特許 7177143 排気ガス浄化用途のための低ウォッシュコート充填量単層触媒

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】排気ガス浄化用途のための低ウォッシュコート充填量単層触媒

(51)【国際特許分類】

   B01J 23/63 20060101AFI20221115BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20221115BHJP

   F01N 3/10 20060101ALI20221115BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

B01J23/63 A ZAB

B01D53/94 222

B01D53/94 245

B01D53/94 280

F01N3/10 A

F01N3/28 301P

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2020513565

(86)(22)【出願日】2018-09-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-03

(86)【国際出願番号】 US2018051938

(87)【国際公開番号】W WO2019067299

(87)【国際公開日】2019-04-04

【審査請求日】2021-07-21

(31)【優先権主張番号】62/563,662

(32)【優先日】2017-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】590004718

【氏名又は名称】ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＪＯＨＮＳＯＮ ＭＡＴＴＨＥＹ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132263

【弁理士】

【氏名又は名称】江間 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】ハイ－イン・チェン

(72)【発明者】

【氏名】ケネス・カム

(72)【発明者】

【氏名】シャオ－ラン・チャン

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ヘイルズ

(72)【発明者】

【氏名】グァンモ・クー

【審査官】森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２５５２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８９９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２３４１８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３６９９１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０５１４５９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２１／００ － ３８／７４

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｆ０１Ｎ ３／００ － ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスを処理するための触媒物品であって、
フロースルーモノリスである基材と、
前記基材上に直接堆積された単一触媒層と、を含み、
前記単一触媒層が、第１の白金族金属（ＰＧＭ）成分と、酸素吸蔵成分（ＯＳＣ）材料と、無機酸化物と、を含み、
前記単一触媒層が、２．４ｇ／ｉｎ ^３ 未満の総ウォッシュコート充填量を有する、触媒物品。

【請求項2】

前記単一触媒層の前記総ウォッシュコート充填量が、２．０ｇ／ｉｎ^３以下である、請求項１に記載の触媒物品。

【請求項3】

前記第１のＰＧＭ成分が、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１又は２に記載の触媒物品。

【請求項4】

前記第１のＰＧＭ成分が、ロジウムである、請求項１～３のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項5】

前記ロジウム充填量が、前記単一触媒層の総重量に基づいて、０．０５～２重量％の範囲である、請求項４に記載の触媒物品。

【請求項6】

前記単一触媒層中の前記ＯＳＣ材料充填量が、１．２ｇ／ｉｎ^３未満である、請求項１～５のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項7】

前記単一触媒層中の前記ＯＳＣ材料充填量が、１．０ｇ／ｉｎ^３以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項8】

前記ＯＳＣ材料が、酸化セリウム、セリア－ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ－セリア－ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される、請求項１～７のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項9】

前記ＯＳＣ材料が、セリア－ジルコニア混合酸化物である、請求項８に記載の触媒物品。

【請求項10】

前記セリア－ジルコニア混合酸化物が、ジルコニアとセリアとのモル比が少なくとも１：１である、請求項９に記載の触媒物品。

【請求項11】

前記無機酸化物が、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、アルカリ土類安定化アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩、マグネシア／アルミナ複合酸化物、チタニア、ニオビア、酸化タンタル、酸化ネオジム、酸化イットリウム、ランタニド、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項12】

前記無機酸化物が、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である、請求項１１に記載の触媒物品。

【請求項13】

前記ＯＳＣ材料と前記無機酸化物とが、１０：１以下の重量比を有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項14】

前記単一触媒層が、第２のＰＧＭ成分を更に含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項15】

前記第２のＰＧＭ成分が、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１４に記載の触媒物品。

【請求項16】

前記第１のＰＧＭ成分がロジウムであり、前記第２のＰＧＭ成分がパラジウムである、請求項１５に記載の触媒物品。

【請求項17】

前記ロジウム成分と前記パラジウム成分とが、１０：１～１：１０の重量比を有する、請求項１６に記載の触媒物品。

【請求項18】

前記単一触媒層が、前記ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、請求項１～１３のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項19】

いずれの追加の層も更に含まない、請求項１～１８のいずれか一項に記載の触媒物品。

【請求項20】

請求項１～１９のいずれか一項に記載の触媒物品を含む、燃焼排気ガスの流れを処理するための排出処理システム。

【請求項21】

第２触媒物品を更に含む、請求項２０に記載の排出処理システム。

【請求項22】

前記第２触媒物品が、ＴＷＣ触媒を含む、請求項２１に記載の排出処理システム。

【請求項23】

前記第２触媒物品が、前記触媒物品の上流にある、請求項２１または２２に記載の排出処理システム。

【請求項24】

前記第２触媒物品と前記触媒物品とが、強連結されている、請求項２１～２３のいずれか一項に記載の排出処理システム。

【請求項25】

内燃機関からの排気ガスを処理する方法であって、前記排気ガスを請求項１～１９のいずれか一項に記載の触媒物品と接触させること、を含む、方法。

【請求項26】

内燃機関からの排気ガスを処理する方法であって、前記排気ガスを請求項２０～２４のいずれか一項に記載の排出処理システムと接触させること、を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガソリンエンジンからの排気ガス排出物を処理するのに有用な触媒物品に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関では、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（「ＮＯ_ｘ」）などの様々な汚染物質を含有する排気ガスが生成される。排気ガス触媒を含む排出制御システムは、大気に排出されるこれらの汚染物質の量を低減するために広く利用されている。ガソリンエンジン用途に一般的に使用される触媒は、三元触媒（ＴＷＣ）である。ＴＷＣにより、３つの主要機能：（１）一酸化炭素（ＣＯ）の酸化、（２）未燃炭化水素の酸化、及び（３）ＮＯ_ｘのＮ_２への還元を行う。

【0003】

ほとんどの触媒コンバータでは、ＴＷＣは、フロースルーハニカムモノリスなどの高温に耐えることができる高表面積基材上にコーティングされる。これらの基材の大きな表面積は、所望の不均一反応を促進するが、排気背圧、すなわち、エンジンから尾筒への排気ガスの流れの制限の一因となることもある。排気システム内の高い背圧により、エンジンの燃費及び出力が低下することがある。ＴＷＣ技術、例えば米国特許第６，０２２，８２５号、同第９，３５２，２７９号、同第９，０４０，００３号、及び米国特許出願公開第２０１６／０２２８８１８号に記載の技術の進展にもかかわらず、高変換率及び低背圧を同時にもたらす、確かなエンジンプラットフォームのための改善された触媒コンバータがなお必要とされている。本発明は、とりわけこれらの必要性を解決するものである。

【発明の概要】

【0004】

本開示の一態様は、基材と、基材上に直接堆積された単一触媒層と、を含む、排気ガスを処理するための触媒物品であって、単一触媒層が、第１の白金族金属（ＰＧＭ）成分と、酸素吸蔵成分（ＯＳＣ）材料と、無機酸化物と、を含み、単一触媒層が、２．４ｇ／ｉｎ^３未満の総ウォッシュコート充填量（ｗａｓｈｃｏａｔ ｌｏａｄｉｎｇ）を有する、触媒物品に関する。

【0005】

本発明はまた、本発明の三元触媒成分を含む、内燃機関の排気システムも包含する。

【0006】

本発明はまた、内燃機関からの排気ガスの処理、特にガソリンエンジンからの排気ガスの処理についても包含する。本方法は、排気ガスを本発明の三元触媒成分と接触させること、を含む。

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、例えばガソリンエンジン及び他のエンジンによって生成された燃焼排気ガスの触媒処理、並びに関連する触媒物品及びシステムに関する。より具体的には、本発明は、低ウォッシュコート充填量の単層触媒に関する。触媒により、車両排気システムにおいてＮＯ_ｘ、ＣＯ、及びＨＣを同時に処理することができる。驚くべきことに、本発明者らは、低ウォッシュコート充填量にもかかわらず、本発明の単層触媒が、高レベルのＴＷＣ性能を維持しながら高い熱耐久性を示すことを、見出した。加えて、本発明の触媒によりまた、背圧の低下が示され、これによって、燃費及び出力が改善される。既存のより高いウォッシュコート充填量及び／又は多層触媒配合物と比較して、本発明のプロセスによるとまた、複雑性も低減される。

【0008】

本開示の一態様は、基材と、基材上に直接堆積された単一触媒層と、を含む、排気ガスを処理するための触媒物品であって、単一触媒層が、第１の白金族金属（ＰＧＭ）成分と、酸素吸蔵成分（ＯＳＣ）材料と、無機酸化物と、を含み、単一触媒層が、２．４ｇ／ｉｎ^３未満の総ウォッシュコート充填量を有する、触媒物品に関する。

【0009】

第１のＰＧＭは、好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される。特に好ましくは、第１のＰＧＭは、ロジウムである。

【0010】

単一触媒層は、好ましくは、単一触媒層の総重量に基づいて、０．０５～２重量％の第１のＰＧＭ、より好ましくは０．０６～０．６重量％の第１のＰＧＭ、最も好ましくは０．１～０．４重量％の第１のＰＧＭを含む。

【0011】

第１のＰＧＭがロジウムである実施形態では、単一触媒層は、好ましくは、単一触媒層の総重量に基づいて、０．０５～２重量％のロジウム、より好ましくは０．０６～０．６重量％のロジウム、最も好ましくは０．１～０．４重量％のロジウムを含む。

【0012】

第１のＰＧＭは、概してＯＳＣ材料と接触している。好ましくは、第１のＰＧＭは、ＯＳＣ材料上に担持される。ＯＳＣ材料と接触していることに加えて、又はそれに代えて、第１のＰＧＭは、無機酸化物と接触していてもよい。

【0013】

ＯＳＣ材料は、好ましくは、酸化セリウム、セリア－ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ－セリア－ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される。好ましくは、ＯＳＣ材料は、セリア－ジルコニア混合酸化物である。セリア－ジルコニア混合酸化物は、ジルコニアとセリアとのモル比が、少なくとも５０：５０、好ましくは６０：４０より高く、より好ましくは７５：２５より高くてもよい。

【0014】

ＯＳＣ材料（例えば、セリア－ジルコニア混合酸化物）は、単一触媒層中の全触媒の１０～９０％、好ましくは２５～７５％、より好ましくは３５～６５％であってもよい。

【0015】

無機酸化物は、好ましくは、第２族、第３族、第４族、第５族、第１３族、及び第１４族の元素の酸化物である。無機酸化物は、好ましくは、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、アルカリ土類安定化アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩、マグネシア／アルミナ複合酸化物、チタニア、ニオビア、酸化タンタル、酸化ネオジム、酸化イットリウム、ランタニド、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される。特に好ましくは、無機酸化物は、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である。１つの特に好ましい無機酸化物は、アルミナ又はランタニド安定化アルミナである。

【0016】

無機酸化物は、好ましくは、１０～１５００ｍ^２／ｇの範囲の表面積、０．１～４ｍＬ／ｇの範囲の細孔容積、及び約１０～１０００Åの細孔直径を有する。８０ｍ^２／ｇ超の表面積を有する高表面積無機酸化物、例えば高表面積アルミナが特に好ましい。他の好ましい無機酸化物としては、マグネシア／アルミナ複合酸化物が挙げられ、これは、所望によりセリウム含有成分、例えば、セリアを更に含む。このような場合、セリアは、例えばコーティングとして、マグネシア／アルミナ複合酸化物の表面上に存在してもよい。

【0017】

ＯＳＣ材料と無機酸化物とは、１０：１以下、好ましくは８：１又は５：１以下、より好ましくは４：１又は３：１以下、最も好ましくは２：１以下の重量比を有してもよい。

【0018】

あるいは、ＯＳＣ材料と無機酸化物とは、１０：１～１：１０、好ましくは８：１～１：８又は５：１～１：５、より好ましくは４：１～１：４又は３：１～１：３、最も好ましくは２：１～１：２の重量比を有してもよい。

【0019】

単一触媒層の総ウォッシュコート充填量は、２．０ｇ／ｉｎ^３以下、好ましくは１．８ｇ／ｉｎ^３又は１．６ｇ／ｉｎ^３以下、より好ましくは１．４ｇ／ｉｎ^３又は１．２ｇ／ｉｎ^３以下、最も好ましくは１．０ｇ／ｉｎ^３以下であってもよい。

【0020】

単一触媒層中のＯＳＣ材料充填量は、１．２ｇ／ｉｎ^３未満であってもよい。いくつかの実施形態では、単一触媒層中のＯＳＣ材料充填量は、１．０ｇ／ｉｎ^３以下、０．９ｇ／ｉｎ^３以下、０．８ｇ／ｉｎ^３以下、０．７ｇ／ｉｎ^３以下、又は０．６ｇ／ｉｎ^３以下である。

【0021】

単一触媒層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を更に含んでもよい。いくつかの実施形態では、アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、ＯＳＣ材料上に堆積されてもよい。あるいは、又は加えて、アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、無機酸化物上に堆積されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、ＯＳＣ材料及び無機酸化物の両方の上に堆積されてもよく、すなわち、それらの上に存在してもよい。

【0022】

アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、概して、無機酸化物と接触している。好ましくは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、無機酸化物上に担持されている。無機酸化物と接触していることに加えて、又はそれに代えて、アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、ＯＳＣ材料と接触していてもよい。

【0023】

アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、好ましくは、バリウム又はストロンチウムである。好ましくは、バリウムは、存在する場合、単一触媒層中で１重量％未満である。より好ましくは、単一触媒層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばバリウムを実質的に含まない。

【0024】

単一触媒層は、第２のＰＧＭ成分を更に含んでもよい。

【0025】

第２のＰＧＭは、好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される。特に好ましくは、第１のＰＧＭ成分がロジウムである場合、第２のＰＧＭ成分はパラジウムである。

【0026】

いくつかの実施形態では、ロジウム成分とパラジウム成分とは、５０：１～１：５０の重量比を有する。より好ましくは、ロジウム成分とパラジウム成分とは、１０：１～１：１０の重量比を有する。最も好ましくは、ロジウム成分とパラジウム成分とは、５：１～１：５の重量比を有する。

【0027】

特定の実施形態では、単一触媒層は、ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない。

【0028】

本発明の単一触媒層は、当業者に公知の更なる成分を含んでもよい。例えば、本発明の組成物は、少なくとも１つの結合剤及び／又は少なくとも１つの界面活性剤を更に含んでもよい。結合剤が存在する場合、分散性アルミナ結合剤が好ましい。

【0029】

基材は、軸長Ｌを有する金属又はセラミック基材であってもよい。好ましくは、基材は、フロースルーモノリス又はフィルタモノリスであるが、好ましくはフロースルーモノリス基材である。

【0030】

フロースルーモノリス基材は、第１の面と第２の面とを有し、それらの間に長手方向が画定される。フロースルーモノリス基材は、第１の面と第２の面との間に伸びる、複数のチャネルを有する。複数のチャネルは、長手方向に伸びており、複数の内側表面（例えば、各チャネルを画定するウォールの表面）を提供する。複数のチャネルの各々は、第１の面にある開口部と、第２の面にある開口部と、を有する。誤解を回避するために、フロースルーモノリス基材はウォールフローフィルタではない。

【0031】

第１の面は、典型的には基材の入口端部にあり、第２の面は基材の出口端部にある。

【0032】

チャネルは一定の幅のものであってもよく、各複数のチャネルは、均一なチャネル幅を有してもよい。

【0033】

好ましくは、長手方向に直交する平面内で、モノリス基材は、１平方インチ当たり１００～９００のチャネル、好ましくは３００～９００のチャネルを有する。チャネルは、矩形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形、又は他の多角形形状である断面を有してもよい。

【0034】

モノリス基材は、触媒材料を保持するための担体として働く。モノリス基材を形成するのに好適な材料としては、コージライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、スポジュメン、アルミナ－シリカマグネシア若しくはケイ酸ジルコニウムなどのセラミック様材料、又は多孔質の耐火金属が挙げられる。このような材料、及び多孔質モノリス基材の製造におけるそれらの使用は、当該技術分野において公知である。

【0035】

本明細書に記載のフロースルーモノリス基材は、単一構成要素（すなわち、単一のれんが状塊）であることに留意されたい。それにもかかわらず、排出処理システムを形成する場合、使用されるモノリスは、複数のチャネルを一緒に接着することによって形成されてもよく、又は本明細書に記載のように複数のより小さいモノリスを一緒に接着することによって形成されてもよい。このような技術は、排出処理システムの好適なケーシング及び構成と共に、当該技術分野において公知である。

【0036】

触媒物品がセラミック基材を含む実施形態では、セラミック基材は、任意の好適な耐火材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩及びメタロアルミノケイ酸塩（コージライト及びスポジュメンなど）、又はこれらのいずれか２つ以上の混合物若しくは混合酸化物で作製されていてもよい。コージライト、マグネシウムアルミノケイ酸塩、及び炭化ケイ素が、特に好ましい。

【0037】

触媒物品が金属基材を含む実施形態では、金属基材は、任意の好適な金属、特にチタン及びステンレス鋼などの耐熱性金属及び金属合金、並びに鉄、ニッケル、クロム、及び／又はアルミニウムを他の痕跡量金属に加えて含有するフェライト合金で作製されていてもよい。

【0038】

モノリスがフィルタリングモノリスである場合、フィルタリングモノリスはウォールフローフィルタであることが好ましい。ウォールフローフィルタでは、各入口チャネルは、多孔質構造のウォールによって出口チャネルから交互に分離され、逆もまた同様である。入口チャネル及び出口チャネルは、ハニカム配置で配置されていることが好ましい。ハニカム配置が存在する場合、入口チャネルに垂直及び横方向に隣接するチャネルは上流端部で塞がれ、逆もまた同様である（すなわち、出口チャネルに垂直及び横方向に隣接するチャネルは、下流端部で塞がれている）。いずれかの端部から見たとき、チャネルの、交互に塞がれ及び開いている端部は、チェス盤の外観をとる。例えば、第１の面上では、開いている第１のチャネル及び閉じた第２のチャネルの密度は、１平方インチ当たり１００～９００チャネルである。

【0039】

原則として、基材は、任意の形状又は大きさであってもよい。しかし、基材の形状及び大きさは、通常、触媒中の触媒活性材料の排気ガスへの暴露を最適化するように選択される。基材は、例えば、管状、繊維状、又は微粒子形態を有してもよい。好適な担持基材の例としては、モノリシックハニカムコージライト型の基材、モノリシックハニカムＳｉＣ型の基材、層状繊維又は編地型の基材、発泡体型の基材、クロスフロー型の基材、金属ワイヤメッシュ型の基材、金属多孔質体型の基材、及びセラミック粒子型の基材が挙げられる。

【0040】

基材は、電気的に加熱可能な基材であってもよい（すなわち、電気的に加熱可能な基材は、使用中に電気的に加熱する基材である）。基材が電気的に加熱可能な基材である場合、本発明の触媒は、電力接続部、好ましくは少なくとも２つの電力接続部、より好ましくは２つの電力接続部のみを構成する。各電力接続部は、電気的に加熱可能な基材及び電源に電気的に接続されていてもよい。本発明の触媒は、ジュール加熱によって加熱されてもよく、抵抗器を通る電流により、電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。

【0041】

概して、電気的に加熱可能な基材は、金属を含む。金属は、単数又は複数の電力接続部に電気的に接続されていてもよい。

【0042】

典型的には、電気的に加熱可能な基材は、電気的に加熱可能なハニカム基材である。電気的に加熱可能な基材は、使用中に、電気的に加熱するハニカム基材であってもよい。

【0043】

電気的に加熱可能な基材は、電気的に加熱可能な基材モノリス（例えば、金属モノリス）を含んでもよい。モノリスは、コルゲートにした金属シート又は箔を含んでもよい。コルゲートにした金属シート又は箔は、ロール処理、巻き取り、又は積層されてもよい。コルゲートにした金属シートがロール処理又は巻き取りされると、それは、コイル、螺旋形状、又は同心パターンに巻き取りされてもよい。

【0044】

電気的に加熱可能な基材の金属、金属モノリス及び／又はコルゲートにした金属シート若しくは箔は、アルミニウムフェライト鋼、例えばＦｅｃｒａｌｌｏｙ（商標）を含んでもよい。

【0045】

本発明の触媒は、任意の好適な手段によって調製されてもよい。例えば、触媒は、第１のＰＧＭ、任意選択的な第１のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属、又は第２のＰＧＭ、無機酸化物、及びＯＳＣ材料を、任意の順序で混合することによって調製されてもよい。添加の手段及び順序は、特に重要であるとは見なされない。例えば、触媒の成分の各々は、任意の他の単数若しくは複数の成分に同時に添加されてもよく、又は任意の順序で逐次的に添加されてもよい。触媒の成分の各々は、触媒の任意の他の成分に、含浸、吸着、イオン交換、初期湿潤、若しくは沈殿などによって添加されてもよく、又は当該技術分野において一般的に公知の任意の他の手段によって添加されてもよい。

【0046】

好ましくは、上述の触媒は、ウォッシュコート手順を用いて、触媒を基材上に堆積させることによって調製される。ウォッシュコート手順を用いる、触媒を調製するための代表的なプロセスが、以下に記載される。以下のプロセスは、本発明の様々な実施形態によって変更してもよいことが理解される。

【0047】

ウォッシュコーティングは、好ましくは、上述の触媒の成分の微細化粒子を、適切な溶媒中、好ましくは水中でまずスラリー化して、スラリーを形成することによって行われる。スラリーは、好ましくは５～７０重量％、より好ましくは１０～５０重量％の固形分を含有する。好ましくは、粒子は、スラリーを形成する前に、実質的に全ての固体粒子が平均直径で２０マイクロメートル未満の粒径を有することを確保するために、粉状にされ、又は別の粉砕プロセスに供される。追加の成分、例えば安定剤、結合剤、界面活性剤、又はプロモーターはまた、水溶性若しくは又は水分散性の化合物又は複合体の混合物としてスラリーに組み込まれてもよい。

【0048】

次いで、基材をスラリーで１回以上コーティングすることができ、それにより、所望の充填量の触媒が基材上に堆積される。

【0049】

本発明の触媒物品は、単一触媒層以外のいずれの追加の層も含まないことが好ましい。

【0050】

本開示の別の態様は、本明細書に記載の触媒物品を使用する、ＮＯ_ｘ、ＣＯ、及びＨＣを含有する、車両排気ガスを処理するための方法に関する。この方法によって作製されたＴＷＣを備えた触媒コンバータは、従来のＴＷＣと比較して改善された又は匹敵する触媒性能を示すのみならず、背圧の２０％超の低下も示す。

【0051】

本開示の別の態様は、本明細書に記載の触媒物品を含む、車両排気ガスを処理するためのシステムであって、排気ガスをシステム経由で移すための導管と共にある、システムに関する。

【0052】

システムは、第２触媒物品を含んでもよい。好ましくは、第２触媒物品は、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）又はＴＷＣを含んでもよい。より好ましくは、第２触媒物品は、ＴＷＣ触媒を含む。

【0053】

ＴＷＣ触媒は、任意の従来のＴＷＣ触媒であってもよい。例えば、通常はより高い触媒ウォッシュコート充填量及びより高いＰＧＭ含有量を含有する、従来の強連結（ｃｌｏｓｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ）ＴＷＣ触媒である。

【0054】

好ましくは、第２触媒物品は、触媒物品の上流にある。あるいは、又は加えて、第２触媒物品と触媒物品とは、強連結されている。

【0055】

定義
用語「ウォッシュコート」は、当該技術分野において公知であり、通常は触媒の製造中基材に適用される、接着性コーティングを指す。

【0056】

本明細書で使用するとき、頭字語「ＰＧＭ」は、「白金族金属」を指す。用語「白金族金属」は、全般的に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択される金属、好ましくはＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択される金属を指す。全般的に、用語「ＰＧＭ」は、好ましくは、Ｒｈ、Ｐｔ、及びＰｄからなる群から選択される金属を指す。

【0057】

本明細書で使用するとき、用語「混合酸化物」は、全般的に、当該技術分野において従来から公知であるように、単一相中の酸化物の混合物を指す。本明細書で使用するとき、用語「複合酸化物」は、全般的に、当該技術分野において従来から公知であるように、２つ以上の相を有する酸化物の組成物を指す。

【0058】

本明細書で使用するとき、「本質的になる」という表現により、特定された材料、及び任意の他の材料又は工程を含む特徴点の範囲を、その特徴点の基本的特性に大きく影響しないものに、例えば微量不純物などに限定する。表現「から本質的になる」は、表現「からなる」を包含する。

【0059】

材料に言及して本明細書で使用するとき、表現「実質的に含まない」は、典型的には、領域、層、又は区域の内容の文脈において、材料が、微量、例えば≦５重量％、好ましくは≦２重量％、より好ましくは≦１重量％であることを意味する。表現「実質的に含まない」は、表現「含まない」を包含する。

【0060】

材料に言及して本明細書で使用するとき、表現「本質的に含まない」は、典型的には、領域、層、又は区域の内容の文脈において、材料が、痕跡量、例えば≦１重量％、好ましくは≦０．５重量％、より好ましくは≦０．１重量％であることを意味する。表現「本質的に含まない」は、表現「含まない」を包含する。

【0061】

本明細書で使用するとき、重量％として表されるドーパントの量、特に総量に対する任意の言及は、その担体材料又は耐火金属酸化物の重量に対してである。

【0062】

本明細書で使用するとき、用語「充填量」は、金属重量基準でのｇ／ｆｔ^３の単位の測定値を指す。

【0063】

以下の実施例は、単に本発明を例示するものである。当業者であれば、本発明の趣旨及び特許請求の範囲内にある多くの変形例を認識する。

【実施例】

【0064】

触媒１（比較）
触媒１は、二重層構造を有する市販の三元（Ｐｄ－Ｒｈ）触媒である。下層は、第１のＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナ、Ｂａプロモーター、及びベーマイト結合剤のウォッシュコート上に担持された、Ｐｄからなる。下層のウォッシュコート充填量は、約１．６ｇ／ｉｎ^３であり、Ｐｄ充填量は１ｇ／ｆｔ^３であった。上層は、第２のＣｅＺｒ混合酸化物、Ｌａ安定化アルミナのウォッシュコート上に担持された、Ｒｈからなる。上層のウォッシュコート充填量（ｗａｓｈｃｏａｔ ｌａｄｉｎｇ）は、約１．４ｇ／ｉｎ^３であり、Ｒｈ充填量は２ｇ／ｆｔ^３であった。触媒１の総触媒充填量は、約３．０ｇ／ｉｎ^３であった。

【0065】

触媒２
触媒２は、本発明による単層配合物である。ＲｈをＣｅＺｒ混合酸化物と混合した（Ｚｒ／Ｃｅのモル比は４．４：１である）。その後、Ｌａ安定化アルミナを上記混合物に添加した。十分に混合してから、ベーマイト結合剤を添加して、最終ウォッシュコートを形成した。スラリーをモノリシック基材上にコーティングして、１００℃で乾燥させ、５００℃で３０分間焼成した。ウォッシュコート充填量は、約１．０ｇ／ｉｎ^３（０．６ｇ／ｉｎ^３のＣｅＺｒ混合酸化物及び０．４ｇ／ｉｎ^３のアルミナ）であり、Ｒｈ充填量はで３ｇ／ｆｔ^３であった。

【0066】

実験結果
同じ基材の種類の上にコーティングされた触媒１及び触媒２を、コールドフロー背圧について３００ｍ^３／時の流速で評価した。加えて、比較触媒１及び触媒２について、ガソリンエンジンを使用して、標準的なリーン、リッチ、化学量論的サイクリングのＴＷＣ劣化条件下で劣化させた。これらを、ガソリンエンジンでのライトオフ温度及び空気／燃料比性能応答（４５０℃）について性能試験した。

【実施例1】

【0067】

触媒１及び触媒２について、剥き出し基材上の背圧の上昇百分率を表１に示す。このデータによると、触媒２の低ウォッシュコート充填量単層技術は、標準的な２層の、触媒１の高ウォッシュコート充填量の例よりも、背圧への寄与が著しく低いことを、示している。

【0068】

【表1】

【実施例2】

【0069】

触媒１及び触媒２の、ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_ｘのＴ_５０ライトオフ温度を表２に示す。このデータによると、驚くべきことに、触媒２の低ウォッシュコート充填量単層技術は、標準的な２層の、触媒１の高ウォッシュコート充填量の例と同等の性能をもたらすことを、示している。

【0070】

【表2】

【実施例3】

【0071】

ＡＦＲ試験のクロスオーバー点におけるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯ_ｘの変換性能を表３に示す。データによると、驚くべきことに、触媒２の低ウォッシュコート充填量単層技術は、標準的な２層の、触媒１の高ウォッシュコート充填量の例と同等の性能をもたらすことを、示している。

【0072】

【表3】

本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
排気ガスを処理するための触媒物品であって、
基材と、
前記基材上に直接堆積された単一触媒層と、を含み、
前記単一触媒層が、第１の白金族金属（ＰＧＭ）成分と、酸素吸蔵成分（ＯＳＣ）材料と、無機酸化物と、を含み、
前記単一触媒層が、２．４ｇ／ｉｎ ^３ 未満の総ウォッシュコート充填量を有する、触媒物品。
（態様２）
前記単一触媒層の前記総ウォッシュコート充填量が、２．０ｇ／ｉｎ ^３ 以下である、態様１に記載の触媒物品。
（態様３）
前記第１のＰＧＭ成分が、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、態様１又は２に記載の触媒物品。
（態様４）
前記第１のＰＧＭ成分が、ロジウムである、態様１～３のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様５）
前記ロジウム充填量が、前記単一触媒層の総重量に基づいて、０．０５～２重量％の範囲である、態様４に記載の触媒物品。
（態様６）
前記単一触媒層中の前記ＯＳＣ材料充填量が、１．２ｇ／ｉｎ ^３ 未満である、態様１～５のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様７）
前記単一触媒層中の前記ＯＳＣ材料充填量が、１．０ｇ／ｉｎ ^３ 以下である、態様１～６のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様８）
前記ＯＳＣ材料が、酸化セリウム、セリア－ジルコニア混合酸化物、及びアルミナ－セリア－ジルコニア混合酸化物からなる群から選択される、態様１～７のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様９）
前記ＯＳＣ材料が、セリア－ジルコニア混合酸化物である、態様８に記載の触媒物品。
（態様１０）
前記セリア－ジルコニア混合酸化物が、ジルコニアとセリアとのモル比が少なくとも１：１である、態様９に記載の触媒物品。
（態様１１）
前記無機酸化物が、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、アルカリ土類安定化アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩、マグネシア／アルミナ複合酸化物、チタニア、ニオビア、酸化タンタル、酸化ネオジム、酸化イットリウム、ランタニド、及びこれらの混合酸化物又は複合酸化物からなる群から選択される、態様１～１０のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様１２）
前記無機酸化物が、アルミナ、ランタニド安定化アルミナ、又はマグネシア／アルミナ複合酸化物である、態様１１に記載の触媒物品。
（態様１３）
前記ＯＳＣ材料と前記無機酸化物とが、１０：１以下の重量比を有する、態様１～１２のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様１４）
前記単一触媒層が、第２のＰＧＭ成分を更に含む、態様１～１３のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様１５）
前記第２のＰＧＭ成分が、白金、パラジウム、ロジウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、態様１４に記載の触媒物品。
（態様１６）
前記第１のＰＧＭ成分がロジウムであり、前記第２のＰＧＭ成分がパラジウムである、態様１５に記載の触媒物品。
（態様１７）
前記ロジウム成分と前記パラジウム成分とが、１０：１～１：１０の重量比を有する、態様１６に記載の触媒物品。
（態様１８）
前記単一触媒層が、前記ロジウム成分以外のＰＧＭ金属を本質的に含まない、態様１～１３のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様１９）
前記基材が、フロースルーモノリスである、態様１～１８のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様２０）
いずれの追加の層も更に含まない、態様１～１９のいずれか一項に記載の触媒物品。
（態様２１）
態様１～２０のいずれか一項に記載の触媒物品を含む、燃焼排気ガスの流れを処理するための排出処理システム。
（態様２２）
第２触媒物品を更に含む、態様２１に記載の排出処理システム。
（態様２３）
前記第２触媒物品が、ＴＷＣ触媒を含む、態様２２に記載の排出処理システム。
（態様２４）
前記第２触媒物品が、前記触媒物品の上流にある、態様２１～２３のいずれか一項に記載の排出処理システム。
（態様２５）
前記第２触媒物品と前記触媒物品とが、強連結されている、態様２２～２４のいずれか一項に記載の排出処理システム。
（態様２６）
内燃機関からの排気ガスを処理する方法であって、前記排気ガスを態様１～２０のいずれか一項に記載の触媒物品と接触させること、を含む、方法。
（態様２７）
内燃機関からの排気ガスを処理する方法であって、前記排気ガスを態様２１～２５のいずれか一項に記載の排出処理システムと接触させること、を含む、方法。