburetor type motorcycle. Excellent exhaust gas purification performance is exhibited by the complementary action of the composite oxide (A1) or oxygen storage material (A2) and the oxide (B). In a carburetor type motorcycle, a fuel valve and an air valve are opened and closed in accordance with a throttle opening to adjust the speed. Since the air-fuel ratio A / F greatly fluctuates depending on the running pattern, there are cases where the conventional catalyst purification window deviates for a relatively long time. That is, the conventional three-way catalyst has a small apparent purification window because the oxygen storage capacity of a carburetor type motorcycle is not sufficient.

このように従来の三元触媒では、キャブレター方式の自動二輪車における浄化ウィンドを広げるのが困難であったのに対して、本発明の触媒では酸素吸蔵能が十分であり、かつ複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)と、酸化物(B)との相補的な作用の結果、キャブレター方式の自動二輪車における浄化ウィンドを広くでき、優れた排ガス浄化性能が得られる。   As described above, in the conventional three-way catalyst, it is difficult to widen the purification window in the carburetor type motorcycle, whereas in the catalyst of the present invention, the oxygen storage capacity is sufficient and the composite oxide (A1 ) Or the oxygen storage material (A2) and the oxide (B) as a complementary action, the purification window in the carburetor type motorcycle can be widened, and excellent exhaust gas purification performance can be obtained.

また、キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化に使用される排ガス浄化用触媒は、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(A1)、又は、前記酸素貯蔵材料(A2)と、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)とを含む触媒でも有効に作用し、該排ガス浄化触媒に組み込んで使用されるとより優れた浄化性能を示す。An exhaust gas purification catalyst used for exhaust gas purification of a carburetor-type motorcycle is an oxide M {Co 1-x (Fe) supporting one or more precious metals selected from the group consisting of Pd, Ag, and Rh. 1-s Ti s ) x } y O 4-δ (A1), or an oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of the oxygen storage material (A2) and Pd, Ag, and Rh Even a catalyst containing (B) works effectively, and when it is incorporated in the exhaust gas purification catalyst, it exhibits better purification performance.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
以下の方法により、酸素吸蔵能を有する酸化物を製造した。
Ca、Sr、Baの原料としては炭酸塩を、Mg、Co、Feの原料として酸化物を用いた。所定のモル比で、前記原料を秤量して、イソプロピルアルコール(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することによりスラリーを得た。前記スラリーから、吸引ろ過器により固形分を分離し、およそ120℃で1時間乾燥した。得られた乾固物を解砕後、電気炉で表1に示した仮焼温度まで、表1〜表4に示した昇温速度で加熱した。
[Example 1]
An oxide having oxygen storage capacity was produced by the following method.
Carbonates were used as the raw materials for Ca, Sr, and Ba, and oxides were used as the raw materials for Mg, Co, and Fe. The raw material was weighed at a predetermined molar ratio, added to isopropyl alcohol (dispersion medium), and wet-mixed while pulverizing with a ball mill to obtain a slurry. The slurry was separated from the slurry by a suction filter and dried at approximately 120 ° C. for 1 hour. The obtained dried product was pulverized and then heated at the rate of temperature increase shown in Tables 1 to 4 up to the calcination temperature shown in Table 1 with an electric furnace.

炉温を仮焼温度に5時間保持して仮焼した後、電気炉のヒーターを止めて室温まで炉冷した。以上の仮焼は、大気雰囲気中で行った。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、表1に示した組成の酸化物とした。組成は、製造の際の仕込量を示しているが、化学分析により、原料化合物中の金属元素の量と、生成物中の金属元素の量とが一致することを確認した。   After maintaining the furnace temperature at the calcining temperature for 5 hours and calcining, the heater of the electric furnace was stopped and the furnace was cooled to room temperature. The above calcination was performed in an air atmosphere. The fired product was pulverized and then dry-pulverized with an automatic mortar to obtain an oxide having the composition shown in Table 1. The composition indicates the amount charged in the production, and it was confirmed by chemical analysis that the amount of the metal element in the raw material compound and the amount of the metal element in the product coincided.

得られた試料の粉末X線回折パターンを測定し、試料に含まれる結晶相の同定と、各結晶相の含有量の算出を行った。次に、試料の透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行い、酸化物粒子の平均粒径と、結晶相の平均サイズを測定した。この測定は、粉末試料の異なる位置から40個以上の酸化物粒子を選択し、TEMによる高倍率の原子像観察を行い、原子配列が変化する部分を特定することにより結晶ドメインの大きさと数を決定した。求められた結晶相の平均サイズと、酸化物粒子の平均粒径とから、一つの酸化物粒子に含まれる平均的な結晶ドメインの数を計算した。No.1−1の酸化物粒子について、TEMでドメインの直接観察を行い、粒内のドメインを推定したところ、平均して26のドメインを有することが確認され、これは上記計算結果とほぼ同じであった。   The powder X-ray diffraction pattern of the obtained sample was measured, and the crystal phase contained in the sample was identified and the content of each crystal phase was calculated. Next, the sample was observed with a transmission electron microscope (TEM), and the average particle diameter of the oxide particles and the average size of the crystal phase were measured. In this measurement, 40 or more oxide particles are selected from different positions of the powder sample, and a high-magnification atomic image observation is performed by TEM, and the size and number of crystal domains are determined by specifying the portion where the atomic arrangement changes. Were determined. The average number of crystal domains contained in one oxide particle was calculated from the average size of the obtained crystal phase and the average particle size of the oxide particles. No. For the 1-1 oxide particles, direct observation of the domains by TEM and estimation of the intragranular domains confirmed that it had 26 domains on average, which was almost the same as the above calculation results. It was.

Figure 2010010714
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[実施例2]
次に、上記酸化物に、以下のようにして貴金属を担持させた。表5および表6に示した各貴金属の硝酸塩の所定量を秤量し、これを純水に溶解して100mL程度の水溶液とした。この水溶液と前記酸化物の粉末100gをロータリーエヴァポレータに入れ、常温、減圧下で回転攪拌しながら脱泡処理をした。さらに常圧に戻して約60〜70℃に加熱した後、減圧して脱水、乾燥した。常温まで冷却後、常圧に戻して固形物を取り出し、約180℃で2時間乾燥した。得られた物を大気中650℃で5時間熱処理した後、解砕して粒状とした。以上の操作により、貴金属を担持した酸化物試料を得た。なお、この操作によって、酸化物粒子の粒径、酸化物の結晶相の組成やサイズの大きな変化は認められなかった。
[Example 2]
Next, a noble metal was supported on the oxide as follows. A predetermined amount of each noble metal nitrate shown in Tables 5 and 6 was weighed and dissolved in pure water to make an aqueous solution of about 100 mL. The aqueous solution and 100 g of the oxide powder were placed in a rotary evaporator and subjected to defoaming while rotating and stirring at room temperature and under reduced pressure. Furthermore, after returning to normal pressure and heating to about 60-70 ° C., the pressure was reduced, followed by dehydration and drying. After cooling to room temperature, the pressure was returned to normal pressure, the solid was taken out, and dried at about 180 ° C. for 2 hours. The obtained product was heat treated in the atmosphere at 650 ° C. for 5 hours, and then crushed into granules. By the above operation, an oxide sample carrying a noble metal was obtained. It should be noted that no significant change in the particle size of the oxide particles, the composition of the oxide crystal phase, or the size was observed by this operation.

Figure 2010010714
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Figure 2010010714
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試料のOSCを、TG−DTAを用いて以下の方法により測定した。試料を20mg秤量し、白金製の試料皿に入れた。また、標準試料としてα−アルミナを白金皿に入れ、試料との質量差が1mg以内になるよう調整した。試料と標準試料を装置にセットし、雰囲気ガスとして空気を流しながら500℃まで10℃毎分で加熱した。500℃に到達したところで雰囲気ガスを水素4%含有アルゴン混合ガス、もしくは窒素ガスに切り替え、1時間保持して試料質量を測定した。その後、今度は雰囲気ガスを空気に切り替え、同じく1時間保持して試料質量を測定し、2つの測定質量の差からOSCを求めた。雰囲気ガスは、マスフローコントローラーで、流量を200mL毎分に制御した。また、この酸化・還元雰囲気によるサイクルを100回繰り返した後、100回目のOSCを求めた。結果を表7〜表10に示す。   The OSC of the sample was measured by the following method using TG-DTA. 20 mg of a sample was weighed and placed in a platinum sample pan. Moreover, (alpha)-alumina was put into the platinum dish as a standard sample, and it adjusted so that the mass difference with a sample might be less than 1 mg. A sample and a standard sample were set in the apparatus, and heated to 500 ° C. at 10 ° C. per minute while flowing air as an atmospheric gas. When the temperature reached 500 ° C., the atmosphere gas was switched to an argon mixed gas containing 4% hydrogen or nitrogen gas, and the sample mass was measured by holding for 1 hour. Subsequently, the atmosphere gas was switched to air, and the sample mass was measured while maintaining the same for 1 hour, and the OSC was obtained from the difference between the two measured masses. The atmospheric gas was controlled by a mass flow controller at a flow rate of 200 mL per minute. In addition, after repeating this cycle in an oxidizing / reducing atmosphere 100 times, the 100th OSC was determined. The results are shown in Tables 7-10.

Figure 2010010714
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表1〜表10の結果から以下のことが明瞭に判り、本発明の効果が確認された。
(1)アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物相の平均粒径が0.1μm以上5μm以下の粒子であり、前記酸化物粒子が少なくとも2種の結晶相から構成された粒子であり、前記結晶相の平均サイズが5nm以上80nm以下であれば、OSCは高い値を示した。酸化物粒内に存在する構造の異なる複数の結晶相が存在し、かつその平均サイズが適切な範囲であるために、酸素の出入りが効果的に行われたと考えられる。
From the results of Tables 1 to 10, the following was clearly understood, and the effects of the present invention were confirmed.
(1) The oxide phase containing an alkaline earth metal M and Fe or Co, or both Fe and Co has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less, and the oxide particles are at least 2 When the particles were composed of seed crystal phases, and the average size of the crystal phases was 5 nm or more and 80 nm or less, the OSC showed a high value. It is considered that oxygen enters and exits effectively because there are a plurality of crystal phases having different structures present in the oxide grains and the average size thereof is in an appropriate range.

(2)前記酸化物が、アルカリ土類金属Mと、FeとCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/(Fe+Co)≦0.9であると、さらにOSCは高い値を示す。これは、アルカリ土類金属MとFeとCoの機能のバランスにより、酸化還元幅が狭くてもより高いOSCが得られたと考えられる。   (2) When the oxide is such that the molar ratio of the alkaline earth metal M and the total amount of Fe and Co is 0.1 ≦ M / (Fe + Co) ≦ 0.9, the OSC further increases. Show. This is probably because a higher OSC was obtained even when the redox width was narrow due to the balance of the functions of the alkaline earth metal M, Fe and Co.

(3)前記酸化物に、貴金属が担持することにより、さらにOSCは高い値を示す。これは、前記酸化物に、貴金属が担持されると、酸素吸蔵速度や酸素放出速度が速くなったり、OSC開始温度が低くなったりしたためと考えられる。   (3) When noble metal is supported on the oxide, OSC shows a higher value. This is presumably because when the noble metal was supported on the oxide, the oxygen storage rate and oxygen release rate increased, and the OSC start temperature decreased.

(4)さらに、その貴金属が、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上であれば、さらにOSCは高い値を示す。この理由として、貴金属の中でこれらの元素が、酸素吸蔵速度や酸素放出速度を速くするためと考えられる。また、その貴金属に、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上が含まれても、300℃ではOSCは高い値を示す。この理由として、貴金属の中でこれらの元素が、OSC開始温度が低くするためと考えられる。   (4) Furthermore, if the noble metal is one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh, the OSC further shows a high value. This is probably because these elements in the noble metal increase the oxygen storage rate and the oxygen release rate. Moreover, even if the noble metal contains one or more selected from the group consisting of Ag and Ru, OSC shows a high value at 300 ° C. This is probably because these elements in the noble metal lower the OSC start temperature.

[実施例3]
Ca、Sr、Baの原料として炭酸塩を、Mg、Co、Fe、Tiの原料として酸化物を用いた。所定のモル比で前記原料を秤量して、イソプロピルアルコール(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することによりスラリーを得た。得られたスラリーから、吸引ろ過器により固形分を分離し、およそ120℃で1時間乾燥した。得られた乾固物を解砕後、電気炉で、表11〜表13に示す昇温速度で仮焼温度にまで加熱した。炉温を仮焼温度に5時間保持して仮焼した後、電気炉のヒーターを止めて室温まで炉冷した。以上の仮焼は、大気雰囲気中で行った。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、表11〜表13に示した組成の酸化物とした。組成は、製造の際の仕込量を用いているが、これは別に化学分析により、仕込んだ化合物中の金属元素の量と生成物中のそれが一致することを確認した。
[Example 3]
Carbonates were used as raw materials for Ca, Sr, and Ba, and oxides were used as raw materials for Mg, Co, Fe, and Ti. The raw materials were weighed at a predetermined molar ratio, added to isopropyl alcohol (dispersion medium), and wet-mixed while pulverizing with a ball mill to obtain a slurry. The solid content was separated from the obtained slurry by a suction filter and dried at about 120 ° C. for 1 hour. The obtained dried product was pulverized, and then heated to the calcination temperature at the heating rate shown in Tables 11 to 13 in an electric furnace. After maintaining the furnace temperature at the calcining temperature for 5 hours and calcining, the heater of the electric furnace was stopped and the furnace was cooled to room temperature. The above calcination was performed in an air atmosphere. The fired product was pulverized and then dry-pulverized with an automatic mortar to obtain oxides having the compositions shown in Tables 11 to 13. As the composition, the amount charged in the production was used, and it was confirmed by chemical analysis that the amount of the metal element in the compound charged and that in the product coincided with each other.

得られた試料の粉末X線回折パターンを測定し、試料に含まれる結晶相の同定と、各結晶相の含有量の算出を行った。次に、試料の透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行い、酸化物粒子の平均粒径と、結晶相の平均サイズを測定した。この測定は、粉末試料の異なる位置から40個以上の酸化物粒子を選択し、TEMによる高倍率の原子像観察を行い、原子配列が変化する部分を特定することにより結晶ドメインの大きさと数を決定した。求められた結晶相の平均サイズと、酸化物粒子の平均粒径から、一つの酸化物粒子に含まれる平均的な結晶ドメインの数を計算した。なお、No.3−1の酸化物粒子について、TEMでドメインの直接観察を行い、粒内のドメインを数えたところ、平均して25のドメインを有することが確認され、これは上記計算結果と一致した。   The powder X-ray diffraction pattern of the obtained sample was measured, and the crystal phase contained in the sample was identified and the content of each crystal phase was calculated. Next, the sample was observed with a transmission electron microscope (TEM), and the average particle diameter of the oxide particles and the average size of the crystal phase were measured. In this measurement, 40 or more oxide particles are selected from different positions of the powder sample, and a high-magnification atomic image observation is performed by TEM, and the size and number of crystal domains are determined by specifying the portion where the atomic arrangement changes. Were determined. The average number of crystal domains contained in one oxide particle was calculated from the average size of the obtained crystal phase and the average particle size of the oxide particles. In addition, No. With respect to the oxide particles of 3-1, direct observation of the domains was performed with TEM, and the domains in the grains were counted. As a result, it was confirmed that the particles had an average of 25 domains, which was consistent with the above calculation results.

Figure 2010010714
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[実施例4]
次に、上記酸化物に、以下のようにして貴金属を担持させた。表14および表15に示した各貴金属の硝酸塩の所定量を秤量し、これを純水に溶解して100mL程度の水溶液とした。この水溶液と前記酸化物の粉末100gをロータリーエヴァポレータに入れ、まず、常温、減圧下で回転攪拌しながら脱泡処理をした。常圧に戻して約60〜70℃に加熱した後、減圧して脱水、乾燥した。常温まで冷却後、常圧に戻して固形物を取り出し、約180℃で2時間乾燥した。得られた物を大気中650℃で5時間熱処理した後、解砕して粒状とした。以上の操作により、貴金属を担持した酸化物試料を得た。なお、この操作によって、酸化物粒子の粒径、酸化物の結晶相の組成やサイズの変化は認められなかった。
[Example 4]
Next, a noble metal was supported on the oxide as follows. A predetermined amount of each noble metal nitrate shown in Table 14 and Table 15 was weighed and dissolved in pure water to make an aqueous solution of about 100 mL. The aqueous solution and 100 g of the oxide powder were put in a rotary evaporator, and first, defoamed while rotating and stirring at room temperature and under reduced pressure. After returning to normal pressure and heating to about 60-70 ° C., the pressure was reduced and dewatered and dried. After cooling to room temperature, the pressure was returned to normal pressure, the solid was taken out, and dried at about 180 ° C. for 2 hours. The obtained product was heat treated in the atmosphere at 650 ° C. for 5 hours, and then crushed into granules. By the above operation, an oxide sample carrying a noble metal was obtained. Note that no change in the particle size of the oxide particles, the composition of the crystal phase of the oxide, or the size was observed by this operation.

Figure 2010010714
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Figure 2010010714
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試料のOSCを、上述の方法と同様にして測定した。その結果を表16〜19に示す。   The OSC of the sample was measured in the same manner as described above. The results are shown in Tables 16-19.

Figure 2010010714
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表16〜表19に示された結果から以下のことが明瞭に判り、本発明の効果が確認された。
(1)S>0のTiが含有する場合で、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物相の平均粒径が0.1μm以上5μm以下の粒子であり、前記酸化物粒子が少なくとも2種の結晶相から構成された粒子であり、前記結晶相の平均サイズが5nm以上80nm以下で、Tiの含有量がS≦0.31あれば、OSCは高い値を示す。酸化物粒内に存在する構造の異なる複数の結晶相が存在し、かつその平均サイズが適切な範囲であるために、酸素の出入りが効果的に行われたと考えられる。
From the results shown in Tables 16 to 19, the following was clearly understood, and the effects of the present invention were confirmed.
(1) Oxidation containing an alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co, when Ti of S> 0 is contained The average particle diameter of the physical phase is 0.1 μm or more and 5 μm or less, the oxide particles are particles composed of at least two crystal phases, and the average size of the crystal phase is 5 nm or more and 80 nm or less, If the Ti content is S ≦ 0.31, the OSC shows a high value. It is considered that oxygen enters and exits effectively because there are a plurality of crystal phases having different structures present in the oxide grains and the average size thereof is in an appropriate range.

(2)前記酸化物が、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)とCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/{(Fe1−sTi)+Co}≦0.9であると、さらにOSCは高い値を示す。これは、アルカリ土類金属Mと(Fe1−sTi)とCoの機能のバランスにより、酸化還元幅が狭くてもより高いOSCが得られたと考えられる。(2) The oxide has a molar ratio of the alkaline earth metal M and the total amount of (Fe 1-s Ti s ) and Co of 0.1 ≦ M / {(Fe 1-s Ti s ) + Co } ≦ 0.9 indicates a higher OSC value. This is probably because a higher OSC was obtained even when the redox width was narrow due to the balance of the functions of the alkaline earth metal M, (Fe 1-s Ti s ), and Co.

(3)前記酸化物に、貴金属が担持することにより、さらにOSCは高い値を示す。これは、前記酸化物に、貴金属が担持されると、酸素吸蔵速度や酸素放出速度が速くなったり、OSC開始温度が低くなったりしたためと考えられる。   (3) When noble metal is supported on the oxide, OSC shows a higher value. This is presumably because when the noble metal was supported on the oxide, the oxygen storage rate and oxygen release rate increased, and the OSC start temperature decreased.

(4)さらに、その貴金属が、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上であれば、さらにOSCは高い値を示す。この理由として、貴金属の中でこれらの元素が、酸素吸蔵速度や酸素放出速度を速くするためと考えられる。また、その貴金属に、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上が含まれても、300℃ではOSCは高い値を示す。この理由として、貴金属の中でこれらの元素が、OSC開始温度が低くするためと考えられる。   (4) Furthermore, if the noble metal is one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh, the OSC further shows a high value. This is probably because these elements in the noble metal increase the oxygen storage rate and the oxygen release rate. Moreover, even if the noble metal contains one or more selected from the group consisting of Ag and Ru, OSC shows a high value at 300 ° C. This is probably because these elements in the noble metal lower the OSC start temperature.

[実施例5]
更に、実施例1〜4の試料を、空気中、1050℃、85h熱処理した後にも、上述の同様の方法でOSC測定を行い、高温耐熱性を評価した。その結果の代表例を表20に示す。表20には、Air−4%Hで100回繰り返したOSC値を100として、そのOSCの低下率を百分率で示している。Tiを含有する方が、1000℃を超える熱処理を行った後も、OSCの低下割合が小さくなっていることが分かる。他の試料についても、同様の傾向が見られた。
[Example 5]
Furthermore, even after heat-treating the samples of Examples 1 to 4 in air at 1050 ° C. for 85 hours, OSC measurement was performed by the same method as described above to evaluate high-temperature heat resistance. Table 20 shows a representative example of the results. In Table 20, the OSC value repeated 100 times with Air-4% H 2 is defined as 100, and the decrease rate of the OSC is shown as a percentage. It can be seen that the rate of decrease in OSC is smaller in the case of containing Ti even after the heat treatment exceeding 1000 ° C. Similar trends were observed for the other samples.

Figure 2010010714
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[実施例6]
M(Co1−xFe4−δ複合酸化物は、以下の方法により製造した。
Ca、Sr、Baの原料として炭酸塩を、Co、Feの原料として酸化物を用いた。所定のモル比で、前記原料を秤量して、イソプロピルアルコール(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することによりスラリーを得た。得られたスラリーから、吸引ろ過器により固形分を分離し、およそ120℃で1時間乾燥した。得られた乾固物を解砕後、電気炉にて大気中950℃で5時間焼成し、多孔質塊状の焼成物を得た。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、表21に示した組成のM(Co1−xFe4−δ複合酸化物とした。酸化物の平均粒径は1.2μmとなるように粉砕した。この時の比表面積は約2.2m/gであった。比表面積の測定には、日本ベル社製Belsorbを用い、窒素ガス吸着によるBET法により求めた。また、粒径の測定には、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した。組成は、製造の際の仕込量を用いているが、化学分析により、仕込んだ化合物中の金属元素の量と生成物中の金属元素の量とが一致することを確認した。
[Example 6]
M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ complex oxide was prepared by the following procedure.
Carbonates were used as raw materials for Ca, Sr, and Ba, and oxides were used as raw materials for Co and Fe. The raw material was weighed at a predetermined molar ratio, added to isopropyl alcohol (dispersion medium), and wet-mixed while pulverizing with a ball mill to obtain a slurry. The solid content was separated from the obtained slurry by a suction filter and dried at about 120 ° C. for 1 hour. The obtained dried product was pulverized and then baked in an electric furnace at 950 ° C. for 5 hours in the air to obtain a porous massive baked product. Fired product disintegrated, dry milled by an automatic mortar, the composition of Table 21 M (Co 1-x Fe x) was y O 4-δ complex oxide. The oxide was pulverized so as to have an average particle size of 1.2 μm. The specific surface area at this time was about 2.2 m 2 / g. For measurement of the specific surface area, Belsorb manufactured by Nippon Bell Co., Ltd. was used, and the specific surface area was determined by the BET method by nitrogen gas adsorption. The particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device manufactured by Shimadzu Corporation. As the composition, the amount used in the production was used, and it was confirmed by chemical analysis that the amount of the metal element in the charged compound coincided with the amount of the metal element in the product.

次に、上記のM(Co1−xFe4−δ複合酸化物に、以下のようにしてPd、Ag、Rhを担持させた。Pd、Ag、Rhの硝酸塩の所定量を秤量し、これを純水に溶解して100mL程度の水溶液とした。この水溶液と前記酸化物の粉末100gをロータリーエヴァポレータに入れ、常温、減圧下で回転攪拌しながら脱泡処理をした。次に、常圧に戻して約60〜70℃に加熱した後、減圧して脱水、乾燥した。常温まで冷却後、常圧に戻して固形物を取り出し、約180℃で2時間乾燥した。得られた物を大気中650℃で5時間熱処理した後、解砕して粒状とした。以上の操作により、本発明の触媒の一つである、Pd、Ag又はRhの貴金属の1種以上を複合酸化物100質量部に対して担持量1.2質量部で担持したM(Co1−xFe4−δ酸化物(A1)を得た。Next, Pd, Ag, and Rh were supported on the M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ composite oxide as follows. Predetermined amounts of nitrates of Pd, Ag, and Rh were weighed and dissolved in pure water to make an aqueous solution of about 100 mL. The aqueous solution and 100 g of the oxide powder were placed in a rotary evaporator and subjected to defoaming while rotating and stirring at room temperature and under reduced pressure. Next, after returning to normal pressure and heating to about 60-70 ° C., the pressure was reduced, followed by dehydration and drying. After cooling to room temperature, the pressure was returned to normal pressure, the solid was taken out, and dried at about 180 ° C. for 2 hours. The obtained product was heat treated in the atmosphere at 650 ° C. for 5 hours, and then crushed into granules. By the above operation, M (Co 1) in which one or more kinds of noble metals of Pd, Ag or Rh, which is one of the catalysts of the present invention, are supported at a supported amount of 1.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite oxide. -x Fe x) y O 4- δ oxide (A1) was obtained.

セリウムとジルコニウムを含有する(CeZr1−z)O2−δ複合酸化物は、上記のM(Co1−xFe4−δ複合酸化物と同様の方法により製造したが、CeとZrの原料として酸化物を用い、得られた乾固物の焼成温度は、大気中1500℃で5時間とした。この結果、多孔質塊状の焼成物を得た。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、表21に示した組成の(CeZr1−z)O2−δ複合酸化物とした。粉砕後の酸化物の平均粒径は1.0μmで、比表面積は2.0m/gであった。Containing cerium and zirconium (Ce z Zr 1-z) O 2-δ complex oxide was prepared by the same method as the above M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ complex oxide The oxide was used as a raw material for Ce and Zr, and the firing temperature of the obtained solid product was 1500 ° C. in the atmosphere for 5 hours. As a result, a porous massive fired product was obtained. Fired product disintegrated, by an automatic mortar dry milled to obtain a composition as shown in Table 21 (Ce z Zr 1-z ) O 2-δ complex oxide. The average particle diameter of the pulverized oxide was 1.0 μm, and the specific surface area was 2.0 m 2 / g.

次に、セリウム系酸化物又はアルミナに、Pd、AgまたはRhを以下の方法で担持させた。市販セリア、セリアジルコニア系酸化物あるいは市販のアルミナを所定量秤量し、これを純水に分散して、100mL程度の体積の分散溶液とした。この溶液に、Pd、AgまたはRhの硝酸塩あるいは微分散したPd、Ag又はRhを混合し、Pd、Ag又はRhの貴金属の1種以上を酸化物100質量部に対して担持量0.6質量部で担持したセリア、セリアジルコニア系酸化物あるいはアルミナである酸化物(B)を得た。ここで使用した市販のセリア、あるいは市販のアルミナの平均粒径は1.4μmで、比表面積は、90.6m/gであった。Next, Pd, Ag, or Rh was supported on the cerium-based oxide or alumina by the following method. A predetermined amount of commercially available ceria, ceria zirconia-based oxide or commercially available alumina was weighed and dispersed in pure water to obtain a dispersion solution having a volume of about 100 mL. Pd, Ag, or Rh nitrate or finely dispersed Pd, Ag, or Rh is mixed with this solution, and one or more kinds of noble metals such as Pd, Ag, or Rh are supported on 100 parts by mass of oxide in an amount of 0.6 mass. The oxide (B) which is a ceria, a ceria zirconia-based oxide or alumina supported on the part was obtained. The average particle diameter of the commercially available ceria used here or commercially available alumina was 1.4 μm, and the specific surface area was 90.6 m 2 / g.

上記手順で調製した各種貴金属担持酸化物を使って構成した触媒を表21にまとめた。尚、表21に示した酸化物(A1)の組成欄に記載した組成式は、上述のように、金属元素の比率を示すものである。よって、例えば、No.6−1のCaFeO4-δは、CaFeOやCaFeO3-δとも表せる。No.6−2〜6−8、6−12、6−13、6−22,6−32、6−34も同様である。また、例えば、No.6−9のCaF2O4-δは、CaFe2Owとも表せる。No.6−10、6−11、6−14〜6−30、6−33、6−35も同様である。Table 21 summarizes the catalysts constructed using the various noble metal-supported oxides prepared by the above procedure. In addition, the composition formula described in the composition column of the oxide (A1) shown in Table 21 indicates the ratio of the metal element as described above. Thus, for example, No. 6-1 CaFeO 4-δ can also be expressed as CaFeO w or CaFeO 3-δ . No. The same applies to 6-2 to 6-8, 6-12, 6-13, 6-22, 6-32, and 6-34. For example, No. 6-9 CaF 2 O 4-δ can also be expressed as CaFe 2 O w . No. The same applies to 6-10, 6-11, 6-14 to 6-30, 6-33, and 6-35.

Figure 2010010714
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前記触媒をウォッシュコートするハニカムとして、所定形状直径が25cm、高さが60cm、ハニカム断面のセル空孔の大きさが縦1mm×横2mmの、円筒型のステンレス鋼製ハニカムを用いた。このハニカムを垂直に保持し、その上部端面に過剰量の触媒及び結合材等が分散するスラリーを一様に盛り、ハニカム下部端面から吸引してハニカム内壁に塗布すると共に、余剰スラリーを除去した。ハニカムの外表面にスラリーが付着した場合には乾燥してしまう前に付着スラリーを拭き取った。吸引を継続しつつ、ハニカム上部端面をエアーブローして、乾燥した。ハニカムの上下を逆転し、前記ハニカム内壁へのスラリー塗布、乾燥操作を再度行った。その後、大気中650℃で1時間熱処理することによって、本発明の触媒をウォッシュコートしてなるステンレス鋼製ハニカム触媒構造体を得た。尚、前記ハニカムに固定された貴金属の総量は、0.5g/Lとした。   A cylindrical stainless steel honeycomb having a predetermined shape diameter of 25 cm, a height of 60 cm, and a cell pore size of 1 mm × 2 mm in the cross section of the honeycomb was used as the honeycomb to wash coat the catalyst. The honeycomb was held vertically, and a slurry in which an excessive amount of catalyst, binder, etc. was dispersed was uniformly deposited on the upper end face thereof, sucked from the lower end face of the honeycomb and applied to the inner wall of the honeycomb, and the excess slurry was removed. When the slurry adhered to the outer surface of the honeycomb, the adhered slurry was wiped before drying. While continuing the suction, the upper end face of the honeycomb was air blown and dried. The honeycomb was turned upside down, and the slurry was applied to the inner wall of the honeycomb and dried again. Thereafter, a heat treatment was performed in the atmosphere at 650 ° C. for 1 hour to obtain a stainless steel honeycomb catalyst structure obtained by wash-coating the catalyst of the present invention. The total amount of noble metals fixed to the honeycomb was 0.5 g / L.

ハニカム触媒構造体の触媒性能を、以下の方法で評価した。用いた評価装置は、ステンレス製配管で構成された流通型反応装置であり、入り側から表22に示される組成のモデルガスを導入し、これを排ガス浄化反応部に流通させて、出口側に排出するものである。モデルガスを外部ヒーターにて加熱して排ガス浄化反応部に送ることで、浄化反応部分が加熱される。100℃から450℃の温度範囲で、流出側(触媒部分通過後)のガス組成を分析し、CO、HC、及びNO濃度の変化率を求めることにより、各々の浄化特性を評価した。空間速度(SV)は5万hr−1とした。本発明の評価装置においては、入口ガス組成を切り替えた後100秒後に測定を行い、180秒後に別な入口ガス組成に切り替える操作を繰り返した。The catalyst performance of the honeycomb catalyst structure was evaluated by the following method. The used evaluation apparatus is a flow type reaction apparatus composed of stainless steel pipes. A model gas having the composition shown in Table 22 is introduced from the inlet side, and this is circulated to the exhaust gas purification reaction section. To be discharged. The purification reaction part is heated by heating the model gas with an external heater and sending it to the exhaust gas purification reaction part. In the temperature range from 100 ° C. to 450 ° C., the gas composition on the outflow side (after passing through the catalyst portion) was analyzed, and the change rates of the CO, HC, and NO concentrations were determined to evaluate the respective purification characteristics. The space velocity (SV) was set to 50,000 hr −1 . In the evaluation apparatus of the present invention, the measurement was performed 100 seconds after switching the inlet gas composition, and the operation of switching to another inlet gas composition after 180 seconds was repeated.

Figure 2010010714
Figure 2010010714

表21に示される触媒をハニカムに担持して、上記触媒性能評価を行った結果を表23に示す。表23において、◎はT50(注1)が220℃以下、○は同220−250℃、△は同250−350℃、×は同350℃超をそれぞれ示す。判定に用いたT50の算出は、COとHCに関しては、リーンとストイキの条件で測定した結果の平均値、NOに関してはリッチとストイキの条件で測定した結果の平均値をとした。
(注1) T50はCO、HC、NOそれぞれのガス濃度が触媒作用によって半分に減少したときの温度(℃)であり、低いほど活性が高いことを示す。
Table 23 shows the results of the catalyst performance evaluation performed by supporting the catalyst shown in Table 21 on the honeycomb. In Table 23, ◎ indicates T 50 (Note 1) of 220 ° C. or less, ◯ indicates the same 220-250 ° C., Δ indicates the same 250-350 ° C., and x indicates the same above 350 ° C. The calculation of T 50 used for the determination was the average value of the results measured under lean and stoichiometric conditions for CO and HC, and the average value of the results measured under rich and stoichiometric conditions for NO x .
(Note 1) T 50 is the temperature (° C.) when the gas concentrations of CO, HC, and NO x are reduced by half due to catalytic action, and the lower the value, the higher the activity.

Figure 2010010714
Figure 2010010714

表23から判るように、本発明による触媒構成(6−1〜6−28:実施例)では全て○以上の良好な判定となったが、本発明によらない触媒構成(6−29〜6−35:比較例)ではこれを下回る浄化性能であることが判った。   As can be seen from Table 23, all of the catalyst configurations according to the present invention (6-1 to 6-28: Examples) were judged as good or better, but the catalyst configurations according to the present invention (6-29 to 6) were not used. In -35: Comparative Example), it was found that the purification performance was lower than this.

次に、Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)の酸素貯蔵能力を評価した。貴金属は、担体酸化物100質量部に対して、いずれも0.6質量部を担持(2種担持したものはそれぞれを0.6質量部を担持)した。評価には、熱天秤法を用いた。試料雰囲気を空気と4%水素含有アルゴンの還元雰囲気に交互に切り替え、それぞれの雰囲気中で1時間程度置いて安定した重量を測定し、その重量差から酸素吸蔵能を求めた。測定温度は200℃、500℃、及び900℃の三点とした。結果を表24に示す。   Next, the oxygen storage capacity of the oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag, and Rh was evaluated. The precious metals each supported 0.6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carrier oxide (two types supported each supported 0.6 parts by mass). A thermobalance method was used for the evaluation. The sample atmosphere was alternately switched between a reducing atmosphere of air and 4% hydrogen-containing argon, and a stable weight was measured in each atmosphere for about 1 hour, and the oxygen storage capacity was determined from the weight difference. The measurement temperature was three points of 200 ° C, 500 ° C, and 900 ° C. The results are shown in Table 24.

Figure 2010010714
Figure 2010010714

表24に示される酸化物(B)(貴金属を担持していない酸素貯蔵能を有する酸化物や、貴金属を担持していても酸素貯蔵能を有しない酸化物)は、500℃で50μm−O/g以下の低い酸素貯蔵能を有することが判った。この結果は、表23の比較例に示されるように浄化性能の低下の一因と考えられる。The oxide (B) shown in Table 24 (an oxide having an oxygen storage ability not supporting a noble metal or an oxide not supporting a noble metal even if supporting a noble metal) is 50 μm-O at 500 ° C. It was found to have a low oxygen storage capacity of 2 / g or less. This result is considered to be a cause of a decrease in purification performance as shown in the comparative example of Table 23.

[実施例7]
M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ酸化物(s>0の場合)を、以下の方法により製造した。Ca、Sr、Baの原料として炭酸塩を、Co、Fe,Tiの原料として酸化物を用いた。所定のモル比で、前記原料を秤量して、イソプロピルアルコール(分散媒)に加え、ボールミルにより粉砕しながら湿式混合することによりスラリーを得た。得られたスラリーから、吸引ろ過器により固形分を分離し、およそ120℃で1時間乾燥した。得られた乾固物を解砕後、電気炉にて大気中950℃で5時間焼成し、多孔質塊状の焼成物を得た。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、表25に示した組成のM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ酸化物とした。酸化物の平均粒径は1.2μmとなるように粉砕した。この時の比表面積は約2.2m/gであった。比表面積の測定には、日本ベル社製Belsorbを用い、窒素ガス吸着によるBET法により求めた。また、粒径の測定には、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定した。記載された組成は、製造の際の仕込量から求めているが、化学分析により、仕込んだ化合物中の金属元素の量と生成物中の金属元素の量とが一致することを確認した。
[Example 7]
M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ oxide (s> 0), was prepared by the following procedure. Carbonates were used as raw materials for Ca, Sr, and Ba, and oxides were used as raw materials for Co, Fe, and Ti. The raw material was weighed at a predetermined molar ratio, added to isopropyl alcohol (dispersion medium), and wet-mixed while pulverizing with a ball mill to obtain a slurry. The solid content was separated from the obtained slurry by a suction filter and dried at about 120 ° C. for 1 hour. The obtained dried product was pulverized and then baked in an electric furnace at 950 ° C. for 5 hours in the air to obtain a porous massive baked product. Fired product disintegrated, by an automatic mortar dry milled to obtain a composition of M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ oxide shown in Table 25. The oxide was pulverized so as to have an average particle size of 1.2 μm. The specific surface area at this time was about 2.2 m 2 / g. For measurement of the specific surface area, Belsorb manufactured by Nippon Bell Co., Ltd. was used, and the specific surface area was determined by the BET method by nitrogen gas adsorption. The particle size was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device manufactured by Shimadzu Corporation. The described composition is determined from the amount charged in the production, and it was confirmed by chemical analysis that the amount of the metal element in the charged compound coincides with the amount of the metal element in the product.

上記のM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ酸化物(s>0の場合)も、前述した方法と同様にしてPd、Ag、Rhを担持させた。Pd、Ag、Rhの硝酸塩の所定量を秤量し、これを純水に溶解して100mL程度の水溶液とした。この水溶液と前記酸化物の粉末100gをロータリーエヴァポレータに入れ、常温、減圧下で回転攪拌しながら脱泡処理をした。次に、常圧に戻して約60〜70℃に加熱した後、減圧して脱水、乾燥した。常温まで冷却後、常圧に戻して固形物を取り出し、約180℃で2時間乾燥した。得られた物を大気中650℃で5時間熱処理した後、解砕して粒状とした。以上の操作により、本発明の触媒の一つである、Pd、Ag又はRhの貴金属の1種以上を複合酸化物100質量部に対して担持量1.2質量部で担持したM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ酸化物(s>0の場合)を得た。The above M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ oxide (s> 0) also was supported Pd, Ag, and Rh in the same manner as described above . Predetermined amounts of nitrates of Pd, Ag, and Rh were weighed and dissolved in pure water to make an aqueous solution of about 100 mL. The aqueous solution and 100 g of the oxide powder were placed in a rotary evaporator and subjected to defoaming while rotating and stirring at room temperature and under reduced pressure. Next, after returning to normal pressure and heating to about 60-70 ° C., the pressure was reduced, followed by dehydration and drying. After cooling to room temperature, the pressure was returned to normal pressure, the solid was taken out, and dried at about 180 ° C. for 2 hours. The obtained product was heat treated in the atmosphere at 650 ° C. for 5 hours, and then crushed into granules. By the above operation, M {Co 1 in which one or more kinds of Pd, Ag, or Rh noble metal, which is one of the catalysts of the present invention, is supported at a supported amount of 1.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite oxide. -x (Fe 1-s Ti s ) x} y O 4-δ oxide (s> 0) was obtained.

セリウムとジルコニウムを含有する(CeZr1−z)O2−δ複合酸化物以外の酸化物(B)は、上記のM{Co1−x(Fe1−sTi4−δ酸化物と同様の方法により製造したが、Ce、Zr、Bi、La、Co、Feの原料として酸化物を、CaとSrの原料として炭酸塩を用い、得られた乾固物の焼成温度は、大気中1200〜1500℃で5時間とした。焼成物を解砕後、自動乳鉢により乾式粉砕し、得られた多孔質塊状の焼成物の平均粒径、及び比表面積を、焼成条件と共に表26にまとめた。また、上記で得た酸化物(B)に、Pd、Ag、又はRhを上述した方法で担持させ、前述した方法で酸化物(B)の酸素貯蔵能力を評価した結果についても表26にまとめた。表25には、上記手順で調製した各種貴金属担持酸化物を使って構成した触媒が示される。Containing cerium and zirconium (Ce z Zr 1-z) O 2-δ oxide other than composite oxide (B), the above M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O It was produced by the same method as 4-δ oxide, but using oxides as raw materials for Ce, Zr, Bi, La, Co, and Fe, and carbonates as raw materials for Ca and Sr, The firing temperature was 1200 to 1500 ° C. in the air for 5 hours. The fired product was pulverized and then dry-pulverized with an automatic mortar, and the average particle diameter and specific surface area of the obtained porous massive fired product are summarized in Table 26 together with the firing conditions. Table 26 also summarizes the results obtained by supporting Pd, Ag, or Rh on the oxide (B) obtained above by the method described above and evaluating the oxygen storage capacity of the oxide (B) by the method described above. It was. Table 25 shows catalysts constructed using various noble metal-supported oxides prepared by the above procedure.

Figure 2010010714
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表25に示される触媒をハニカムに担持して、上記触媒性能評価を行った結果を表27に示す。表27において、◎はT50(注1)が220℃以下、○は同220−250℃、△は同250−350℃、×は同350℃超をそれぞれ示す。なお、判定に用いたT50の算出は、COとHCに関しては、リーンとストイキの条件で測定した結果の平均値、NOに関してはリッチとストイキの条件で測定した結果の平均値をとった。
(注1) T50はCO、HC、NOそれぞれのガス濃度が触媒作用によって半分に減少したときの温度(℃)であり、低いほど活性が高いことを示す。
Table 27 shows the results of carrying out the catalyst performance evaluation with the catalyst shown in Table 25 supported on the honeycomb. In Table 27, ◎ indicates T 50 (Note 1) of 220 ° C. or less, ○ indicates 220-250 ° C., Δ indicates 250-350 ° C., and x indicates more than 350 ° C. The calculation of the T 50 used for the determination, for CO and HC, the average value of the results of measurement in lean and stoichiometric conditions, averaged value of the results of measurement in the rich and stoichiometric conditions with respect to NO x .
(Note 1) T 50 is the temperature (° C.) when the gas concentrations of CO, HC, and NO x are reduced by half due to catalytic action, and the lower the value, the higher the activity.

Figure 2010010714
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表27に示したように、本発明による触媒構成(7−1〜7−20:実施例)では全て○以上の良好な判定となったが、本発明によらない触媒構成(7−21〜7−24:比較例)ではこれを下回る浄化性能であることが判った。   As shown in Table 27, all of the catalyst configurations according to the present invention (7-1 to 7-20: Examples) were good determinations of ◯ or more, but the catalyst configurations according to the present invention (7-21 to 21) 7-24: Comparative Example) showed that the purification performance was lower than this.

[実施例8]
本発明の酸化物(A2)と酸化物(B)の組み合わせを種々変え、触媒性能を評価した。
酸化物(A2)は、実施例1〜4の方法に従って調製し、上記酸化物(B)と組み合わせた。ハニカムへのウォッシュコート方法や触媒評価方法は上述した方法によった。酸化物(A2)と酸化物(B)で構成した触媒を表28に、触媒性能評価結果を表29にそれぞれ示した。
[Example 8]
Various combinations of the oxide (A2) and the oxide (B) of the present invention were changed to evaluate the catalyst performance.
The oxide (A2) was prepared according to the methods of Examples 1 to 4 and combined with the oxide (B). The method of wash-coating on the honeycomb and the method of evaluating the catalyst were as described above. Table 28 shows the catalyst composed of oxide (A2) and oxide (B), and Table 29 shows the results of catalyst performance evaluation.

Figure 2010010714
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表29からわかるように、複数の結晶相からなる酸素貯蔵材を使った場合には、必ずしも貴金属がなくても優れた浄化性能が認められるなど、本発明よる触媒構成(8−1〜8−16:実施例)では全て○以上の良好な判定となったが、本発明によらない触媒構成(8−17〜8−24:比較例)ではこれを下回る浄化性能であることが確認された。   As can be seen from Table 29, when an oxygen storage material composed of a plurality of crystal phases is used, an excellent purification performance is recognized even without a precious metal, and the catalyst configuration (8-1 to 8- 16: Examples) were all good determinations of ◯ or more, but it was confirmed that the catalyst configuration not according to the present invention (8-17 to 8-24: comparative examples) had a purification performance lower than this. .

[実施例9]
キャブレター仕様と電子制御燃料噴射(fuel injection system, FI)仕様の2台の自動二輪車を用いてモード走行試験を行い、CO、THC、NOxの排出量を評価した。まず、直径40mm、長さ60mm、ハニカムのセル密度1インチ(25.4mm)平方当たり300セルの円筒形状のステンレス鋼製ハニカムに、前述した方法で触媒をコートした。貴金属の担持量は、トータルで1.0g/Lとなるようにし、複数の貴金属を担持した構成では各貴金属が等量となるようにした。次に、作製したハニカム触媒構造体をマフラーに溶接して装着した。装着後、排気ガス系統からのガス漏れがないことを確認した。試験方法は国土交通省が定めた試験方法(TRIAS)に準じて行った。走行モードとしては、EU二輪車モーターサイクルテストにて実施した。
[Example 9]
A mode running test was conducted using two motorcycles of the carburetor specification and the electronic fuel injection system (FI) specification, and CO, THC and NOx emissions were evaluated. First, a catalyst was coated on a cylindrical stainless steel honeycomb having a diameter of 40 mm, a length of 60 mm, and a cell density of 300 cells per 1 inch (25.4 mm) square of the honeycomb by the method described above. The amount of noble metal supported was 1.0 g / L in total, and in the configuration in which a plurality of noble metals were supported, the amount of each noble metal was equal. Next, the manufactured honeycomb catalyst structure was attached to the muffler by welding. After installation, it was confirmed that there was no gas leakage from the exhaust gas system. The test method was performed according to the test method (TRIAS) established by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism. The driving mode was the EU motorcycle motorcycle test.

CO、THC、NOxの浄化率評価の結果を表30〜表31に示す。各浄化率は、触媒無しでの同条件にける排ガス成分量を100として、触媒を設置した場合の各排ガス成分量の減少割合を質量%で評価し、以下の基準で浄化率性能の欄に評価結果を示した。
CO浄化率 ×:60%未満、○:60%以上、◎65%以上
THC浄化率 ×:60%未満、○:60%以上、◎:65%以上
NO浄化率 ×:20%未満、○:20%以上、◎:25%以上
Tables 30 to 31 show the results of the purification rate evaluation of CO, THC, and NOx. Each purification rate is 100% as the amount of exhaust gas component under the same conditions without a catalyst, and the reduction rate of each exhaust gas component amount when a catalyst is installed is evaluated by mass%. The evaluation results are shown.
CO purification rate ×: Less than 60%, ○: 60% or more, ◎ 65% or more
THC purification rate ×: Less than 60%, ○: 60% or more, ◎: 65% or more
NO purification rate ×: Less than 20%, ○: 20% or more, ◎: 25% or more

Figure 2010010714
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Figure 2010010714
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表30および表31からわかるように、本発明による触媒はキャブレター方式でもFI方式でも有効に作用するが、特に、キャブレター方式で顕著な効果が認められた。これは、高いOSC能力を持つ材料の開発と触媒構成の結果もたらされたものであり、本発明の触媒はキャブレター方式の自動二輪車に特に好適に用いられることを示している。   As can be seen from Tables 30 and 31, the catalyst according to the present invention works effectively both in the carburetor system and in the FI system, but a remarkable effect was recognized particularly in the carburetor system. This is a result of the development of a material having a high OSC capability and the catalyst configuration, and shows that the catalyst of the present invention is particularly suitable for use in a carburetor type motorcycle.

1 M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)に担持した貴金属
2 M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(s=0の場合、M(Co1−xFe4−δ)複合酸化物(A1)又は酸素貯蔵材料(A2)
3 酸素貯蔵能を有する酸化物(B)に担持した貴金属
4 酸素貯蔵能を有する酸化物(B)
5 ハニカム基体
1 M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} ( For s = 0, M (Co 1 -x Fe x) y O 4-δ) y O 4-δ complex oxide (A1) Or noble metal supported on the oxygen storage material (A2) 2 M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s ) x } y O 4−δ (when s = 0, M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ ) composite oxide (A1) or oxygen storage material (A2)
3 Noble metal supported on oxide (B) having oxygen storage ability 4 Oxide (B) having oxygen storage ability
5 Honeycomb substrate

Claims (24)

アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方と、を含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記酸化物粒子は、複数の結晶相から構成され、
前記結晶相の平均サイズは、5nm以上80nm以下であり、
前記sが、0≦s≦0.31であることを特徴とする酸素貯蔵材料。
An oxygen storage material comprising an oxide containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or both (Fe 1-s Ti s ) and Co,
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxide particles are composed of a plurality of crystal phases,
The average size of the crystal phase is 5 nm or more and 80 nm or less,
The oxygen storage material, wherein s is 0 ≦ s ≦ 0.31.
前記酸化物は、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)とCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/{(Fe1−sTi)+Co}≦0.9であることを特徴とする請求項1に記載の酸素貯蔵材料。In the oxide, the molar ratio of the alkaline earth metal M and the total amount of (Fe 1-s Ti s ) and Co is 0.1 ≦ M / {(Fe 1-s Ti s ) + Co} ≦ 0. The oxygen storage material according to claim 1, which is .9. アルカリ土類金属Mと、Fe若しくはCo、又はFeとCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記酸化物粒子は、複数の結晶相から構成され、
前記結晶相の平均サイズは、5nm以上80nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の酸素貯蔵材料。
An oxygen storage material comprising an alkaline earth metal M and an oxide containing Fe or Co, or both Fe and Co,
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxide particles are composed of a plurality of crystal phases,
The oxygen storage material according to claim 1 or 2, wherein an average size of the crystal phase is 5 nm or more and 80 nm or less.
前記酸化物は、アルカリ土類金属Mと、FeとCoとの総量とのモル比が、0.1≦M/(Fe+Co)≦0.9であることを特徴とする請求項3に記載の酸素貯蔵材料。   4. The oxide according to claim 3, wherein a molar ratio between the alkaline earth metal M and the total amount of Fe and Co is 0.1 ≦ M / (Fe + Co) ≦ 0.9. Oxygen storage material. 前記アルカリ土類金属Mが、Srであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to any one of claims 1 to 4, wherein the alkaline earth metal M is Sr. 前記アルカリ土類金属Mに、Caが含まれることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to any one of claims 1 to 4, wherein Ca is contained in the alkaline earth metal M. 前記酸化物に、貴金属が担持されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to claim 1, wherein a noble metal is supported on the oxide. 前記貴金属は、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to claim 7, wherein the noble metal is at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh. 前記貴金属は、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to claim 7, wherein the noble metal is at least one selected from the group consisting of Ag and Ru. 前記貴金属は、Pt、Pd、およびRhからなる群から選ばれる1種以上と、AgおよびRuからなる群から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項7に記載の酸素貯蔵材料。   8. The oxygen storage material according to claim 7, wherein the noble metal is one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, and Rh and one or more selected from the group consisting of Ag and Ru. キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化に使用される、アルカリ土類金属Mと、(Fe1−sTi)若しくはCo、又は(Fe1−sTi)とCoの両方とを含有する酸化物を含む酸素貯蔵材料であって、
前記酸化物は、平均粒径0.1μm以上5μm以下の粒子であり、
前記sが、0≦s≦0.31であることを特徴とする酸素貯蔵材料。
Oxide containing alkaline earth metal M and (Fe 1-s Ti s ) or Co, or (Fe 1-s Ti s ) and Co, used for exhaust gas purification of carburetor-type motorcycles An oxygen storage material comprising:
The oxide is a particle having an average particle diameter of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
The oxygen storage material, wherein s is 0 ≦ s ≦ 0.31.
キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化触媒に含有されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料。   The oxygen storage material according to any one of claims 1 to 10, wherein the oxygen storage material is contained in an exhaust gas purification catalyst of a carburetor type motorcycle. Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、xは0〜1、yは1〜2、sは0〜0.31で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である。)(A1)、又は請求項1〜10のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)を含み、
前記酸化物(B)は、酸化物(A1)及び酸素貯蔵材料(A2)とは異なる酸化物であって、酸素貯蔵能を有することを特徴とする排ガス浄化用触媒。
Pd, oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of Ag and Rh M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ ( where, M is substantially In particular, it is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, where x is 0 to 1, y is 1 to 2, s is 0 to 0.31, and δ is a charge neutral condition. (A1) or the oxygen storage material (A2) according to any one of claims 1 to 10, and
An oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh,
The catalyst for purifying exhaust gas, wherein the oxide (B) is an oxide different from the oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) and has an oxygen storage capacity.
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M(Co1−xFe4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、xは0〜1、yは1〜2で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である)(A1)、又は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)を含み、
前記酸化物(B)は、酸化物(A1)及び酸素貯蔵材料(A2)とは異なる酸化物であって、酸素貯蔵能を有することを特徴とする排ガス浄化用触媒。
Pd, oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of Ag and Rh M (Co 1-x Fe x) y O 4-δ ( where, M is essentially Ca, Sr and Ba 1 or more elements selected from the group consisting of: x is 0 to 1, y is 1 to 2, and δ is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition) (A1) or claim The oxygen storage material (A2) according to any one of Items 1 to 10,
An oxide (B) supporting one or more noble metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh,
The catalyst for purifying exhaust gas, wherein the oxide (B) is an oxide different from the oxide (A1) and the oxygen storage material (A2) and has an oxygen storage capacity.
前記酸化物(B)の有する酸素貯蔵能力は、500℃において50μmol−O/g以上である請求項13又は14に記載の排ガス浄化用触媒。The exhaust gas purifying catalyst according to claim 13 or 14, wherein the oxide (B) has an oxygen storage capacity of 50 µmol-O 2 / g or more at 500 ° C. 前記酸化物(B)がセリウムを含有する請求項13〜15のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas-purifying catalyst according to any one of claims 13 to 15, wherein the oxide (B) contains cerium. 前記酸化物(B)がセリウムとジルコニウムを含有する酸化物(CeZr1−z)O2−δであって、zが0.4〜1.0である請求項13〜16のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。The oxide (B) is an oxide containing cerium and zirconium (Ce z Zr 1-z) O 2-δ, it claims 13 to 16 z is 0.4 to 1.0 2. An exhaust gas purifying catalyst according to item 1. 前記酸化物(A1)に担持される貴金属がPdであり、前記酸化物(B)に担持される貴金属がRhである請求項13〜18のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 13 to 18, wherein the noble metal supported on the oxide (A1) is Pd, and the noble metal supported on the oxide (B) is Rh. 前記貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(A1)又は前記酸素貯蔵材料(A2)と、前記貴金属を担持した酸化物(B)との質量比が、A/B(ここで、AはA1又はA2の質量であり、BはBの質量である)の質量比で0.1〜10である請求項13〜18のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。Wherein the noble metal oxide carrying M {Co 1-x (Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ (A1) or the oxygen storage material (A2), oxide carrying the precious metal (B The mass ratio of A / B (where A is the mass of A1 or A2 and B is the mass of B) is 0.1-10. The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1. 前記貴金属を担持した酸化物M(Co1−xFe4−δ(A1)又は前記酸素貯蔵材料(A2)と、前記貴金属を担持した酸化物(B)との質量比が、A/B(ここで、AはA1又はA2の質量であり、BはBの質量である)の質量比で0.1〜10である請求項14〜18のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。The mass ratio of the oxide carrying the noble metal M (Co 1-x Fe x ) y O 4-δ (A1) or the oxygen storage material (A2), oxide carrying the noble metal and (B) is, The exhaust gas according to any one of claims 14 to 18, wherein A / B (where A is the mass of A1 or A2 and B is the mass of B) is 0.1 to 10 in mass ratio. Purification catalyst. 前記xの値が、0.2〜1である請求項13〜20のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   21. The exhaust gas purifying catalyst according to any one of claims 13 to 20, wherein the value of x is 0.2 to 1. キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化用触媒であることを特徴とする請求項13〜21のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒。   The exhaust gas purification catalyst according to any one of claims 13 to 21, wherein the exhaust gas purification catalyst is a carburetor-type motorcycle exhaust gas purification catalyst. Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物M{Co1−x(Fe1−sTi4−δ(ここで、Mは実質的にCa、SrおよびBaからなる群から選択される1種以上の元素であり、xは0〜1、yは1〜2、sは0〜0.31で、δは電荷中性条件を満たすように決まる値である)(A1)、又は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の酸素貯蔵材料(A2)と、
Pd、AgおよびRhからなる群から選択される1種以上の貴金属を担持した酸化物(B)を含む、
キャブレター方式の自動二輪車の排ガス浄化用触媒であることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
Pd, oxide carrying one or more noble metals selected from the group consisting of Ag and Rh M {Co 1-x ( Fe 1-s Ti s) x} y O 4-δ ( where, M is substantially In particular, it is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, where x is 0 to 1, y is 1 to 2, s is 0 to 0.31, and δ is a charge neutral condition. (A1), or the oxygen storage material (A2) according to any one of claims 1 to 10,
Including an oxide (B) supporting one or more precious metals selected from the group consisting of Pd, Ag and Rh,
A catalyst for exhaust gas purification, which is a catalyst for exhaust gas purification of a carburetor type motorcycle.
請求項13〜23のいずれか1項に記載の排ガス浄化用触媒をセラミックス製又は金属製のハニカムにウォッシュコートしてなることを特徴とする排ガス浄化用ハニカム触媒構造体。   24. A honeycomb catalyst structure for exhaust gas purification, wherein the exhaust gas purification catalyst according to any one of claims 13 to 23 is wash-coated on a ceramic or metal honeycomb.
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