CN107921366A - 用于twc转化器***的铑‑铁催化剂 - Google Patents
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Abstract
公开了根据不同的材料组成和催化剂构造制造的紧耦合(CC)和地板下(UF)三元催化剂。CC催化剂和UF催化剂包括提供更大催化功能的Fe活化的Rh组合物。这些CC催化剂和UF催化剂作为TWC转化器的组成部分集成到发动机***中，作为控制和降低发动机废气排放的TWC***的一部分。这些TWC***的转化性能在涡轮汽油直喷发动机内采用美国联邦测试程序(FTP‑75)和补充FTP US06协议进行评估和比较。与TWC应用中使用的基于高PGM的原始设备制造商(OEM)催化剂的催化性能相比，这些TWC***表现出改进的催化性能。
Description
技术领域
本公开总体涉及三元催化剂(TWC)***应用，并且更具体地涉及包括用于减少来自发动机排气***的排放的Rh-Fe材料组合物的TWC***。
背景技术
三元催化剂(TWC)***位于内燃式燃气发动机的排气***内，以促进未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化，并且减少排气流内的氮氧化物(NOX)。用于控制/减少HC、CO和NOX排放的常规TWC***的成本上升主要是由于(a)在催化剂***内存在复杂的金属化合物组和(b)获得所述金属的成本。
TWC***内的催化剂通常含有铂族金属(PGM)，例如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)等等。Pt和Pd通常用于HC和CO的转化，而Rh对NOX的还原更有效。尽管Rh的价格趋于波动，但其在NOX转化中更高的性能使Rh成为TWC***中最常用的元素。
有三个因素影响用于减少汽车尾气排放的PGM消耗的增长趋势。第一个因素是与世界人口增长部分有关的汽车制造不断增加，要求满足其个人交通需求。第二个因素是全球排放标准的收紧，因为政府采用更严格的NOX、碳氢化合物和颗粒物排放法规。通过美国环境保护局(EPA)的加强Tier 3排放标准和加州空气资源委员会实施的低排放车辆(LEVIII)计划，在美国对车辆排放标准的最近修订确认了这一因素。第三个因素是当前减少二氧化碳排放的动力，这将引导汽车制造商采用因为发动机热效率提高而降低发动机排气温度的发动机技术。
由于PGM的供应有限，需求增加可能导致供应中断，以及PGM及依赖其独特性质的技术的定价过高。因此，一直需要提供一种TWC***，其中每单位质量的PGM的催化性能被最大化并且能够提供改进的转化水平，从而可以经济有效地实现排放限制。
发明内容
本公开描述了根据不同的材料组成和催化剂构造制造的紧耦合(CC)和地板下(UF)三元催化剂。在一些实施例中，PGM组合物包括铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)和铑(Rh)本身或其采用不同加载量的组合。在一个实例中，PGM组合物包含单独地或与Ba加载量组合的约10g/ft3至约100g/ft3范围内的Pd加载量。在另一个实例中，PGM组合物包含单独地或者用Fe2O3活化的约1g/ft3至约10g/ft3的范围内的Rh加载量。
在一些实施例中，根据美国联邦测试程序(FTP-75)和美国附加FTPUS06(SFTP-US06)测试协议，通过测量中间床和尾管排放物来构造各种TWC***以评估其催化性能。在这些实施例中，TWC***被构造成包括CC催化剂和UF催化剂或仅包括CC催化剂。进一步对于这些实施例，所构造的TWC***机械地耦合到内燃机(诸如，例如Tier 2bin 4型涡轮汽油直接喷射(TGDI)发动机等)并且与其流体连通，用于根据FTP-75和SFTP-US06协议的排放认证测试。
在其它实施例中，常规TWC***构造有市售的基于高PGM的原始设备制造商(OEM)CC催化剂和OEM UF催化剂作为参考催化剂***。在这些实施例中，常规的TWC***机械地耦合到用于根据FTP-75和SFTP-US06协议测试上述TWC***的基本上类似的发动机并且与其流体连通。
在进一步的实施例中并且在根据FTP-75和SFTP-US06协议的排放测试之前，使用改进的快速老化测试(RAT)循环协议对TWC***内的上述CC催化剂和UF催化剂进行老化。在这些实施例中，CC催化剂使用改进的RAT循环协议在约1000℃的床温下老化约50小时。进一步对于这些实施例，使用改进的RAT循环协议在约900℃的床温下将UF催化剂老化约50小时。
在一些实施例中，根据FTP-75和SFTP-US06协议评估在TWC***的中间床和尾管处测量的前述CC催化剂和UF催化剂的催化效率(加权袋结果)，并进一步与对基于高PGM的OEMCC催化剂和UF催化剂测的量的加权排放进行比较。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于处理燃烧发动机的排气流的催化剂***，包括：燃烧发动机；紧耦合催化转化器，其被构造为接收来自所述燃烧发动机的至少一个排气流，所述紧耦合催化转化器包括：
基材；
活化涂层，其覆盖在所述基材上；
分区浸渍层，其浸渍到所述活化涂层上，所述分区浸渍层包括含有铂族金属的第一区域和含有铂族金属的第二区域，其中，所述第一区域中的所述铂族金属的加载量小于所述第二区域中的所述铂族金属的加载量；以及
外涂层，其覆盖所述分区浸渍层并且包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
在一个实施例中，分区浸渍层中的铂族金属选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组，并且优选钯具有约10g/ft3至100g/ft3、优选约49g/ft3的加载量。
在根据前两段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，分区浸渍层可以还包含钡。
在根据前面三个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，分区浸渍层的第一区域朝向催化转化器的入口端设置，分区浸渍的第二区域层朝向催化转化器的出口端设置。
在根据前面四个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，第二区域中的铂族金属的量为第一区域中的铂族金属的量的约2.5至4倍。
在根据前面五个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，第二区域中的铂族金属的加载量是第一区域中的铂族金属的加载量的约3倍。
在根据前面六个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，外涂层包含具有约1至10g/ft3的加载量的铑。
在根据前面七个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，外涂层包含具有4.25g/ft3的加载量的铑。
在根据前面七个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，外涂层中的铁的量基于外涂层的总重量为约1至10重量百分比。
在根据前面八个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，外涂层中铁的量为基于外涂层总重量的约7重量百分比。
在根据前面九个段中的至少一个或多个段的催化剂***中，活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、氧化钛、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
在根据前面十个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，掺杂的载体氧化物掺杂有氧化物，所述氧化物选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
在根据前面十一个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，外涂层和活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
在根据前面十二个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，活化涂层包含镧掺杂的氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
在根据前面十三个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，该***可以还包括地板下催化转化器，所述地板下催化转化器在所述紧耦合催化转化器下游且与所述紧耦合催化转化器流体连通，所述地板下催化转化器包括：基材；活化涂层，其覆盖在所述基材上；浸渍层，其浸渍到所述活化涂层上；以及外涂层，其包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
在一个实施例中，地板下催化转化器的活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、氧化钛、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
在一个实施例中，掺杂的载体氧化物掺杂有氧化物，所述氧化物选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
在一个实施例中，地板下催化转化器的外涂层和活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
在一个实施例中，地板下催化转化器的活化涂层包含镧掺杂的氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
在一个实施例中，浸渍层包含选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组的铂族金属，并且优选钯具有约10g/ft3至100g/ft3的加载量、优选约25.5g/ft3的加载量。
在一个实施例中，浸渍层可以还包含钡。
在一个实施例中，地板下催化转化器的外涂层包含具有约1至10g/ft3的加载量的铑。
在一个实施例中，地板下催化转化器的外涂层包含具有约4g/ft3的加载量的铑。
在一个实施例中，地下催化转化器的外涂层中的铁的量基于外涂层的总重量为约1重量百分比至10重量百分比。
在一个实施例中，地板下催化转化器的外涂层中的铁的量基于外涂层的总重量为约7重量百分比。
在根据前二十二个段中的至少一个或多个段的催化剂***的一个实施例中，基材包括陶瓷。
要求保护的本发明的方面还可以涉及一种制备催化转化器的方法，其包括以下步骤：
将活化涂层沉积到基材上；
将包含铂族金属的第一溶液浸渍到所述活化涂层的第一区域上；
焙烧所述活化涂层的浸渍的第一区域以限定浸渍到所述活化涂层的所述第一区域上的第一分区浸渍层；
将包含铂族金属的第二溶液浸渍到所述活化涂层的第二区域上；
焙烧所述活化涂层的浸渍的第二区域以限定浸渍到所述活化涂层的所述第二区域上的第二分区浸渍层；
在分区浸渍层上沉积外涂层，其中外涂层包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
在根据前一段的一个实施例中，分区浸渍层中的铂族金属选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组。
在根据前两段中的至少一个或多个段的一个实施例中，分区浸渍层中的铂族金属是具有约10g/ft3至100g/ft3的加载量、优选约49g/ft3的加载量的钯。
在根据前面三个段中的至少一个或多个段的一个实施例中，分区浸渍层还包含钡。
在根据前面四个段中的至少一个或多个段的一个实施例中，分区浸渍层的第一区域朝向催化转化器的入口端设置，并且分区浸渍层的第二区域朝向催化转化器的出口端设置。
在根据前面五个段的至少一个或多个段的一个实施例中，第二区域中的铂族金属的量为第一区域中铂族金属的量的约2.5至4倍。
在根据前面六个段的至少一个或多个段的一个实施例中，第二区域中的铂族金属的加载量是第一区域中的铂族金属的加载量的约3倍。
在根据前面七个段的至少一个或多个段的一个实施例中，外涂层包含具有约1至10g/ft3的加载量的铑。
在根据前面八个段的至少一个或多个段的一个实施例中，外涂层包含约4.25g/ft3的铑加载量。
在根据前面九个段中的至少一个或多个段的一个实施例中，外涂层中的铁的量基于外涂层的总重量为约1至10重量百分比。
在根据前面十个段中的至少一个或多个段的一个实施例中，外涂层中的铁的量基于外涂层的总重量为约7重量百分比。
在根据前面十一个段的至少一个或多个段的一个实施例中，活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、氧化钛、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
在根据前面十二个段的至少一个或多个段的一个实施例中，掺杂的载体氧化物用选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
在根据前面十三个段的至少一个或多个段的一个实施例中，外涂层和活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
在根据前十四段的至少一个或多个段的一个实施例中，活化涂层包含镧掺杂的氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
根据下面结合附图的详细描述，本公开的许多其它方面、特征和益处可以变得显而易见。
附图说明
参考以下附图可以更好地理解本公开。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本公开的原理上。在附图中，贯穿不同的视图，附图标记表示相应的部分。
图1是示出根据实施例的包括紧耦合(CC)和地板下(UF)催化剂的三元催化剂(TWC)***的构造的功能框图。
图2是示出根据实施例的用于CC应用的基于PGM的催化剂构造的功能框图。
图3是示出根据实施例的用于UF应用的基于PGM的催化剂构造的功能框图。
图4是示出根据实施例用于测试、测量和诊断如图1中所述的TWC***的催化性能的美国联邦测试程序(FTP-75)的驾驶阶段的图示。
图5是示出根据实施例的用于测试、测量和诊断如图1中所述的TWC***的催化性能的美国补充联邦测试程序(SFTP-US06)的驾驶阶段的图示。
图6是示出根据实施例使用图4中所述的FTP-75测试协议在涡轮汽油直接喷射(TGDI)发动机内采用的TWC***1、2和3的尾管(TP)处的加权CO(克/英里)值的图示。
图7是示出根据实施例使用如图4中所述的FTP-75测试协议在TGDI发动机内采用的TWC***1、2和3的TP处的加权NMHC(克/英里)值的图示。
图8是示出根据实施例使用如图4中所述的FTP-75测试协议在TGDI发动机内采用的TWC***1、2和3的TP处的加权NOX(克/英里)值的图示。
图9是示出根据实施例使用如图4中所述的FTP-75测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***1和3的累积中间床(MB)和发动机外NOX排放结果的图示。
图10是示出根据实施例使用如图4中所述的FTP-75测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***3和4的累积MB和TP NOX排放结果的图示。
图11是示出根据实施例使用图5中所述的SFTP-US06测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***1和3的累积MB和TP NOX排放结果的图示。
具体实施方式
在此参考在附图中示出的实施例来详细描述本公开，附图形成了本文的一部分。在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以使用其它实施例和/或可以做出其它修改。具体实施方式中描述的说明性实施例并不意味着限制所呈现的主题。
定义
如此处所用，以下术语具有以下定义：
“焙烧和被焙烧的”是指在存在空气的情况下应用于固体材料的热处理工艺，以在低于固体材料的熔点的温度下引起热分解、相变或挥发性部分的去除。
“催化剂”是指可以用于一种或多种其它材料的转化中的一种或多种材料。
“催化剂***”是指包括至少两个层的催化剂的任何***，所述催化剂包含基材、活化涂层和/或外涂层。
“紧耦合(CC)催化剂”是指紧邻发动机排气歧管的催化剂。
“转化”是指将至少一种材料化学改变成一种或多种其它材料。
“联邦测试程序(FTP)排放测试”是指美国轻型车辆的排放认证测试程序。
“浸渍(IMP)”是指用液体化合物填充或浸透固体层或使某些元素通过介质或物质扩散的过程。
“初始润湿(IW)”是指将催化材料的溶液加入到干燥的载体氧化物粉末中，直到载体氧化物的所有孔体积被溶液填充并且混合物略微接近饱和点。
“入口区”是指催化剂内的位于催化剂层的入口端的位置，该位置是废气首先进入的端部，并且在沿着催化剂层朝向出口端的轴向距离处结束，但是延伸距离小于催化剂层的整个距离。
“研磨”是指将固体材料破碎成所需的颗粒或粒度的操作。
“非甲烷碳氢化合物(NMHC)”是指除甲烷以外的所有碳氢化合物空气污染物的总和。
“原始设备制造商(OEM)”是指新车辆的制造商或者原来安装在新车辆认证的排放控制***中的任何零部件或组件的制造商。
“出口区”是指起始于催化剂层的出口端的位置，该出口端是排出气体的端部，并且终止于朝向入口端的催化剂层上方的轴向距离处，但是延伸小于催化剂层的整个距离。
“外涂层(OC)层”是指可以沉积到至少一个活化涂层或浸渍层上的至少一个涂层的催化剂层。
“储氧材料(OSM)”是指从富氧气流吸收氧气并能够进一步将氧气释放到缺氧气流中的材料。
“铂族金属(PGM)”是指铂、钯、钌、铱、锇和铑。
“基材”是指任何形状或构造的任何材料，其产生用于沉积活化涂层和/或外涂层的足够的表面积。
“载体氧化物”是指多孔固体氧化物，通常是混合金属氧化物，其被用于提供高表面积，这有助于氧分布和催化剂暴露于反应物，例如NOX、CO和烃。
“三元催化剂(TWC)”是指同时执行氮氧化物还原为氮和氧、将一氧化碳氧化为二氧化碳以及将未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水的三个任务的催化剂。
“地板下(UF)催化剂”是指结合到机动车排气***中的催化剂，其典型地位于车辆地板下方，在紧耦合(CC)催化剂下游机械耦合。
“活化涂层(WC)层”是指至少一个涂层的催化剂层，其包括至少一种可沉积在基材上的氧化物固体。
公开的说明
本公开描述了根据各种催化剂构造产生的紧耦合(CC)和地板下(UF)三元催化剂，其包括Fe活化的Rh组合物。这些CC催化剂和UF催化剂作为TWC转化器的组成部分集成到发动机***中，作为控制和降低发动机废气排放的TWC***的一部分。使用美国联邦测试程序(FTP-75)协议(2014)以及补充FTP US06协议(2014)中描述的驾驶阶段评估和比较这些TWC***的转化性能。与用于TWC应用的基于高PGM的原始设备制造商(OEM)催化剂的催化性能相比，这些TWC***显示出改进的催化性能。
TWC***构造
图1是示出根据实施例的包括紧耦合(CC)和地板下(UF)催化剂的三元催化剂(TWC)***的构造的功能框图。在图1中，发动机***100包括发动机102和TWC***104。TWC***104还包括紧耦合(CC)催化剂106和地板下(UF)催化剂108。如图1所示，发动机102机械耦合到TWC***104并与其流体连通。在TWC***104中，CC催化剂106机械耦合到UF催化剂108并且与UF催化剂流体连通。
在一些实施例中，发动机102可以被实施为机动车辆内采用的内燃机，例如Tier2bin 4型涡轮汽油直接喷射(TGDI)发动机等。在这些实施例中，CC催化剂106和UF催化剂108被实施为基于PGM的催化剂。进一步对于这些实施例，多种TWC***可以被构造成评估和比较当与发动机102一起使用时的催化性能。
TWC***1
在一些实施例中，在本文中被称为TWC***1的TWC***104被实施为包括基于高PGM的原始设备制造商(OEM)CC催化剂和OEM UF催化剂。在这些实施例中，CC催化剂106是具有约98g/ft3钯(Pd)和约8.50g/ft3铑(Rh)的PGM加载量的基于高PGM的OEM CC催化剂，导致约106.50g/ft3的总PGM加载量和具有约1.7L的体积的基材。进一步对于这些实施例，UF催化剂108是具有约51g/ft3Pd和约8g/ft3Rh的PGM加载量的基于高PGM的OEM UF催化剂，导致约59g/ft3的总PGM加载量和具有约1.3L的体积的基材。
TWC***2
在一些实施例中，在本文中被称为TWC***2的TWC***104被实施为包括具有Fe活化Rh加载量的基于PGM的CC催化剂(本文称为1型CC催化剂)。在这些实施例中，CC催化剂106是1型CC催化剂，其包括约49g/ft3Pd和用Fe2O3活化的约4.25g/ft3Rh的PGM加载量，导致约53.25g/ft3的总PGM加载量。
TWC***3
在一些实施例中，在本文中被称为TWC***3的TWC***104被实施为包括如上文在TWC***2中所述的基于PGM的CC催化剂和具有Fe活化的Rh加载量的基于PGM的UF催化剂(在本文中被称为1型UF催化剂)。在这些实施例中，UF催化剂108是1型UF催化剂，其包括约25.5g/ft3Pd和用Fe2O3活化的约4g/ft3Rh的PGM载量，导致约29.50g/ft3的总PGM加载量。
TWC***4
在一些实施例中，在本文中被称为TWC***4的TWC***104被实施为包括基于PGM的CC催化剂(本文称为2型CC催化剂)和基于PGM的UF催化剂(在本文中被称为2型UF催化剂)。在这些实施例中，CC催化剂106是2型CC催化剂，其包括约49g/ft3Pd和约4.25g/ft3Rh的PGM加载量，导致约53.25g/ft3的总PGM加载量。进一步对于这些实施例，UF催化剂108是2型UF催化剂，其包括约25.50g/ft3Pd和约4g/ft3Rh的PGM加载量，导致约29.50g/ft3的总PGM加载量。
在一些实施例中，TWC***1、2、3和4机械地耦合到用于测试上述TWC***的TGDI发动机并与其流体连通。
在CC催化剂和UF催化剂中使用的PGM层的材料组成
在一些实施例中，PGM组合物包括铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铱(Ir)和铑(Rh)本身，或其采用不同加载量的组合。在一个实例中，PGM组合物包含单独地或与Ba加载量组合的约10g/ft3至约100g/ft3的范围内的Pd加载量。在另一个实例中，PGM组合物包含单独的或者用Fe2O3活化的约1g/ft3至约10g/ft3的范围内的Rh加载量。
CC催化剂构造和制造
图2是示出根据实施例的用于CC应用的基于PGM的催化剂构造的功能框图。在图2中，催化剂构造200包括基材202、活化涂层(WC)层204、分区浸渍(ZIMP)层206和外涂层(OC)层208。如图2所示，ZIMP层206还包括入口区210和出口区212。在一些实施例中，WC层204被涂覆到基材202上。在这些实施例中，ZIMP层206浸渍到WC层204上。进一步对于这些实施例，OC层208被涂覆到ZIMP层206上。
在一些实施例中，基材202材料包括折射材料、陶瓷材料、蜂窝结构、金属材料、陶瓷泡沫、金属泡沫、网状泡沫或合适的组合等等。在这些实施例中，WC层204被实施为载体氧化物和基于稀土(RE)金属的储氧材料(OSM)的混合物。进一步对于这些实施例，ZIMP层206被实施为单独地或与Ba加载量组合的PGM组合物。再进一步对于这些实施例，OC层208被实施为金属化到沉积在RE金属-OSM上的贱金属氧化物上的PGM组合物。
在一些实施例中，载体氧化物包括氧化铝(Al2O3)、掺杂的Al2O3、氧化锆(ZrO2)、掺杂的ZrO2、CeO2、TiO2、Nb2O5、SiO2或其混合物等。在这些实施例中，掺杂的载体氧化物内的掺杂材料包括Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Nd、Pr、Nb、Si或Ta氧化物等。进一步对于这些实施例，基于RE的OSM包括Pr、Ce和Nd、或其混合物等。
在第一实例中，制造本文称为1型CC催化剂的CC催化剂，其包括陶瓷基材，例如600/3 1.7L基材，其直径(D)为118.4mm，长度(L)为153.9mm。在该实例中，WC层包含La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物。进一步对于该实例，ZIMP层包括约12.43g/ft3的Pd加载量的入口区和具有Ba加载量的约36.57g/ft3的Pd加载量的出口区，每个区域浸渍到WC层的相关部分上。进一步对于该实例，OC层包含沉积在Ce基OSM上的用Fe2O3活化的约4.25g/ft3的Rh加载量。
在该实例中，用于1型CC催化剂的WC层的制备始于制备包含以多种比例(例如1:1重量比)混合的La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物。进一步对于该实例，将La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物用水研磨以产生La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的浆料。再进一步对于该实例，La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的浆料然后被涂覆到基材上，并在约550℃下进一步焙烧约4小时以产生WC层。
在该实例中，用于1型CC催化剂的ZIMP层的制造始于分开制备约12.43g/ft3Pd的PGM加载量和具有约0.55M的Ba加载量的约36.57g/ft3Pd的PGM加载量的硝酸Pd溶液，分别用于入口区和出口区。进一步对于该实例，将第一硝酸Pd溶液(12.43g/ft3)浸渍到一部分WC层上以制造入口区，然后在约550℃下焙烧约4小时，以制造ZIMP层中的入口区IMP层。再进一步对于该实例，将第二硝酸Pd溶液(36.57g/ft3)浸渍到WC层的另一部分上以产生出口区。在该实施例中，在将Pd浸渍在WC层的背部区域之后，在约550℃下焙烧约4小时以制造ZIMP层。
在该实例中，用于1型CC催化剂的OC层的制造始于贱金属硝酸盐溶液的制备。进一步对于该实例，贱金属硝酸盐溶液实施为硝酸Fe溶液。进一步对于该实例，通过初始润湿(IW)方法将硝酸Fe溶液逐滴添加至Ce基OSM粉末，该方法使用约1重量百分比至约10重量百分比的Fe加载量，优选采用7.37重量百分比的Fe加载量。在该实例中，然后将Fe掺杂的Ce基OSM在120℃下干燥过夜，并在约600℃至约800℃的温度范围内，优选在约750℃的温度下进一步焙烧约5小时。进一步对于该实例，随后将Fe2O3和Ce基OSM的焙烧材料磨成细粉末，并进一步用水研磨以制造Fe2O3/Ce基OSM的浆料。进一步对于该实例，用硝酸Rh溶液金属化Fe2O3/Ce基OSM的浆料以产生具有约4.25g/ft3Rh的PGM加载量的Fe活化Rh和Ce基OSM的浆料。在该实例中，将Fe活化Rh和Ce基OSM的浆料涂覆到ZIMP层上，并且进一步干燥并在约550℃的温度下焙烧约4小时以制造1型CC催化剂。
在第二实例中，制造本文称为2型CC催化剂的CC催化剂，其包括陶瓷基材，例如600/3 1.7L基材，其直径(D)为118.4mm，长度(L)为153.9mm。在该实例中，如上所述，WC层包含La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物。进一步对于该实例，ZIMP层包括约12.43g/ft3的Pd加载量的入口区和具有Ba加载量的约36.57g/ft3的Pd加载量的出口区，每个区域如上所述浸渍到WC层的相关部分。进一步对于该实例，OC层包含沉积在Ce基OSM上的约4.25g/ft3的Rh加载量。
在该实例中，用于2型CC催化剂的WC层和ZIMP层的制造以与上文对1型CC催化剂所述的基本类似的方式进行。进一步对于该实例，2型CC催化剂的OC层的制备始于制备具有约4.25g/ft3Rh的PGM加载量的硝酸Rh溶液。更进一步对于该实例，将Ce基OSM粉末单独研磨并用硝酸Rh溶液金属化以产生Rh/Ce基OSM的浆料。在该实施例中，将Rh/Ce基OSM的浆料涂覆到ZIMP层上，并进一步干燥并在约550℃的温度下焙烧约4小时以制造2型CC催化剂。
UF催化剂构造和制造
图3是示出根据实施例的用于UF应用的基于PGM的催化剂构造的功能框图。在图3中，催化剂构造300包括基材202、WC层204、浸渍(IMP)层302和OC层208。在一些实施例中，WC层204被涂覆到基材202上。在这些实施例中，IMP层302浸渍到WC层204上。进一步对于这些实施例，OC层208被涂覆到IMP层302上。在图3中，具有与先前附图基本类似的元件编号的元件以基本类似的方式起作用。在一些实施例中，IMP层302被实施为与Ba加载量组合的PGM组合物。
在第三实例中，制造UF催化剂(本文中称为1型UF催化剂)，其包括陶瓷基材，例如400/3 1.3L基材，其直径(D)为118.4mm，长度(L)为118.0mm。在该实例中，如上所述，WC层包含La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物。进一步对于该实例，IMP层包含具有Ba加载量的约25.5g/ft3的Pd加载量。更进一步对于该实例，如上所述，OC层包括沉积在Ce基OSM上的用Fe2O3活化的约4g/ft3的Rh加载量。
在该实例中，用于1型UF催化剂的WC层和OC层的制造以先前与上文对1型CC催化剂所述的基本类似的方式进行。进一步对于该实例，IMP层的制造始于制备具有约0.5M的Ba载量的约25.50g/ft3Pd的PGM加载量的硝酸Pd溶液。更进一步对于该实例，将硝酸Pd+Ba溶液浸渍到WC层上，并进一步在约550℃下焙烧约4小时以制造IMP层。
在第四实例中，制造在本文中称为2型UF催化剂的UF催化剂，其包括陶瓷基材，例如400/3 1.3L基材，其直径(D)为118.4mm，长度(L)为118.0mm。在该实例中，如前文所述，WC层包含La掺杂的Al2O3和Ce基OSM的混合物。进一步对于该实例，如上所述，IMP层包含具有Ba加载量的约25.5g/ft3的Pd加载量。进一步对于该实例，如前文所述，OC层包含沉积在Ce基OSM上的约4g/ft3的Rh加载量。
在该实施例中，用于2型UF催化剂的WC层和OC层的制造以与前面针对2型CC催化剂所述的基本类似的方式进行。进一步对于该实例，用于2型UF催化剂的IMP层以与前文针对1型UF催化剂所述的基本类似的方式进行。
CC催化剂和UF催化剂的老化和测试条件
在一些实施例中，在根据FTP-75和SFTP-US06的排放测试之前，使用改进的快速老化测试(RAT)循环协议对TWC***1、2、3和4内的上述CC催化剂和UF催化剂进行老化。在这些实施例中，使用改进的RAT循环协议在约1000℃的床温下对CC催化剂老化约50小时。进一步对于这些实施例，使用改进的RAT循环协议在约900℃的床温下将UF催化剂老化约50小时。
美国联邦测试程序(FTP-75)
图4是说明根据实施例用于测试、测量和诊断如图1所述的TWC***的催化性能的美国联邦测试程序(FTP-75)的驾驶阶段的图示。在图4中，FTP-75协议400包括冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406。
在一些实施例中，冷启动阶段402示出了用于测量上述TWC***的中间床和尾管排放物和性能的FTP-75测试的阶段。在这些实施例中，所述驾驶阶段是在从约0至505秒的时间段执行的约20℃至约30℃的环境温度下的冷启动瞬态阶段。进一步对于这些实施例，稳定阶段404示出了在冷启动阶段402之后执行的从约506秒到约1372秒的驾驶条件的阶段。进一步对于这些实施例，在稳定阶段404结束之后，发动机停止约10分钟然后热启动阶段406开始。在这些实施例中，热启动阶段406示出了在稳定阶段404之后执行的如下两段驾驶条件：(1)在约540秒的最短时间段或约660秒的最长时间段执行的热浸，以及(2)在从零到约505秒的时间段内执行的热启动瞬态阶段。进一步对于这些实施例，将来自每个阶段的中间床和尾管排放物收集在单独的袋中、分析并以克/英里表示。
美国补充FTP US06
图5是示出根据实施例用于测试、测量和诊断如图1所述的TWC***的催化性能的美国补充联邦测试程序(SFTP-US06)的驾驶阶段的图示。在图5中，SFTP-US06协议500包括第一城市阶段502、公路阶段504和第二城市阶段506。
在一些实施例中，SFTP-US06测试循环解决了在激进的、高速的和/或高加速的驾驶行为，快速的速度波动以及启动之后的驾驶行为的表示方面FTP-75测试循环的缺点。在这些实施例中，SFTP-US06测试循环涉及比其它常规认证循环更高的加速率和更高的速度(高达80MPH)。进一步对于这些实施例，SFTP-US06测试循环包括被指定为“城市”和“高速公路”的多个阶段。进一步对于这些实施例，SFTP-US06城市阶段是整个测试循环内在开始和结束处发生的两个分开的区段(第一城市阶段502和第二城市阶段506)的组合，并且包括在城市驾驶中典型的多个加速和减速。在这些实施例中，SFTP-US06公路阶段(公路阶段504)包括在模拟州际公路驾驶的测试循环中间的长时间的不间断驾驶。进一步对于这些实施例，将来自每个阶段的中间床和尾管排放物收集在单独的袋中、分析并以克/英里表示。
在一些实施例中，SFTP-US06测试循环是持续约596秒的高速/快速加速循环，以约48.4英里/小时(77.9km/h)的平均速度覆盖约8.01英里(13km)的距离，达到约80.3英里/小时(129.2km/h)的最大速度。在这些实施例中，SFTP-US06测试循环包括四次停止以及以每秒约8.46mph(13.62km/h)的速率的快速加速。进一步对于这些实施例，当进行SFTP-US06测试循环时，在运行温度下测试发动机，并且不使用空调。进一步对于这些实施例，进行SFTP-US06测试循环时的环境温度从约68℉(20℃)到约86℉(30℃)变化。
用于执行测试循环的发动机规格
在一些实施例中并参照图1，发动机102被实施为具有电子控制的双涡轮增压器的TGDI发动机、具有连续可变气门正时的双顶置凸轮轴(DOHC)发动机，在DOHC发动机中使用凸轮驱动的高压燃料泵执行直接喷射。在这些实施例中，TGDI发动机包括两级可变排量油泵、空气对空气中冷***以及铸铝发动机缸体。TGDI发动机的主要规格如下表1所示。
表1.TGDI发动机规格。
| 规格 | 单位 | 值 |
| 位移 | cm3 | 1,998.0 |
| 压缩比 | 9.5:1 | |
| 最大扭矩 | lb-ft | 295.0@3,000-4,000rpm |
| 功率 | HP | 259.0 |
来自FTP-75测试的加权排放袋结果
图6是示出根据实施例使用图4中所述的FTP-75测试协议在涡轮汽油直接喷射(TGDI)发动机内采用的TWC***1、2和3的尾管(TP)处的加权CO(克/英里)。在图6中，TP加权CO排放600包括TWC***1TP加权CO 602、TWC***2TP加权CO 610和TWC***3TP加权CO618。
在一些实施例中，TWC***1TP加权CO 602包括如下的三个特定TP加权CO条：TP加权CO条604、TP加权CO条606和TP加权CO条608。在这些实施例中，每个CO条示出当测量与TWC***相关联的TP CO排放时分别获得的冷启动阶段、稳定阶段和热启动阶段的加权CO的FTP-75袋结果(克/英里)。在一个实例中，每个CO条示出在测量与TWC***1相关联的TP CO排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权CO的FTP-75袋结果(克/英里)。
在其它实施例中，TWC***2TP加权CO 610包括如下的三个特定TP加权CO条：TP加权CO条612、TP加权CO条614和TP加权CO条616。在另一个实例中，每个CO条示出当测量与TWC***2相关联的TPCO排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权CO的FTP-75袋结果(克/英里)。
在进一步的实施例中，TWC***3TP加权CO 618包括如下的三个特定的TP加权CO条：TP加权CO条620、TP加权CO条622和TP加权CO条624。在又一个实例中，每个CO条示出当测量与TWC***3相关联的TP CO排放时分别得到的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权CO的FTP-75袋结果(克/英里)。
在一些实施例中，在下面的表2中详细描述在执行与TWC***1、2和3相关联的FTP-75测试期间收集的TP加权CO排放(克/英里)。在这些实施例中，与TWC***1相比，TWC***2和3显示出较低的TP加权CO值。进一步对于这些实施例，包括1型CC型催化剂(53.25g/ft3PGM加载量)的TWC***2比包括OEM CC催化剂和UF催化剂(165.5g/ft3PGM加载量)的TWC***1表现出更高效的TP CO转化率。这些结果证实，CC1型催化剂提供了改进的CO转化率，由此将双催化剂TWC***(例如TWC***1)减少成单一催化剂(例如TWC***2)。
表2.与如图6所示的TWC***1、2和3相关联的TP加权CO排放值
图7是示出根据实施例使用如图4所述的FTP-75测试协议在TGDI发动机内采用的TWC***1、2和3的TP处的加权NMHC(克/英里)值的图示。在图7中，TP加权NMHC排放700包括TWC***1TP加权NMHC 702、TWC***2TP加权NMHC 710和TWC***3TP加权NMHC 718。
在一些实施例中，TWC***1TP加权NMHC 702包括如下的三个特定TP加权NMHC条：TP加权NMHC条704、TP加权NMHC条706和TP加权NMHC条708。在这些实施例中，每个NMHC条示出当测量与TWC***相关联的TP NMHC排放时分别获得的冷启动阶段、稳定阶段和热启动阶段的加权NMHC的FTP-75袋结果(克/英里)。在一个实例中，每个NMHC条示出在测量与TWC***1相关联的TP NMHC排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NMHC的FTP-75袋结果(克/英里)。
在其它实施例中，TWC***2TP加权NMHC 710包括如下的三个特定TP加权NMHC条：TP加权NMHC条712、TP加权NMHC条714和TP加权NMHC条716。在另一实例中，每个NMHC条示出当测量与TWC***2相关联的TP NMHC排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NMHC的FTP-75袋结果(克/英里)。
在进一步的实施例中，TWC***3TP加权NMHC 718包括如下的三个特定TP加权NMHC条：TP加权NMHC条720、TP加权NMHC条722和TP加权NMHC条724。在又一个实例中，每个NMHC条示出当测量与TWC***3相关联的TP NMHC排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NMHC的FTP-75袋结果(克/英里)。
在一些实施例中，在下面的表3中详细描述在实施与TWC***1、2和3相关联的FTP-75测试期间收集的TP加权NMHC排放(克/英里)。在这些实施例中，TWC***2和3显示出基本相似的NMHC转化水平。进一步对于这些实施例，与TWC***2和3相比，TWC***1表现出更低的TP加权NMHC值。进一步对于这些实施例，当与用于轻型发动机的美国Tier 2bin 3排放标准(NMHC＝0.055克/英里)相比时，TWC***2和3表现出更低的TP加权NMHC值。
表3.与如图7所示的TWC***1、2和3相关联的TP加权NMHC排放值
| FTP-75阶段 | TWC*** | TP加权NMHC(克/英里) | 相关元素 |
| 冷启动阶段402 | 1 | 0.022 | 704 |
| 稳定阶段404 | 1 | 0.004 | 706 |
| 热启动阶段406 | 1 | 0.002 | 708 |
| 冷启动阶段402 | 2 | 0.034 | 712 |
| 稳定阶段404 | 2 | 0.003 | 714 |
| 热启动阶段406 | 2 | 0.006 | 716 |
| 冷启动阶段402 | 3 | 0.037 | 720 |
| 稳定阶段404 | 3 | 0.002 | 722 |
| 热启动阶段406 | 3 | 0.004 | 724 |
图8是示出根据实施例使用如图4所述的FTP-75测试协议在TGDI发动机内采用的TWC***1、2和3的TP处的加权NOX(克/英里)值的图示。在图8中，TP加权NOX排放800包括TWC***1TP加权NOX 802、TWC***2TP加权NOX 810和TWC***3TP加权NOX 818。
在一些实施例中，TWC***1TP加权NOX 802包括如下三个特定的TP加权NOX条：TP加权NOX条804、TP加权NOX条806和TP加权NOX条808。在这些实施例中，每个NOX条示出当测量与TWC***相关联的TP NOX排放时分别得到的冷启动阶段、稳定阶段和热启动阶段的加权NOX的FTP-75袋结果(克/英里)。在一个实例中，每个NOX条示出当测量与TWC***1相关联的TPNOX排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NOX的FTP-75袋结果(克/英里)。
在其它实施例中，TWC***2TP加权NOX 810包括如下的三个特定TP加权NOX条：TP加权NOX条812、TP加权NOX条814和TP加权NOX条816。在另一个实例中，每个NOX条示出当测量与TWC***2相关联的TP NOX排放物时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NOX的FTP-75袋结果(克/英里)。
在另外的实施例中，TWC***3TP加权NOX 818包括如下的三个特定的TP加权NOX条：TP加权NOX条820、TP加权NOX条822和TP加权NOX条824。在又一个实例中，每个NOX条示出当测量与TWC***3相关联的TP NOX排放时分别获得的冷启动阶段402、稳定阶段404和热启动阶段406的加权NOX的FTP-75袋结果(克/英里)。
在一些实施例中，在下表4中详细描述在执行与TWC***1、2和3相关联的FTP-75测试期间收集的TP加权NOX排放(克/英里)。在这些实施例中，与TWC***1和2相比，TWC***3表现出更低的TP加权NOX值。进一步对于这些实施例，TWC***1和2显示出基本相似的NOX转化水平，从而确认使用仅1型CC催化剂(53.25g/ft3的PGM加载量)与使用基于高PGM的OEMCC催化剂和UF催化剂(165.50g/ft3的PGM加载量)进行NOX转化一样有效。
表4.与如图8所示的TWC***1、2和3相关联的TP加权NOX排放值
| FTP-75阶段 | TWC*** | TP加权NOX(克/英里) | 相关元素 |
| 冷启动阶段402 | 1 | 0.033 | 804 |
| 稳定阶段404 | 1 | 0.001 | 806 |
| 热启动阶段406 | 1 | 0.005 | 808 |
| 冷启动阶段402 | 2 | 0.032 | 812 |
| 稳定阶段404 | 2 | 0.003 | 814 |
| 热启动阶段406 | 2 | 0.005 | 816 |
| 冷启动阶段402 | 3 | 0.019 | 820 |
| 稳定阶段404 | 3 | 0.001 | 822 |
| 热启动阶段406 | 3 | 0.001 | 824 |
总之，TWC***2在每个FTP-75阶段期间表现出的催化行为与使用基于高PGM的TWC***1一样有效地证实了显著的NOX、CO和NMHC转化性能。1型CC催化剂使得在TWC***2的情况下具有改进的转化性能，1型CC催化剂包括含有约4.25g/ft3Rh加载量的Fe活化的Rh组合物的OC层。
图9是示出根据实施例使用如图4所述的FTP-75测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***1和3的累积中间床(MB)和发动机外NOX排放结果的图示。在图9中，累积NOX值比较曲线900包括累积NOX曲线902、累积NOX曲线904、累积NOX曲线906、累积NOX曲线908和FTP-75协议400。在图9中，具有与先前附图基本类似的元件编号的元件以基本相似的方式起作用。
在一些实施例中，累积NOX曲线902示出了在给定速度下在与TWC***1相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。在这些实施例中，累积NOX曲线904示出在给定速度下在与TWC***3相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，与累积NOX曲线902和累积NOX曲线904的相对值相关联的标度沿累积NOX值比较曲线900的右侧的y轴定位，并被标记为中间床累积NOX排放(g)。在这些实施例中，累积NOX曲线906示出在给定速度下与TWC***1相关联的发动机外(预催化剂)处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，累积NOX曲线908示出了在给定速度下与TWC***3相关联的发动机外(预催化剂)处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，与累积NOX曲线906和累积NOX曲线908的相对值相关联的标度沿累积NOX值比较曲线900的左边的y轴定位，并标记为EOUT(g累积)，速度(英里)。
在一些实施例中，与TWC***3相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线904)显著低于与TWC***1相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线902)。在这些实施例中，MB NOX排放(累积NOX曲线904)中的改进表明，与基于PGM的OEM CC催化剂相比，1型CC催化剂表现出更大的催化功能。进一步对于这些实施例，TWC***3通过采用减少50％的PGM来减少累积MB NOX值。进一步对于这些实施例，与TWC***1和3相关联的累积发动机外NOX排放显示出基本相似的水平。总之，TWC***3表现出比TWC***1更高的NOX转化效率。
图10是示出根据实施例使用如图4所述的FTP-75测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***3和4的累积MB和TP NOX排放结果的图示。在图10中，累积NOX值比较曲线1000包括累积NOX曲线1002、累积NOX曲线1004、累积NOX曲线1006、累积NOX曲线1008和FTP-75协议400。在图10中，与前面的附图具有基本类似的元件编号的元件以基本类似的方式工作。
在一些实施例中，累积NOX曲线1002示出在给定速度下在与TWC***4相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。在这些实施例中，累积NOX曲线1004示出了在给定速度下在与TWC***4相关联的TP处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，累积NOX曲线1006示出了在给定速度下在与TWC***3相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，累积NOX曲线1008示出了在给定速度下在与TWC***3相关联的TP处获得的累积NOX排放结果。
在一些实施例中，与TWC***3相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线1006)显著低于与TWC***4相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线1002)。在这些实施例中，与TWC***3相关联的累积TP NOX值(累积NOX曲线1008)显著低于与TWC***4相关联的累积TP NOX值(累积NOX曲线1004)。进一步对于这些实施例，与TWC***3相关联的累计MB和TP NOX排放显示出基本相似的水平(累积NOX曲线1006和累积NOX曲线1008)。进一步对于这些实施例，TWC***3在更高的空间速度(例如，在约20,000秒的山丘2中的第二次加速)下表现出改善的NOX转化。总之，TWC***3比TWC***4具有更高的NOX转化效率。
来自SFTP-US06测试的加权排放包结果
图11是示出根据实施例使用图5中所述的SFTP-US06测试协议以给定速度在TGDI发动机内采用的TWC***1和3的累积MB和TP NOX排放结果的图示。在图11中，累积NOX值比较曲线1100包括累积NOX曲线1102、累积NOX曲线1104、累积NOX曲线1106、累积NOX曲线1108和SFTP-US06协议500。在图11中，与前面的附图具有基本相似的元件编号的元件以基本类似的方式工作。
在一些实施例中，累积NOX曲线1102示出在给定速度下与TWC***1相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。在这些实施例中，累积NOX曲线1104示出在给定速度下在与TWC***1相关联的TP处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，累积NOX曲线1106示出了在给定速度下在与TWC***3相关联的MB处获得的累积NOX排放结果。进一步对于这些实施例，累积NOX曲线1108示出在给定速度下在与TWC***3相关联的TP处获得的累积NOX排放结果。
在一些实施例中，与TWC***3相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线1106)显著低于与TWC***1相关联的累积MB NOX值(累积NOX曲线1102)。在这些实施例中，MB NOX排放(累积NOX曲线1106)中的改进表明，与基于PGM的OEM CC催化剂相比，1型CC催化剂表现出更大的催化功能。进一步对于这些实施例，TWC***3通过采用50％更少的PGM来减少累积MB NOX值。进一步对于这些实施例，与TWC***3相关联的累积TP NOX值(累积NOX曲线1108)低于与TWC***1相关联的累积TP NOX值(累积NOX曲线1104)。总之，TWC***3表现出比TWC***1更高的NOX转化效率。
虽然已经公开了各个方面和实施例，但是可以设想其它方面和实施例。这里公开的各个方面和实施例是用于说明的目的，而不是限制性的，真正的范围和精神由以下权利要求书指出。
Claims (45)
1.一种用于处理燃烧发动机的排气流的催化剂***，包括：
燃烧发动机；
紧耦合催化转化器，其被构造为接收来自所述燃烧发动机的至少一个排气流，所述紧耦合催化转化器包括：
基材；
活化涂层，其覆盖在所述基材上；
分区浸渍层，其浸渍到所述活化涂层上，所述分区浸渍层包括含有铂族金属的第一区域和含有铂族金属的第二区域，其中，所述第一区域中的所述铂族金属的加载量小于所述第二区域中的所述铂族金属的加载量；以及
外涂层，其覆盖所述分区浸渍层并且包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
2.根据权利要求1所述的催化剂***，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组。
3.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属是具有约10g/ft3至100g/ft3的加载量的钯。
4.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属是具有约49g/ft3的加载量的钯。
5.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述分区浸渍层还包含钡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述分区浸渍层的所述第一区域朝向所述催化转化器的入口端设置，并且所述分区浸渍层的所述第二区域朝向所述催化转化器的出口端设置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述第二区域中的所述铂族金属的量为所述第一区域中的所述铂族金属的量的约2.5至4倍。
8.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述第二区域中的所述铂族金属的加载量是所述第一区域中的所述铂族金属的加载量的约3倍。
9.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述外涂层包含具有约1至10g/ft3的加载量的铑。
10.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述外涂层包含具有约4.25g/ft3的加载量的铑。
11.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约1重量百分比至10重量百分比。
12.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约7重量百分比。
13.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、钛氧化物、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
14.根据权利要求13所述的催化剂***，其中，掺杂的载体氧化物掺杂有氧化物，所述氧化物选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
15.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述外涂层和所述活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
16.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述活化涂层包含镧掺杂的氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂***，其中，所述***还包括地板下催化转化器，所述地板下催化转化器在所述紧耦合催化转化器下游且与所述紧耦合催化转化器流体连通，所述地板下催化转化器包括：
基材；
活化涂层，其覆盖在所述基材上；
浸渍层，其浸渍到所述活化涂层上；以及
外涂层，其覆盖在浸渍层上并包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
18.根据权利要求17所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、氧化钛、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
19.根据权利要求18所述的催化剂***，其中，掺杂的载体氧化物掺杂有氧化物，所述氧化物选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述外涂层和所述活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述活化涂层包含镧掺杂氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的催化剂***，其中，所述浸渍层包含选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组的铂族金属。
23.根据权利要求22所述的催化剂***，其中，所述浸渍层中的所述铂族金属是具有约10g/ft3至100g/ft3的加载量的钯。
24.根据权利要求23所述的催化剂***，其中，所述浸渍层中的所述铂族金属是具有约25.5g/ft3的加载量的钯。
25.根据权利要求22至23中任一项所述的催化剂***，其中，所述浸渍层还包含钡。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述外涂层包含具有约1g/ft3至10g/ft3的加载量的铑。
27.根据权利要求26所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述外涂层包含具有约4g/ft3的加载量的铑。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约1重量百分比至10重量百分比。
29.根据权利要求28所述的催化剂***，其中，所述地板下催化转化器的所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约7重量百分比。
30.一种制备催化转化器的方法，包括以下步骤：
将活化涂层沉积到基材上；
将包含铂族金属的第一溶液浸渍到所述活化涂层的第一区域上；
焙烧所述活化涂层的浸渍的所述第一区域以限定浸渍到所述活化涂层的所述第一区域上的第一分区浸渍层；
将包含铂族金属的第二溶液浸渍到所述活化涂层的第二区域上；
焙烧所述活化涂层的浸渍的所述第二区域以限定浸渍到所述活化涂层的所述第二区域上的第二分区浸渍层；
在所述分区浸渍层上沉积外涂层，其中，所述外涂层包含铁活化的铑和基于稀土元素的储氧材料。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属选自包括铂、钯、钌、铱和铑的组。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属是具有约10g/ft3至100g/ft3的加载量的钯。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述分区浸渍层中的所述铂族金属是具有约49g/ft3的加载量的钯。
34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，所述分区浸渍层还包含钡。
35.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，所述分区浸渍层的所述第一区域朝向所述催化转化器的入口端设置，并且所述分区浸渍层的所述第二区域朝向所述催化转化器的出口端设置。
36.根据权利要求30至35中任一项所述的方法，其中，所述第二区域中的所述铂族金属的量为所述第一区域中的所述铂族金属的量的约2.5至4倍。
37.根据权利要求30至36中任一项所述的方法，其中，所述第二区域中的所述铂族金属的加载量是所述第一区域中的所述铂族金属的加载量的约3倍。
38.根据权利要求30所述的方法，其中，所述外涂层包含具有约1至10g/ft3的加载量的铑。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述外涂层包含具有约4.25g/ft3的加载量的铑。
40.根据权利要求30至39中任一项所述的方法，其中，所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约1重量百分比至10重量百分比。
41.根据权利要求30至40中任一项所述的方法，其中，所述外涂层中的铁的量基于所述外涂层的总重量为约7重量百分比。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的方法，其中，所述活化涂层包含基于稀土元素的储氧材料和载体氧化物，所述载体氧化物选自包括氧化铝、掺杂氧化铝、氧化锆、掺杂氧化锆、氧化铈、氧化钛、氧化铌、二氧化硅和它们组合的组。
43.根据权利要求30至42中任一项所述的方法，其中，掺杂的载体氧化物掺杂有氧化物，所述氧化物选自包括钙、锶、钡、钇、镧、钕、镨、铌、硅、钽和它们组合的组。
44.根据权利要求30至43中任一项所述的方法，其中，所述外涂层和活化涂层中的稀土元素选自包括镨、铈、钕和它们组合的组。
45.根据权利要求30至43中任一项所述的方法，其中，所述活化涂层包含镧掺杂的氧化铝(La-Al2O3)和铈基储氧材料(Ce-based OSM)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: American California Applicant after: CDTI Advanced Materials Co., Ltd. Address before: American California Applicant before: Clean Diesel Tech Inc. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180417 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |