具有隔离的活化涂层的催化制品及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般设及用于废气处理的催化剂。更具体地，本发明设及具有隔离的活化 涂层的催化制品。 阳00引发明背景
[0003] 内燃机的废气包含污染空气的污染物例如控、一氧化碳和氮氧化物（NOy)。各政 府已经设定了未燃控、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准并且新旧车辆必须满足该标 准。为了满足此类标准，可将含有=效催化剂（TWC)的催化转化器设置在内燃机的废气管 路中。废气催化剂的使用已经对空气质量的显著改善作出贡献。TWC是最常用的催化剂，并 且它提供了C0的氧化、未燃控（肥）的氧化化及NOx还原成种功能。TWC通常采用一 种或多种销系金属（PGM)来同时氧化C0和肥并且还原NOx化合物。TWC的最普遍的催化 组分为销（Pt)、锭巧h)和钮（Pd)。
[0004] TWC催化剂中的销系金属（PGM)(例如销、钮、锭、钉和银）通常分散于高表面积、难 烙金属氧化物载体例如高表面积氧化侣涂层上，或分散于储氧组分（0SC)，或它们的混合物 上。载体负载在合适的基底上，例如包括难烙陶瓷或金属蜂窝结构的单块体基底，或难烙颗 粒如合适的难烙材料的球体或短挤出片段。TWC催化剂基底也可W是丝网，通常是金属丝 网，其在小型发动机中尤为有用。 阳0化]许多TWC催化剂是用至少两种单独的催化剂涂覆组合物（活化涂层（washcoat)) 制成，将该催化剂涂覆组合物W含水的分散体形式作为连续层施加于基底（例如，由陶瓷 或金属组成的蜂窝体）上W便于分离贵金属，如，钮和锭，其代表了主要的催化活性物种。 从历史看来，因为一些销系金属，如，钮和锭，可W形成已知催化活性较低的合金，所W分离 是必要的。
[0006] 需要提供单活化涂层组合物，其含有贵金属（即钮和锭），同时与将运些金属分别 提供给单独涂层的组合物相比，其可保持和/或改善催化性能。也需要在一个涂覆步骤中 施加单活化涂层组合物。也持续需要提供TWC催化剂复合物，其有效地利用贵金属并维持 有效W满足调控的HC、NOx和C0转化。 发明概要
[0007] 本发明的第一方面设及催化制品，其包括具有多条纵向延伸通道的细长的基底单 块体，每条通道具有至少第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面和第二表面涂 覆有至少第一涂层和第二涂层，其中第一涂层包含第一催化剂组合物并覆盖于在第一表面 上的第二涂层上，第二涂层包含第二催化剂组合物并覆盖于在第二表面上的第一涂层上， 并且其中第一催化剂组合物和第二催化剂组合物具有表面电荷的差异。在一个或多个实施 方案中，表面电荷的差异等于或大于约10库仑/m2。
[0008] 在一个或多个实施方案中，第一组合物包含第一销系金属。在一些实施方案中，第 一销系金属被热固定或化学固定于第一载体材料。在一个或多个实施方案中，第一销系金 属包含钮和/或销。在一些实施方案中，钮W占总催化剂重量的约0. 05% -10%的量存在。 在一个或多个实施方案中，第二组合物包含被热固定或化学固定于第二载体材料的第二销 系金属。在一些实施方案中，第二销系金属被热固定或化学固定于第二载体材料。在一个 或多个实施方案中，第二销系金属包含锭。在一些实施方案中，锭W占总催化剂重量的约 0. 005% -5 %的量存在。
[0009] 在一个或多个实施方案中，第二载体包含二氧化姉。在一些实施方案中，第一销系 金属包含钮，并且第二销系金属包含锭，并且钮和锭W约1 :1〇至约100 :1的比例存在。在 一个或多个实施方案中，钮和锭W约5至约300克/立方英尺的量存在。在一些实施方案 中，第一载体包含氧化侣，并且第二载体包含二氧化姉。在一个或多个实施方案中，第一载 体包含氧化错，并且第二载体包含二氧化姉。在一些实施方案中，氧化错渗杂有二氧化姉。
[0010] 本发明的另一方面设及制造催化剂制品的方法。方法包括提供具有第一表面电 荷的第一载体和被热固定或化学固定于第一载体颗粒的第一销系金属；提供具有比第一表 面电荷小的第二表面电荷的第二载体和被热固定或化学固定于第二载体颗粒的第二销系 金属；将第一载体和第二载体悬浮于单浆料中，浆料包含液体介质和第一载体和第二载体； 将单活化涂层施加于基底。
[0011] 在一个或多个实施方案中，单活化涂层提供两个组成不同的涂层，第一涂层和第 二涂层。在一些实施方案中，基底包括具有多条纵向延伸通道的细长的基底单块体，每条通 道具有至少第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且其中第一涂层覆盖于在第一 表面上的第二涂层上，并且第二涂层覆盖于在第二表面上的第一涂层上。在一个或多个实 施方案中，表面电荷的差异等于或大于约10库仑/m2。在一些实施方案中，第一载体包含二 氧化姉，并且第二载体包含氧化错。在一个或多个实施方案中，第一载体包含高密度二氧化 姉，并且第二载体包含渗杂有Pr的低密度氧化错。
[0012] 在一些实施方案中，将销系金属热固定于第一载体和第二载体，包括将销系金属 浸溃于第一载体和第二载体上W提供浸溃的载体并般烧浸溃的载体。在一个或多个实施方 案中，将浸溃的载体在约100至约800°c范围内的溫度般烧至少约0. 25至约4小时。在一 些实施方案中，其中使浆料的抑维持在约3至约9的范围内。在一个或多个实施方案中， 其中浆料抑通过添加有机酸来控制。在一些实施方案中，其中有机酸包括酒石酸、甲酸或 硝酸。在一个或多个实施方案中，其中被热固定或化学固定于第一载体颗粒的销系金属包 含占总催化剂重量的约0.5%-10%的量的化。在一些实施方案中，其中被热固定于第二载 体颗粒的销系金属包含占总催化剂重量的约0. 05% -5%的量的Pd或Pt。
[0013] 在一个或多个实施方案中，其中第一载体包含氧化侣，并且第二载体包含二氧化 姉。在一些实施方案中，其中第一载体包含氧化错，并且第二载体包含二氧化姉。在一个或 多个实施方案中，其中氧化错渗杂有二氧化姉。
[0014] 附图简述
[0015] 图1A和B是根据本发明的一个或多个实施方案在涂覆基底之前和之后于浆料中 的两种载体的图示；
[0016] 图2是根据本发明的一个或多个实施方案的催化制品的透射电子显微镜图像；
[0017] 图3是根据本发明的一个或多个实施方案的催化制品的透射电子显微镜图像。
【具体实施方式】
[001引提供了催化制品及其制造方法。催化制品有利地由单活化涂层工艺制成，由此活 化涂层基于其中所含催化颗粒的表面电荷隔离成两个或多个涂层。在一些实施方案中，由 运些工艺制得的催化制品W涂层的排序为特征，运些涂层在基底上给定通道的相对面具有 相反的排序。也就是说，在一个涂层覆盖于第二层上的情况下，第二层覆盖于在相对壁上的 第一层上。在其它实施方案中，运些工艺制得的催化制品是常规的；也就是说，相同的层总 是更靠近基底。
[0019] 催化制品
[0020] 因此，本发明的一个方面设及催化制品，其包括具有多条纵向延伸通道的细长的 基底单块体，每条通道具有至少第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面和第二 表面涂覆有至少第一涂层和第二涂层，其中第一涂层包含第一催化剂组合物并覆盖于在第 一表面上的第二涂层上，第二涂层包含第二催化剂组合物并覆盖于在第二表面上的第一涂 层上，并且其中第一催化剂组合物和第二催化剂组合物具有表面电荷的差异。
[0021] 第一和第二两个涂层的隔离是通过制造或选择具有表面电荷差异的第一和第二 催化剂组合物的材料来实现。因此，在一个或多个实施方案中，所述表面电荷的差异等于或 大于约10库仑/m2,或大于约12库仑/m2。表面电荷可W采用C电势探针分