铈锆掺杂载体钯催化剂活性结果图
目前,汽油车尾气净化催化剂载体主要为稳定的γ-A12O3和CeO2基储氧材料。γ-A12O3载体具有多孔性、高比表面积(150~300m2/g)、良好的粘合性和吸附性能,其晶体结构的不规则性 使贵金属和γ-A12O3界面间的作用力较弱,从而促进了贵金属在γ-A12O3上的分散.研究发现,稀土元素、碱土金属和硅等添加剂可在高温下稳定A12O3的比表面积，大大提高其热稳定性.CeO2基储氧材料因具有储氧-释氧性能而表现出良好的催化性能. 将Zr 4+掺杂到CeO2中形成CeO2-ZrO2固溶体, 可改善CeO2的体相特性, 增强其热稳定性；提高催化剂的抗烧结能力；并有利于体相氧物种的迁移和扩散；从而分别使CO和HC在氧化条件下, 以及NOx在还原条件下的转化率大为提高. 研究表明, 不同的三价阳离子(Y3+, La3+, Ga3+等)对CeO2-ZrO2的储氧性能、比表面积、孔体积和稳定性能均有促进作用.
汽油车尾气净化催化剂的活性组分主要是Pt, Pd, Rh等贵金属, 分别有单Pd型、Pt-Rh和Pd-Rh型以及Pt-Pd-Rh型. 它们的不同组合取决于应用对象、排放和技术要求. 另外, 不同的活性组分又可以负载到不同的载体上, 例如Pd-Rh型催化剂, Pd可以负载于La2O3-Al2O3(LA)和CeO2-ZrO2(CZ)上, 得到Pd/LA和Pd/CZ, 而Rh同样可以负载于LA和CZ上而得到 Rh/LA和Rh/CZ, 从而可得到四组分涂层的催化剂. 同样, 对于Pt-Pd-Rh型催化剂, Pt, Pd, Rh可分别负载到两种不同的载体上得到 Pt/LA, Pd/LA, Rh/LA, Pt/CZ, Pd/CZ和Rh/CZ六种催化 剂组分, 从而得到六组分涂层的催化剂.由此可见, 净化催化剂的组成具有多样性和复杂性.导致了汽油车尾气催化净化反应机理的复杂性.
四川大学化学学院史忠华等人采用共沉淀法制备了耐高温高比表面积La2O3-Al2O3(LA)材料和CeO2-ZrO2-Y2O3(CZY)储氧材料, 并用浸渍法制备了整体式Pd/LA和Pd/CZY汽油车尾气净化三效催化剂, 考察了它们的三效催化性能和空燃比性能, 并单独通过水煤气变换和CO氧化反应性能的考察, 探讨了两种催化剂空燃比窗口扩大的原因. 结果表明, Pd/CZY催化剂三效窗口明显较宽, 且催化氧化CO的性能明显更优; 对于CO+NO反应, Pd/CZY催化剂的活性较高. 当反应中逐步通O2后, 抑制了该反应的进行, 但CO氧化的转化率升高, 而NO转化率降低, 直至CO+NO反应完全被抑制, 表明CO氧化反应对于抑制催化剂在NO贫燃方向的窗口具有一定的作用. 另外,Pd/CZY 催化剂上对于水煤气变换反应性能明显优于Pd/LA催化剂, 在一定温度下逐步通入O2后, 不会抑制水煤气变换反应的发生; 当逐步通入NO时, 可以促进水煤气变换反应的进行, 表明Pd/CZY催化剂在富燃时对扩展CO转化窗口的性能明显优于Pd/LA催化剂。