Search

JP-2026076769-A - 排ガス浄化用触媒

JP2026076769AJP 2026076769 AJP2026076769 AJP 2026076769AJP-2026076769-A

Abstract

【課題】Ｐｔ－Ｒｈの合金化が抑えられた排ガス浄化用触媒を提供する。 【解決手段】ここに開示される排ガス浄化用触媒１００は、基材１０とコート層２０とを備える。コート層２０は、基材１０側に位置し、Ｐｔを含むＰｔ層２２と、表層部側に位置し、Ｒｈを含むＲｈ層２３と、Ｐｔ層２２とＲｈ層２３との間に介在し、Ａｌ含有酸化物を含む合金化抑制層２４と、を備える。 【選択図】図２

Inventors

  • 大関 武尚
  • 尾上 亮太
  • 菅原 康
  • 澤田 和成
  • 山▲崎▼ 祐哉

Assignees

  • 株式会社キャタラー

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (12)

  1. 内燃機関の排気経路内に配置され、前記内燃機関から排出される排ガスを浄化するための排ガス浄化用触媒であって、 基材と、前記基材に設けられたコート層と、を備え、 前記コート層は、 前記基材側に位置し、触媒金属としてのＰｔを含むＰｔ層と、 表層部側に位置し、触媒金属としてのＲｈを含むＲｈ層と、 前記Ｐｔ層と前記Ｒｈ層との間に介在し、Ａｌ含有酸化物を含み、かつＰｔおよびＲｈを含まない合金化抑制層と、 を備える、排ガス浄化用触媒。
  2. 前記合金化抑制層は、基材１Ｌ当たりのセリアの含有量が、６ｇ／Ｌ以下である、 請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
  3. 前記合金化抑制層は、触媒金属（ＰｔおよびＲｈは除く）を含む、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  4. 前記合金化抑制層は、９０質量％以上が前記Ａｌ含有酸化物で構成されている、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  5. 前記Ｐｔ層と前記Ｒｈ層とが、それぞれ、Ａｌ含有酸化物を含む、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  6. 前記Ｐｔ層における基材１Ｌ当たりの前記Ａｌ含有酸化物の含有量をＣ２とし、 前記合金化抑制層における基材１Ｌ当たりの前記Ａｌ含有酸化物の含有量をＣ４としたときに、 前記Ｃ２と前記Ｃ４とが、次の関係：Ｃ４＜Ｃ２；を満たす、 請求項５に記載の排ガス浄化用触媒。
  7. 前記Ｒｈ層における基材１Ｌ当たりの前記Ａｌ含有酸化物の含有量をＣ３とし、 前記合金化抑制層における基材１Ｌ当たりの前記Ａｌ含有酸化物の含有量をＣ４としたときに、 前記Ｃ３と前記Ｃ４とが、次の関係：Ｃ３＜Ｃ４；を満たす、 請求項５に記載の排ガス浄化用触媒。
  8. 前記Ｒｈ層における基材１Ｌ当たりのコート量が、前記Ｐｔ層における基材１Ｌ当たりのコート量よりも少ない、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  9. 前記Ｐｔ層における基材１Ｌ当たりの前記Ｐｔの含有量をＸ（ｇ／Ｌ）とし、前記合金化抑制層における基材１Ｌ当たりの前記Ａｌ含有酸化物の比表面積をＺ（ｍ ２ ／Ｌ）としたときに、前記Ｘと前記Ｚとが、次の式：Ｚ≧７４５．６９Ｘ＋２１３８．１；を満たす、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  10. 前記Ｐｔ層の排ガスの流れ方向のコート長を１００％としたときに、前記合金化抑制層の排ガスの流れ方向のコート長が７５％以上である、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  11. 前記Ｐｔ層は、前記排気経路内に配置された際に排ガスの流れ方向の下流側に位置しており、 前記排気経路内に配置された際に前記Ｐｔ層よりも排ガスの流れ方向の上流側に位置し、触媒金属としてのＰｄを含むＰｄ層をさらに備える、 請求項１または２に記載の排ガス浄化用触媒。
  12. 前記合金化抑制層は、排ガスの流れ方向のコート長が前記基材よりも短く、 前記上流側で、前記Ｒｈ層と前記Ｐｄ層とが厚み方向に接触している、 請求項１１に記載の排ガス浄化用触媒。

Description

本発明は、排ガス用浄化触媒に関する。 車両エンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分が含まれる。従来、これらの有害成分を酸化または還元反応によって除去するために、排ガス浄化用触媒が利用されている。一般的な排ガス浄化用触媒は、基材と、触媒金属を含む触媒層と、を備えている（例えば、特許文献１－３参照）。 例えば特許文献１には、基材の上に設けられ、触媒金属としてのＰｔ（白金）を含むＰｔ層と、Ｐｔ層の上に積層され、触媒金属としてのＲｈ（ロジウム）を含むＲｈ層と、を有する排ガス浄化用触媒が開示されている。特許文献１には、ＰｔとＲｈとを別々の層に含むことで、触媒活性の低下を抑制しうる旨が記載されている。 特開２０２０－１５７２６２号公報特開２００６－３４６６６１号公報国際公開第２０１５／０７６４０３号 図１は、一実施形態に係る排ガス浄化用触媒を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の排ガス浄化用触媒を筒軸方向に切断した部分断面図である。図３は、実施例１における各層のコート長を模式的に示す分解図である。図４は、合金化抑制層のコート厚みとＮＯｘ浄化性能との関係を示すグラフである。図５は、合金化抑制層のコート長とＮＯｘ浄化性能との関係を示すグラフである。図６は、Ｐｔ層のＰｔ含有量を変化させたときの、合金化抑制層のコート量とＮＯｘ浄化性能との関係を示すグラフである。図７は、Ｐｔ層のＰｔ含有量と合金化抑制層のＡｌ含有酸化物の比表面積との関係を示すグラフである。 以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば一般的な排ガス浄化用触媒の製造方法等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は、実際の寸法関係を必ずしも反映するものではない。また、本明細書において範囲を示す「Ａ～Ｂ」（Ａ，Ｂは任意の数値）の表記は、Ａ以上Ｂ以下の意と共に、「Ａより大きい（Ａを超える）」および、「Ｂより小さい（Ｂ未満）」の意を包含する。 ≪排ガス浄化用触媒１００≫ 図１は、排ガス浄化用触媒１００の模式図である。図２は、排ガス浄化用触媒１００を筒軸方向Ｘに沿って切断した部分断面図である。排ガス浄化用触媒１００は、内燃機関の排気経路内に配置されて、内燃機関から排出される排ガスを浄化するものである。排ガス浄化用触媒１００は、種々の内燃機関、特に車両エンジンの排気系（排気管）に配置することができる。 図１に示すように、排ガス浄化用触媒１００は、基材１０と、基材１０に設けられたコート層２０（図２参照）と、を備える。なお、図１等において、符号Ｆは、排ガス浄化用触媒１００が排気経路内に配置された際の排ガスの流れ方向を示す。符号Ｘは、基材１０の筒軸方向を示す。符号Ｘ１は、排ガスの流れ方向Ｆにおける上流側（フロント側）を示し、符号Ｘ２は排ガスの流れ方向Ｆにおける下流側（リア側）を示す。 ＜基材１０＞ 基材１０は、排ガス浄化用触媒１００の骨格を構成するものである。基材１０としては、従来この種の用途に用いられる種々の素材および形態のものを採用することができる。例えば、素材としては、高耐熱性を有すること等から、コージェライト、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素等のセラミックスが好適である。あるいは、合金（ステンレス鋼等）製の基材を使用することができる。形態に関し、基材１０は、ここでは筒軸方向Ｘ（排ガスの流れ方向Ｆ）に沿って規則的に配列された複数のセル１２と、複数のセル１２を区画するリブ壁１４と、を有するハニカム構造を有している。セル１２は、排ガスの通路として機能する貫通孔である。リブ壁１４は、各セル１２を仕切る隔壁である。セル１２の断面形状は、ここでは四角形状である。ただし、セル１２の断面形状は、その他の形状（例えば、円形、三角形、六角形等）であってもよい。 基材１０の外形は、ここでは円筒形状であるが、基材１０の外形は、その他の形状（例えば、楕円筒形、多角筒形等）であってもよい。また、基材１０は、ここではハニカム形状であるが、基材１０は、フォーム形状、ペレット形状等であってもよい。基材１０の筒軸方向Ｘの全長Ｌ（図２参照）は、典型的には１０～５００ｍｍであり、例えば５０～３００ｍｍである。基材１０の体積は、典型的には、概ね０．１～１０Ｌであり、例えば０．５～５Ｌである。なお、本明細書において、基材１０の体積とは、基材１０の純容積に加えて、セル１２等の内部空隙の容積を含めた嵩容積（見かけの体積）をいう。 図１に示す基材１０は、セル１２の上流側Ｘ１の開口および下流側Ｘ２の開口が閉塞されていない、所謂、ストレートフロー型の基材である。ただし、基材１０は、多数のセル１２の上流側Ｘ１の開口および下流側Ｘ２の開口が交互に閉塞され、排ガスが、第１のセル（入側セル）からリブ壁を通過して、隣接する第２のセル（出側セル）に流れる、所謂、ウォールフロー型（ウォールスルー型ともいう）の基材であってもよい。 ＜コート層２０＞ 図２に示すように、コート層２０は、基材１０（詳しくは、リブ壁１４）の上に設けられている。コート層２０は、ここでは筒軸方向Ｘと直交する厚み方向Ｔに、相互に構成の異なる複数の層が積層された複層構造を有する。厚み方向Ｔにおいて、コート層２０は、基材１０側に位置し、触媒金属としてのＰｔを含むＰｔ層２２と、コート層２０の表層部側に位置し、触媒金属としてのＲｈを含むＲｈ層２３と、Ｐｔ層２２とＲｈ層２３との間に介在する合金化抑制層２４と、を備えている。ただし、コート層２０は、本発明の効果を顕著に阻害しない範囲内で、Ｐｔ層２２、Ｒｈ層２３、および合金化抑制層２４以外の層をさらに含んでいてもよい。 本実施形態において、Ｐｔ層２２は、排ガスの流れ方向Ｆの下流側Ｘ２に位置している。コート層２０は、Ｐｔ層２２よりも排ガスの流れ方向Ｆの上流側Ｘ１に位置し、触媒金属としてのＰｄを含むＰｄ層２１をさらに備えている。Ｐｄ層２１、Ｐｔ層２２、およびＲｈ層２３は、触媒金属を含む触媒層である。排ガス浄化用触媒１００は、これらＰｄ層２１、Ｐｔ層２２、およびＲｈ層２３を備えることにより、三元触媒として機能しうる。排ガス浄化用触媒１００に供給された排ガスは、触媒層の流路内（詳しくは、セル１２内）を流動（通過）している間に、各触媒層と接触して有害成分が浄化される。 Ｐｔ層２２よりも上流側Ｘ１にＰｄ層２１を設けることで、ここに開示される技術の効果を高いレベルで発揮できる。例えば、内燃機関の制御によって変動する様々な排ガス条件（例えば広いＡ／Ｆ領域）において高い排ガス浄化性能を実現できる。また、Ｐｄ層２１によって緩和された（例えばストイキ雰囲気に近い）排ガス条件においてＰｔ層２２が優れた触媒活性を発揮できる。ただし、Ｐｄ層２１は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。 Ｐｄ層２１、Ｐｔ層２２、およびＲｈ層２３の各触媒層では、主体をなす（質量基準で最も高い割合を占める）触媒金属の種類が相互に異なっていることが好ましい。これらの各触媒層は、主体をなす触媒金属の他に、排ガスの浄化にあたり酸化触媒および／または還元触媒として機能しうることが知られている他の種類の触媒金属を含んでもよい。例えば、主体をなす貴金属以外の種類の貴金属や、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の鉄族に属する金属、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等を含んでもよい。 図２に示すように、Ｐｄ層２１は、ここでは基材１０の表面上に設けられている。Ｐｔ層２２は、ここでは基材１０の表面上に設けられている。Ｐｄ層２１および／またはＰｔ層２２は、その一部がリブ壁１４の内部にまで浸透していてもよい。合金化抑制層２４は、ここではＰｔ層２２および一部のＰｄ層２１の表面上に設けられている。Ｒｈ層２３は、ここでは合金化抑制層２４および一部のＰｄ層２１の表面上に設けられている。 本実施形態において、合金化抑制層２４は、排ガスの流れ方向Ｆのコート長Ｌ４が基材１０よりも短く、筒軸方向Ｘの上流側Ｘ１で、Ｐｄ層２１とＲｈ層２３とが、厚み方向Ｔに接触している。すなわち、筒軸方向Ｘの上流側Ｘ１の端部では、Ｐｄ層２１とＲｈ層２３との間に合金化抑制層２４は介在していない。筒軸方向Ｘの上流側Ｘ１の端部では、Ｐｄ層２１とＲｈ層２３が、２層構造を構成している。一方で、筒軸方向Ｘの下流側Ｘ２の端部では、Ｐｔ層２２と合金化抑制層２４とＲｈ層２３とが、３層構造を構成している。 なお、図２では、Ｐｄ層２１、Ｐｔ層２２、Ｒｈ層２３、および合金化抑制層２４が略同じ厚みで図示されているが、Ｐｄ層２１、Ｐｔ層２２、Ｒｈ層２３、および合金化抑制層２４は、相互に異なる厚みであってもよい。また、コート厚みは筒軸方向Ｘに均一でなくてもよい。以下の説明において「コート厚み」とは、各層において最も薄い部分の厚みをいうものとする。 コート層２０の全体のコート量は、基材１０の種類や排ガス浄化用触媒１００の用途等に応じて適宜決定することができ、特に限定されないが、基材１Ｌ当たり、例えば１５０～６００ｇ／Ｌであり、好ましくは２００～５００ｇ／Ｌ、より好ましくは３００～４５０ｇ／Ｌである。以下、コート層２０を構成する、Ｐｄ層２１、Ｐｔ層２２、Ｒｈ層２３、および合金化抑制層２４のそれぞれについて、順に説明する。 ＜Ｐｄ層２１＞ Ｐｄ層２１は、触媒金属としてのパラジウム（Ｐｄ）を必須として含む触媒層である。Ｐｄは、特に酸化触媒としての活性が高く、ＣＯやＨＣの浄化性能に優れる。また、Ｐｄ層２１を上流側Ｘ１に配置することで、リーン状態の排ガスを酸化反応によって好適にストイキ状態に整え、Ｐｔ層２２に供給することができる。Ｐｄ層２１は、酸素吸蔵能（Oxygen Storage Capacity：ＯＳＣ）を有しない非ＯＳＣ材を含むことが好ましく、非ＯＳＣ材に加えて、酸素吸蔵能を有する酸素吸蔵材（ＯＳＣ材）をさらに含むことがより好ましい。 Ｐｄ層２１の触媒金属は、Ｐｄを主体とする（５０質量％以上を占める。以下同じ。）ことが好ましく、ＰｄがＰｄ層２１の触媒金属全体の８０質量％以上を占めることが好ましく、９０質量％以上を占めることがより好ましく、実質的にＰｄからなる（Ｐｄ層２１の触媒金属全体の９５質量％以上がＰｄである）ことが特に好ましい。Ｐｄ層２１は、触媒金属としてＰｄ以外の金属種をさらに含んでもよい。Ｐｄ層２１は、触媒金属として還元触媒（例えばＲｈ）を含まない（基材１Ｌ当たりの還元触媒の含有量が０．１ｇ／Ｌ未満である）ことが好ましい。これにより、触媒金属の合金化をより良く抑制できる。 Ｐｄ層２１における基材１Ｌ当たりの触媒金属（典型的にはＰｄ）の含有量は、例えば排ガス量や排ガス浄化用触媒１００の用途等に応じて適宜決定することができ、特に限定されないが、例えば０．５ｇ／Ｌ以上、好ましくは１．０ｇ／Ｌ以上、より好ましくは２．０ｇ／Ｌ以上であるとよい。これにより、上記した効果をより高いレベルで発揮できる。一方、Ｐｄ層２１における基材１Ｌ当たりの触媒金属（典型的にはＰｄ）の含有量は、触媒金属のシンタリングを抑制する観点等から、例えば５．０ｇ／Ｌ以下、好ましくは４．０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは３．０ｇ／Ｌ以下であるとよい。 また上述の通り、Ｐｄ層２１の作用は、Ｐｔ層２２の機能を好適に発揮させる上で重要であることから、いくつかの実施形態において、Ｐｔ層２２における基材１Ｌ当たりのＰｔの含有量Ｒ