高性能催化剂
本发明涉及一种在惰性担体上含有沉积在载体材料上的选自铂族金属的贵金属的内层和外层的高性能催化剂。该催化剂的特性在于,内层含有沉积在第一种载体上和沉积在第一种贮氧组份上的铂,而外层含有仅沉积在第二种载体上的铂和铑,第二层还含有第二种贮氧组分。
三元净化催化剂主要用于将内燃发动机废气中所含的污染物一氧化碳(CO)、烃类(HC)和氮氧化物(NOx)转化成无害的物质。已知的具有良好活性和寿命的三元净化催化剂使用一种或多种沉积在高表面积耐热氧化物载体例如高表面积氧化铝上的选自铂族金属的催化组分，例如铂、钯、铑和铱。通常将载体以薄层或涂层的形式负载在适合的担体或基质上，例如由耐热陶瓷或金属蜂窝状结构物组成的整体担体上。
对提高催化剂活性和寿命的日益增加的需求已产生在担体结构物上有多层催化剂的复杂催化剂设计，每一层含有所选择的载体材料和催化剂组分以及所谓的助催化剂、稳定剂和贮氧化合物。
DE 19726322A公开了一种具有高活性和高热稳定性的三元净化催化剂，它由在惰性担体上的两层组成。第一层即下层含有几种颗粒材料和一种或多种高分散的碱土金属氧化物和至少一种铂族金属，后者与第一层的所有组分都紧密接触。第一层的颗粒材料含有至少一种颗粒贮氧材料和至少一种另外的颗粒材料。第二层也含有几种颗粒材料和至少一种铂族金属。第二层的颗粒材料含有至少一种颗粒贮氧材料和另外一种颗粒组分。第二层的铂族金属选择性沉积在第二层的颗粒材料上。在第一层中，铂族金属优选为钯，而第二层的铂族金属优选为铂和铑。
这一种三元净化催化剂特别是在现代内燃发动机的冷启动阶段具有极好的催化活性；在冷启动阶段，发动机用贫空气/燃料混合物操作，以便尽可能快地提高废气的温度。催化剂极好的性能主要是由于使用了钯；在贫废气条件下，钯比铂得到更低的点火温度。尽管它有极好的性能，但是这种催化剂正面临近来年钯的供应短缺导致价格上涨以及供应形势不稳定的问题。
现有三元净化催化剂的另一问题是，它们因切断燃料的老化受到损害。术语切断燃料的老化描述在内燃发动机的高负荷操作后由于切断燃料引起的催化剂性能下降。当需要突然减速时，在快速行驶阶段，这一情况会经常出现。在快速行驶阶段，发动机在稍低于化学计量值的空气/燃料比下操作。发动机废气的温度可达到800℃以上；由于在催化剂上的放热转化反应，甚至得到更高的催化剂温度。在突然减速的情况下，现代汽车的电子系统完全停止给发动机提供燃料，使得废气的标准化的空气/燃料比(也称为λ值)从富值跳跃到贫值。
在高的催化剂温度下，标准化的空气/燃料比从富值到贫值的这一巨大变化使催化活性下降。通过在化学计量的废气条件下长期操作至少可以部分恢复催化活性。在切断燃料的老化后催化活性恢复越快，催化剂的整个性能就越好。所以，对于现代的三元净化催化剂来说，在切断燃料的老化后加快催化活性的恢复是必须遵守的。