JPH09253490A - 排ガス浄化用触媒及びその製造方法 - Google Patents

排ガス浄化用触媒及びその製造方法

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JPH09253490A
JPH09253490A JP8067714A JP6771496A JPH09253490A JP H09253490 A JPH09253490 A JP H09253490A JP 8067714 A JP8067714 A JP 8067714A JP 6771496 A JP6771496 A JP 6771496A JP H09253490 A JPH09253490 A JP H09253490A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
metal
metal cluster
solution
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JP8067714A
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Toshitaka Tanabe
稔貴 田辺
Hideo Sofugawa
英夫 曽布川
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Ptの粒成長を防止でき、かつRhと担体との
反応を抑制できる排ガス浄化用触媒とする。 【解決手段】Pt及びRhを含む溶液を液相中において
還元しPtとRhの少なくとも一部が互いに固溶した合
金からなる金属クラスターを調製し、その金属クラスタ
ーを多孔質担体に担持する。金属クラスター表面に酸素
との親和性の高いRhが偏析し、これにより金属クラス
ターの粒成長が防止され触媒活性点の減少が抑制され
る。また金属クラスターとすることにより、Rhとアル
ミナとの反応も抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は排ガス浄化用触媒及
びその製造方法に関する。本発明の排ガス浄化用触媒に
よれば、触媒貴金属の粒成長や担体との反応を抑制する
ことができ、排ガス浄化用触媒の耐久性が向上する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排ガス浄化用触媒と
して、CO及びHCの酸化とNOx の還元とを行って排
ガスを浄化する三元触媒が用いられている。このような
三元触媒としては、例えばコーディエライトなどからな
る耐熱性基材にγ−アルミナからなる多孔質担体層を形
成し、その多孔質担体層に白金(Pt)、ロジウム(R
h)などの触媒貴金属を担持させたものが広く知られて
いる。
【0003】この三元触媒においては、PtとRhを共
存させた場合に特に高い活性が得られることが知られて
いる。そこで例えば特開昭57−207544号公報に
は、アルカリ性状態の白金化合物溶液を用いて担体にP
tを担持させ、酸性状態のロジウム化合物溶液を用いて
担体にRhを担持させる方法が開示されている。この製
造方法で得られる排ガス浄化用触媒によれば、担体中の
Pt担持部分とRh担持部分の層厚がほぼ同等となるの
で、PtとRhが共存しやすくなり高い三元活性が得ら
れる。
【0004】また特開昭62−282641号公報に
は、予めRhを含有させた酸化ジルコニウムと予めセリ
ウムを含有させた活性アルミナとを含むスラリーから担
体にコート層を形成し、次いでコート層に白金化合物溶
液を含浸させてPtを担持する方法が開示されている。
この方法によれば、Pt及びRhの担持量を少なくして
も浄化性能の低下がなく、耐熱性が向上した排ガス浄化
用触媒を製造することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで近年の排ガス
規制の強化及びエンジン性能の向上により、自動車の排
ガス温度が上昇している。そのため従来の排ガス浄化用
触媒においては、高温で酸化雰囲気に曝された場合、担
体に担持されている触媒貴金属の微粒子に粒成長が生
じ、その結果活性点の減少により触媒活性が低下すると
いう不具合が生じていた。またRhは担体であるアルミ
ナと反応し、活性が低下するという問題もある。
【0006】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、Ptの粒成長を防止でき、かつRhと担体
との反応を抑制できる排ガス浄化用触媒とすることを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排ガス浄化用触媒の特徴は、多孔質担体と、多孔質
担体に担持されPt及びRhの少なくとも一部が互いに
固溶した合金よりなる金属クラスターとを有することに
ある。またこの排ガス浄化用触媒を製造するのに最適な
本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法の特徴は、Pt及
びRhを含む溶液を液相中において還元しPtとRhの
少なくとも一部が互いに固溶した合金からなる金属クラ
スターを調製する第1工程と、金属クラスターを多孔質
担体に担持する第2工程と、を含むことにある。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明にいう金属クラスターと
は、複数個の原子が原子レベルで集まったものから、平
均粒径が100nm程度の金属微粒子のものまでをい
う。本発明の排ガス浄化用触媒では、Pt及びRhは少
なくとも一部が互いに固溶した合金からなる金属クラス
ターとして担持されている。このため高温の酸化雰囲気
に曝された場合にも、触媒活性の低下が抑制される。
【0009】この触媒活性が抑制される理由は、金属ク
ラスター表面に酸素との親和性の高いRhが偏析し、こ
れによりPtの粒成長が抑制されるため金属クラスター
の粒成長が抑制され、触媒活性点の減少が抑制されるか
ら、と考えられる。またPtとRhとの合金よりなる金
属クラスターとすることにより、Rhと多孔質担体との
反応も抑制される。
【0010】本発明の排ガス浄化用触媒に用いられる多
孔質担体としては、γ−アルミナを始めとして、シリ
カ、チタニア、ジルコニア、シリカ−チタニア、ゼオラ
イトなどが例示される。金属クラスターとして担持され
るPtの担持量は、多孔質担体100gあたり0.1〜
20g程度が好ましく、1〜10g程度が特に好まし
い。Ptの担持量が多孔質担体100gあたり0.1g
より少ないと触媒活性が不足して浄化性能が不十分とな
り、20gより多く担持しても触媒活性が飽和するとと
もにコストの上昇を招く。
【0011】また上記Ptと固溶した合金よりなる金属
クラスターを構成するRhの量は、Ptに対して重量比
で1/100〜1/2程度が望ましく、1/20〜1/
3程度が特に好ましい。Rhの担持量がPtに対して重
量比で1/100より少ないと、Ptの粒成長を抑制す
る機能が低くなり金属クラスターの粒成長による浄化性
能が低下する。また1/2より多くなると、効果が飽和
するとともにコストの上昇を招く。
【0012】そして金属クラスター中に合金化している
Pt及びRhは、担持されているPt及びRhの少なく
とも一部であればよいが、全体の50重量%以上が合金
化していることが好ましい。さらに好ましくは、実質的
にすべてのPt及びRhが金属クラスター中に合金化し
ていることが望ましい。合金化している割合が多いほど
粒成長を効果的に防止することができ、触媒活性の低下
を一層防止することができる。
【0013】なお、本発明の排ガス浄化用触媒には、酸
化セリウム(セリア)や炭酸ランタンを含むこともでき
る。セリアは酸素吸蔵・放出作用を有するので、排ガス
雰囲気がストイキからずれた際に、酸素を吸蔵・放出す
ることによって雰囲気をストイキに保持することがで
き、浄化性能が一層向上する。このセリアの含有量とし
ては、多孔質担体100gあたり50〜100gが適当
である。
【0014】また炭酸ランタンは、Ptとの電子的な相
互作用によりPtの触媒活性を高める作用を有し、本発
明の排ガス浄化用触媒にさらに炭酸ランタンを含むこと
により浄化性能が一層向上する。この炭酸ランタンの含
有量としては、多孔質担体100gあたり30g程度が
適当である。この排ガス浄化用触媒を製造するのに最適
な本発明の排ガス浄化用触媒の製造方法では、第1工程
においてPt及びRhを含む溶液が液相中で還元され
る。すなわち、Ptの塩とRhの塩とが溶液状態で同時
に還元される。これによりPt及びRhの少なくとも一
部が固溶した合金よりなる金属クラスターが容易に得ら
れ、還元条件の調整によってPtとRhとが十分に固溶
した均一な組成の金属クラスターを容易に調製すること
ができる。
【0015】この第1工程で用いられる溶液は、Ptの
塩及びRhの塩を同時に溶解したものであれば特に制限
なく、種々の塩及び溶媒を用いることができる。またこ
の溶液を還元するのに用いられる還元剤としては、燃焼
により消失して不純物を残さない有機系の還元剤が望ま
しく、溶媒としても用いられる低級アルコール、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、ギ酸、クエン酸、シュ
ウ酸などが例示される。また気体水素を反応液に導入す
ることによって還元を行ってもよい。
【0016】この第1工程は、Pt塩及びRh塩の溶液
中に還元剤を加え、加熱などにより反応させることで行
うことができる。Pt塩とRh塩の還元反応は同時に進
行することが望ましい。なお、還元時に溶液中にポリビ
ニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどの高分子化
合物、金属イオンへの配位作用を有するクエン酸、トリ
フェニルホスフィン、フェナントロリンなどの低分子化
合物を添加することも好ましい。このようにすれば生成
した金属クラスターの溶液中での安定性を向上させるこ
とができ、得られる排ガス浄化用触媒中の金属クラスタ
ーの組成を一層均一とすることができる。
【0017】第2工程では、第1工程で形成された金属
クラスターが多孔質担体に担持される。この担持方法と
しては、金属クラスターを含む溶液中に多孔質担体を浸
漬して担持する吸着担持法、あるいは多孔質担体粉末に
金属クラスターを含む溶液を所定量含浸させ、溶媒を蒸
発させて担持する含浸担持法などが利用できる。そして
金属クラスターが担持された多孔質担体粉末は、そのま
ま造粒してペレット触媒としてもよいし、コーディエラ
イト又はメタル製のハニカム担体基材にコートしてスト
レートフロータイプの触媒とすることもできる。
【0018】したがって本発明の製造方法により製造さ
れた排ガス浄化用触媒では、液相中においてPt−Rh
合金よりなる金属クラスターを得ているため、担持され
た金属クラスター中のPtとRhの組成比が各金属クラ
スター粒子で均一となる。すなわちRhの固溶量が少な
い金属クラスターや、Ptと固溶していないRhなどが
ほとんど存在しないため、Ptに起因する高温時の金属
クラスターの粒成長が一層抑制され、Rhと多孔質担体
との反応も一層抑制される。
【0019】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 (実施例1) <第1工程>1リットルの三口フラスコ中に水とエタノ
ールを各400mlずつ入れ、濃度0.0178mol
/LのRhCl3 水溶液28.8mlと、濃度0.02
15mol/LのH2 PtCl6 水溶液11.3mlと
を加えて溶解した。この溶液にさらにポリビニルピロリ
ドンを2.419g添加し、メカニカルスターラーで攪
拌しながらオイルバスを用いて加熱し、還流下で2時間
反応させた。
【0020】その後放冷し、予め蒸留水で洗浄されたイ
オン交換樹脂30gを加えて10分間攪拌した。その後
イオン交換樹脂を濾過により溶液と分離し、これにより
未反応の金属イオン及び溶液中に存在する塩素イオンな
どを溶液から除去して、Pt−Rh合金よりなる金属ク
ラスターを含むコロイド溶液を得た。 <第2工程>次に、上記で得られたコロイド溶液500
mlとγ−アルミナ粉末5gとを混合し、室温で8時間
攪拌した。その後攪拌しながら100℃に加熱し、溶媒
を蒸発乾固させることでPt−Rh金属クラスターをア
ルミナ粉末に担持させた。触媒粉末中のPt−Rh金属
クラスターの担持量は、アルミナ100gに対してPt
として1.0gであり、Rhとして0.22gである。
【0021】その後、得られた粉末を乾燥器中にて11
0℃で一晩乾燥させ、さらに空気流通下にて350℃で
3時間焼成して実施例1の触媒粉末を得た。 (比較例1)所定濃度に調製されたジニトロジアンミン
白金の硝酸溶液の所定量をγ−アルミナ粉末の所定量に
含浸させ、水分を蒸発乾固してPtを担持した。次いで
この粉末に対し、所定濃度に調製された硝酸ロジウムの
硝酸水溶液の所定量を含浸させ、水分を蒸発乾固してR
hを担持させた。これによりアルミナ100gに対して
Ptは1g担持され、Rhは0.22g担持された。
【0022】その後、得られた粉末を乾燥機中にて11
0℃で一晩乾燥させ、さらに空気流通下にて350℃で
3時間焼成して比較例1の触媒粉末を得た。 (活性評価)上記したそれぞれの触媒粉末をそれぞれ圧
粉成形し、0.3〜0.7mmの粒径のペレット触媒と
した。それぞれのペレット触媒を耐久試験装置に充填
し、表1に示す酸化性ガスAと還元性ガスを10分周期
で交互に流通させながら、それぞれ800℃で5時間加
熱するストイキ耐久試験を行った。また表1に示す酸化
性ガスA(O2 5%)と酸化性ガスB(O2 20%)を
それぞれ流通させながら、それぞれ800℃で5時間加
熱するリーン耐久試験を行った。
【0023】
【表1】 それぞれの耐久試験後のそれぞれのペレット触媒につい
て、粉末X線回折法により、Pt金属の回折線幅から貴
金属粒径を測定し、結果を表2に示す。またストイキ耐
久試験とリーン耐久試験(O2 20%)の各ペレット触
媒について、表1に示す評価ガスを用い、触媒量0.5
g、ガス流量3.3L/minの条件で入りガス温度を
100℃から500℃に昇温させてHC、CO及びNO
x の浄化率を測定し、それぞれの50%浄化温度を求め
た。それぞれの結果を表3に示す。
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】 表3より、実施例1の触媒は比較例1に比べてHC、C
O及びNOx の浄化性能が向上していることがわかる。
実施例における浄化能の向上は、リーン耐久試験後に大
きくみられる。この差異は、表2より、実施例1の触媒
では耐久試験後も貴金属の粒成長が抑制されていること
によるものであると考えられる。
【0026】すなわちPt塩とRh塩とを予め溶液状態
で還元して固溶させ合金化した金属クラスターをアルミ
ナ担体に担持することにより、耐久試験後の貴金属の粒
成長が抑制され、耐久性に優れた触媒が得られることが
明らかである。
【0027】
【発明の効果】すなわち本発明の排ガス浄化用触媒によ
れば、高温耐久試験後にも貴金属の粒成長が防止されて
いるので、きわめて耐久性に優れている。また本発明の
排ガス浄化用触媒の製造方法によれば、PtとRhとが
互いに固溶した合金クラスターを任意の組成比で調製で
き、均一な組成を有する合金クラスターを担持した上記
排ガス浄化用触媒を容易にかつ確実に製造することがで
きる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔質担体と、該多孔質担体に担持され白
    金及びロジウムの少なくとも一部が互いに固溶した合金
    よりなる金属クラスターと、を有することを特徴とする
    排ガス浄化用触媒。
  2. 【請求項2】 白金及びロジウムを含む溶液を液相中に
    おいて還元し白金とロジウムの少なくとも一部が互いに
    固溶した合金からなる金属クラスターを調製する第1工
    程と、 該金属クラスターを多孔質担体に担持する第2工程と、
    を含むことを特徴とする排ガス浄化用触媒の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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