(57)【要約】    【課題】  ハニカム担体上に、セリウム、ジルコニウム及びセリウムを除く希土類元素を含む酸素吸蔵材が含有された触媒層が備えられた排気ガス浄化用触媒において、触媒の耐熱性の向上と酸素吸蔵能の向上とを両立させて、浄化性能の向上を図ることを課題とする。    【解決手段】  上下の各触媒層に含有されているＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物のＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３）で表される質量比について、下層の質量比を７０質量％以下にすると共に、上層の質量比を下層の質量比よりも大きくする。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム担体上に、セリウム、ジルコニウム及びセリウムを除く希土類元素を含む酸素吸蔵材が含有された触媒層が備えられた排気ガス浄化用触媒であって、
該触媒層は、上下２層とされており、
各層は、
ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋前記希土類元素酸化物）
で表される質量比が相異なる少なくとも１種類の酸素吸蔵材を含有しており、
下層に含まれる酸素吸蔵材の前記質量比は７０質量％以下であると共に、上層に含まれる酸素吸蔵材の前記質量比は、下層に含まれる酸素吸蔵材のそれよりも大きいことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項２】
前記請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記下層には、酸化セリウムと、少なくとも２種類の前記酸素吸蔵材とが含有されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記上下の各触媒層に含有されている少なくとも１種類の酸素吸蔵材には、それぞれ相異なる１種類の触媒貴金属が担持されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項４】
前記請求項１から３のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒において、
少なくとも１種類の酸素吸蔵材がアルミナと複合化されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【請求項５】
前記請求項４に記載の排気ガス浄化用触媒において、
前記アルミナと複合化された酸素吸蔵材は、高比表面積の別なるアルミナと共に下層に含有されており、
該別なるアルミナ及び酸素吸蔵材の両方にパラジウムが担持されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化用触媒に関し、自動車の排気ガス浄化の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）等に浄化し得る三元触媒が知られている。この三元触媒に対しては、近年、エンジン始動直後から高い浄化率を達成することが求められ、その対策として、触媒をエンジンの排気マニホールドの排気合流部に直結したり（直結触媒）、床下触媒をなるべくエンジンに近い排気通路の上流に配置して、触媒をエンジン始動後に短時間で触媒反応温度以上に昇温することが図られている。しかし、このように触媒をエンジンに近接あるいは比較的近接して配置すると、触媒が極めて高温度の排気ガスに晒されることとなり、その結果、触媒層中のアルミナ又は酸素吸蔵材に担持されている白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒貴金属の粒子がアルミナ表面又は酸素吸蔵材表面を移動して集まり、シンタリングを起こして、触媒貴金属の全表面積が低下し、浄化性能が劣化するという問題がある。特に、異種の触媒貴金属がシンタリングして合金化すると、触媒活性自体が喪失し、浄化性能が著しく劣化するので問題が大きい。
【０００３】
そこで、異種の触媒貴金属のシンタリング及び合金化を防ぐために、特許文献１に開示の技術を適用することができる。すなわち、図１１に示すように、ハニカム担体の排気ガス通路壁に、上下２層の触媒層を形成し、上層には、アルミナと、セリウム（Ｃｅ）・ジルコニウム（Ｚｒ）・ネオジウム（Ｎｄ）複酸化物とを含有させ、下層には、アルミナと、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物と、酸化セリウム（セリア）とを含有させるのである。ここで、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物及び酸化セリウムは、酸素吸蔵能（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity）を有する酸素吸蔵材であり、三元触媒のＡ／Ｆウィンドウを広げる機能を有している。そして、上層のアルミナには白金を担持させ、上層の酸素吸蔵材にはロジウムを担持させ、下層のアルミナにはパラジウムを担持させるようにすると、各触媒貴金属をそれぞれ相異なるアルミナ及び酸素吸蔵材に分離して担持させることとなり、異種の触媒貴金属のシンタリング及び合金化を防ぐことができ、浄化性能の著しい劣化が回避できる。
【特許文献１】特開２００３−１７００４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述したように、前記触媒を排気ガスの上流側に設置すると、極めて高温度の排気ガスに晒されることとなり、触媒貴金属の浄化性能が劣化するという問題がある。この問題を防止する方法として、酸素吸蔵能を有する前記酸化セリウムに酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を混ぜて、触媒の耐熱性を向上させることが知られている。しかし、酸化ジルコニウムの添加量を増加させると、それに伴って酸化セリウムの量が少なくなるため、酸素吸蔵能が低下し、その結果触媒の浄化性能が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、エンジン排ガスの高い熱負荷を受け易い触媒、例えばエンジンに近接して配置された触媒や、エンジンに比較的近い位置に配置された床下触媒等における前記のような問題に対処するもので、触媒の耐熱性の向上と酸素吸蔵能の向上とを両立させて、浄化性能の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、前記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、ハニカム担体上に、セリウム、ジルコニウム及びセリウムを除く希土類元素を含む酸素吸蔵材が含有された触媒層が備えられた排気ガス浄化用触媒であって、該触媒層は、上下２層とされており、各層は、ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋前記希土類元素酸化物）で表される質量比が相異なる少なくとも１種類の酸素吸蔵材を含有しており、下層に含まれる酸素吸蔵材の前記質量比は７０質量％以下であると共に、上層に含まれる酸素吸蔵材の前記質量比は、下層に含まれる酸素吸蔵材のそれよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒において、前記下層には、酸化セリウムと、少なくとも２種類の前記酸素吸蔵材とが含有されていることを特徴とする。
【０００８】
そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の排気ガス浄化用触媒において、前記上下の各触媒層に含有されている少なくとも１種類の酸素吸蔵材には、それぞれ相異なる１種類の触媒貴金属が担持されていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から３のいずれかに記載の排気ガス浄化用触媒において、少なくとも１種類の酸素吸蔵材がアルミナと複合化されていることを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の排気ガス浄化用触媒において、前記アルミナと複合化された酸素吸蔵材は、高比表面積の別なるアルミナと共に下層に含有されており、該別なるアルミナ及び酸素吸蔵材の両方にパラジウムが担持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
まず、請求項１に記載の発明によれば、排気ガスの流路に面しておらず上層と比較して熱的に緩和された下層に、前記ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋前記希土類元素酸化物）の質量比が７０質量％以下である酸素吸蔵材を含有させるようにし、高温の排気ガスに晒される上層に、前記下層の酸素吸蔵材より前記質量比が大きい酸素吸蔵材を含有させるようにしたから、該上層における耐熱性の向上と、下層における酸素吸蔵能の向上とを両立させた上で触媒の浄化性能を向上させ、長期に亘って高い浄化性能を維持することが可能となる。
【００１２】
次に、請求項２に記載の発明によれば、下層に酸化セリウムと、少なくとも２種類の酸素吸蔵材とが含有されているから、広い温度範囲での酸素の吸蔵及び放出を行ってＡ／Ｆウィンドウの拡大を図り、下層のみならず上層にも活性酸素を供給し、該活性酸素を触媒貴金属の反応に関与させて、触媒の浄化活性を向上させることが可能となる。
【００１３】
そして、請求項３に記載の発明によれば、上下の両触媒層に含有されている少なくとも１種類の酸素吸蔵材には、それぞれ相異なる１種類の触媒貴金属が担持されるようにしたから、触媒貴金属の高分散化を図り、異種金属のシンタリング及び合金化の発生を防止することが可能となり、触媒の耐熱性を向上させ、高い浄化性能を維持することが可能となる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明によれば、少なくとも１種類の酸素吸蔵材がアルミナと複合化されているから、該酸素吸蔵材の比表面積を大きくして、担持されている触媒貴金属の分散性を高めることが可能となり、耐熱性に優れた酸素吸蔵材とすることが可能となる。
【００１５】
そして、請求項５に記載の発明によれば、パラジウムがアルミナ及び酸素吸蔵材に分離して担持されているから、該パラジウムの活性サイトを増やして、特に炭化水素や一酸化炭素の高い浄化活性を得ることが可能となる。また、酸素吸蔵材から供給される活性酸素により、パラジウムは良好な酸化状態にコントロールされて（すなわち、パラジウムは、Ｐｄ⇔ＰｄＯ⇔ＰｄＯ２⇔…の生成比率・共存比率が、炭化水素や一酸化炭素の酸化反応に重要な影響を及ぼす要因であるところ、前記生成比率・共存比率が適正化されて）、パラジウムによる炭化水素や一酸化炭素の酸化浄化率が長期に亘って高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本実施形態に係る三元触媒１１を搭載した自動車の火花点火式エンジン１の概略構成図である。すなわち、このエンジン１は、複数の気筒２…２（図は１つのみ例示）を有し、吸気通路３を介して供給された空気と、燃料噴射弁４を介して供給された燃料との混合気が、ピストン５で画成された燃焼室６内において、点火プラグ７による火花点火で爆発燃焼し、その排気ガスが排気通路８を介して大気に放出される。その場合に、排気通路８には触媒コンバータ１０が備えられ、該触媒コンバータ１０内に本発明に係る三元触媒１１が充填されている。ここで、触媒コンバータ１０は、エンジン１の始動直後から高い浄化率を達成するように、例えば排気マニホールドの排気合流部に直結する等して、なるべく排気通路８の上流に配置されている。しかし、その結果、三元触媒１１は、極めて高温度の排気ガスに晒されることとなり、耐熱性対策が必要とされている。
【００１７】
［三元触媒の構成］
図２に示すように、三元触媒１１は、コージェライト製のハニカム担体１１ａの排気ガス通路壁に触媒層１１ｂが形成された構成である。触媒層１１ｂは、単層でも、また下側触媒層と上側触媒層とが層状に形成された複数層構造でもよい。図３に示すように、触媒層１１ｂは、白金を担持した第２アルミナと、ロジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物（その構造は図５を参照して後述する）と、ロジウムを担持した第３アルミナと、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物と、パラジウムを担持した第１アルミナと、パラジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物（その構造は図６を参照して後述する）と、酸化セリウムと、バインダー（酸化ジルコニウム：ＺｒＯ２）とを含有している。
【００１８】
ここで、酸化セリウム、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物及びＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物は、いずれもリーン雰囲気で酸素を吸蔵し、リッチ雰囲気で酸素を放出する酸素吸蔵材として機能する。また、第１〜第３アルミナには、熱安定化を図るため、ランタン（Ｌａ）を４質量％添加している。その場合に、第３アルミナは、第２アルミナの表面を１０質量％の酸化ジルコニウムで被覆処理したものであって、これによりロジウムが高温下でアルミナに固溶するのを防止している。そして、第１〜第３アルミナは、製造条件の違いにより、ミクロポア（微細孔）の状態が異なって、相異なる比表面積及び相異なる表面塩基性を有している。また、バインダーとして酸化ジルコニウムを用いたのは、触媒層１１ｂの耐熱性の向上を図るためである。
【００１９】
［三元触媒の製法］
前記三元触媒１１の製法はおよそ次の通りである。ただし、触媒層１１ｂを図３のように上下２層の触媒層で構成した場合を例にして説明する。
【００２０】
〈下側触媒層の形成〉
ランタンを４質量％添加してなる活性アルミナ粉末（第１アルミナ）に、硝酸パラジウム水溶液を滴下し、５００℃で乾燥・焼成することにより、パラジウムを担持した第１アルミナを得る。このパラジウムを担持した第１アルミナと、酸化セリウムと、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物と、パラジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物（その製法は後述する）と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーにコージェライト製ハニカム担体１１ａを浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体１１ａにコーティングする。しかる後、このハニカム担体１１ａを常温から５００℃になるまで一定の昇温速度で１．５時間をかけて昇温し、その温度に２時間保持して乾燥・焼成することにより、下側触媒層を形成する。
【００２１】
〈上側触媒層の形成〉
ランタンを４質量％添加してなる活性アルミナ粉末（第２アルミナ）に、ジニトロジアミン白金硝酸塩の水溶液を滴下し、５００℃で乾燥・焼成することにより、白金を担持した第２アルミナを得る。また、ランタンを４質量％添加し、酸化ジルコニウムを１０質量％被覆してなる活性アルミナ粉末（第３アルミナ）に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、５００℃で乾燥・焼成することにより、ロジウムを担持した第３アルミナを得る。さらに、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、５００℃で乾燥・焼成することにより、ロジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物を得る。これらの白金を担持した第２アルミナと、ロジウムを担持した第３アルミナと、ロジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物と、バインダーとを混合し、これに水を加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーに前記のように下側触媒層を形成したコージェライト製ハニカム担体１１ａを浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを前記担体１１ａにコーティングする。しかる後、このハニカム担体１１ａを常温から５００℃になるまで一定の昇温速度で１．５時間をかけて昇温し、その温度に２時間保持して乾燥・焼成することにより、上側触媒層を形成する。
【００２２】
〈パラジウム担持複合化物の製法〉
下側触媒層に含有される、パラジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物は、オートクレーブを用いる水熱合成法又は酸アルカリ中和処理による共沈法のいずれによっても調製することができる。共沈法で説明すると、まず、セリウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム（Ｙ）及びアルミニウムの各硝酸塩を混合し、水を加えて室温で約１時間攪拌する。次に、この硝酸塩混合溶液とアルカリ性溶液（好ましくは２８％アンモニア水）とを室温〜８０℃で混合して中和処理を行う。この中和処理をディスパーサを用いて行う場合は、その回転数をおよそ４０００ｒｐｍ以上６０００ｒｐｍ以下とする。また、硝酸塩混合溶液の添加速度は約５３ｍＬ／分、アルカリ性溶液の添加速度は約３ｍＬ／分が好ましい。
【００２３】
この中和処理により白濁した溶液を一昼夜放置し、生成した沈殿ケーキを遠心分離器にかけた後、十分に水洗する。この水洗したケーキを約１５０℃の温度で乾燥した後、約６００℃の温度におよそ５時間保持し、次いで、約５００℃の温度に２時間保持して乾燥・焼成した後、粉砕する。しかる後、得られた粉末に、硝酸パラジウム溶液を加え、蒸発乾固させた後、得られた乾固物を粉砕し、過熱・焼成することにより、パラジウムを担持したＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物を得る。
【００２４】
なお、各成分の好ましい組成比は、各成分を酸化物で換算した場合、質量比で、ＣｅＯ２：ＺｒＯ２：Ｌａ２Ｏ３：Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝１１．７：７．７：１．０：０．４：７９．２等とする。この場合、ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３）で示される質量比は、３７質量％である。
【００２５】
［実施例］
前記製法に従い、次の構成の三元触媒を製造した（図４参照）。なお、担持量は、ハニカム担体の１Ｌ当たりの量である。
【００２６】
〈実施例１〉
−下側触媒層−
・Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物：担持量５．７ｇ／Ｌ
・Ｐｄ／第１アルミナ：担持量５０．０ｇ／Ｌ（Ｐｄ担持量０．７ｇ／Ｌ）
Ｐｄ／Ｃｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物：担持量２５．０ｇ／Ｌ（Ｐｄ担持量０．３５ｇ／Ｌ）
酸化セリウム：担持量５．７ｇ／Ｌ
・ジルコニアバインダー：担持量８．５ｇ／Ｌ
−上側触媒層−
・Ｐｔ／第２アルミナ：担持量２５．５ｇ／Ｌ（Ｐｔ担持量０．０８ｇ／Ｌ）
・Ｒｈ／Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物：担持量５６．０ｇ／Ｌ（Ｒｈ担持量０．１ｇ／Ｌ）
・Ｒｈ／第３アルミナ：担持量１７．０ｇ／Ｌ（Ｒｈ担持量０．０４ｇ／Ｌ）
ジルコニアバインダー：担持量１１．０ｇ／Ｌ
【００２７】
このとき、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物において、ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３）で表される質量比は、それぞれ上層が８０質量％であり、下層が６７質量％である。
〈実施例２〉
上層のＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物における前記質量比について、７２質量％とした他は実施例１と同じとした。
〈実施例３〉
下層において、実施例１と同様に、第１アルミナ及びＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物にＰｄを担持させた。すなわち、実施例３は、実施例１と同じ触媒材であるが、下層に含むＰｄ用担体について、ＨＣ及びＣＯのライトオフ性能を後述の比較例４と比べるために実施例３としたものである。
〈比較例１〉
上層及び下層のＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物における前記質量比について、両方とも７０質量％とした他は実施例１と同じとした。
〈比較例２〉
上層及び下層のＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物における前記質量比について、上層を６７質量％とすると共に、下層を８０質量％とした他は実施例１と同じとした。
〈比較例３〉
下層のＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物における前記質量比について、７２質量％とした他は実施例１と同じとした。
〈比較例４〉
下層において、Ｐｄを第１アルミナのみに担持させた他は実施例１と同じとした。
【００２８】
ここで、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物は、図５に示すように、ホタル石構造の結晶構造を有するものである（図中「Ｍ」は金属原子、「Ｏ」は酸素原子を示す）。これに対し、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物は、図６に示すように、例えばＣｅ・Ｚｒ複酸化物やＣｅ・Ｚｒ・Ｙ複酸化物あるいはＬａ２Ｏ３等がアルミナの表面及び内部に分散された構造を有するものである。
【００２９】
〈評価テスト１〉
実施例１，２及び比較例１〜３について、各触媒を、２％Ｏ２及び１０％Ｈ２Ｏの雰囲気中で、１１００℃×２４時間の条件で、エージングした後、リグテストにより、各触媒のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化性能の指標であるＴ５０（℃）及びＣ５００（％）を測定した。
【００３０】
リグテストは、前記エージングを施した触媒を直径２．５４ｃｍ、長さ５ｃｍの円筒型に切り出し、これを固定床流通式反応評価装置に取り付けて行なった。模擬排気ガス（＝メインストリームガス＋変動用ガス）はＡ／Ｆ＝１４．７±０．９とし、模擬排気ガスの触媒への流入量は２５Ｌ／分とした。すなわち、Ａ／Ｆ＝１４．７のメインストリームガスを定常的に流しつつ、所定量の変動用ガスを１Ｈｚでパルス状に添加することにより、Ａ／Ｆを±０．９の振幅で強制的に振動させた。変動用ガスとしては、Ａ／Ｆをリーン側（Ａ／Ｆ＝１５．６）へ振らせる場合にはＯ２を用い、リッチ側（Ａ／Ｆ＝１３．８）へ振らせる場合にはＨ２及びＣＯを用いた。Ａ／Ｆ＝１４．７のメインストリームガスの組成は次の通りである。
【００３１】
−メインストリームガス−
ＣＯ２：１３．９％、Ｏ２：０．６％、ＣＯ：０．６％、Ｈ２：０．２％、Ｃ３Ｈ６：０．０５６％、ＮＯ：０．１％、Ｈ２Ｏ：１０％、残り：Ｎ２
【００３２】
Ｔ５０（℃）は、模擬排気ガス温度を漸次上昇させていき、触媒下流で検出されるガスの各成分（ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ）濃度が触媒に流入するガスの各成分（ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ）濃度の半分になった時点（すなわち浄化率が５０％になった時点）の触媒入口ガス温度（ライトオフ温度）であって、触媒の低温浄化性能を表すものである。
【００３３】
Ｃ５００（％）は、触媒入口での模擬排気ガス温度が５００℃であるときのガスの各成分（ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ）の浄化率であって、触媒の高温浄化性能を表すものである。
【００３４】
次に、実施例１，２及び比較例１〜３におけるＴ５０（℃）及びＣ５００（％）の測定結果を図７に示す。実施例１，２は、比較例１〜３と比較してＴ５０及びＣ５００の値が良好であった。
【００３５】
まず、比較例１は、前述したように実施例１の構成のうち、上層及び下層において、ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３）で表される質量比を両方とも７０質量％としたものであり、比較例１よりも実施例１のほうが、Ｔ５０及びＣ５００の値がともに良好であった。このことから、実施例１のように、上層における前記質量比が７０質量％以上であると共に、下層における前記質量が７０質量％以下である必要があることがわかる。
【００３６】
次に、比較例２は、実施例１の構成のうち、上層における前記質量比の８０質量％と、下層における前記質量比の６７質量％とを逆にしたものであり、前記比較例１よりもさらにＴ５０及びＣ５００の値が低下している。これは、上層でＺｒＯ２の添加量が少なくなって耐熱性が低下し、下層でＣｅＯ２の量が少なくなって酸素吸蔵能が低下することで、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物に担持されているＰｄの浄化性能が低下するからである。
【００３７】
また、比較例３は、実施例１の構成のうち、下層における前記質量比の６７質量％を７２質量％に変えたものであり、Ｔ５０及びＣ５００の値が比較例１よりは改善したものの実施例１より低い値となった。これは、下層の酸素吸蔵材のうち、比較的低温から作用するＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物中にＣｅＯ２が少ないため酸素吸蔵能が低下し、該複酸化物に担持されているＰｄの浄化性能が低下するためである。
【００３８】
そして、実施例２は、実施例１の構成のうち、上層における前記質量比の８０質量％を７２質量％に変えたものであり、Ｔ５０及びＣ５００の値が前記比較例１よりも改善して前記実施例１と近い値となった。これは、比較例１と較べて、下層の酸素吸蔵材のうち、比較的低温から作用するＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物中のＺｒＯ２及びＣｅＯ２の量が適量となって耐熱性及び酸素吸蔵能がバランスし、該複酸化物に担持されているＰｄの浄化性能が向上するためである。また、上層においても同様に、複酸化物中のＺｒＯ２及びＣｅＯ２の量が適量となって耐熱性及び酸素吸蔵能がバランスするようになり、該複酸化物に担持されているＲｈの浄化性能が比較例１〜３より向上するようになる。
【００３９】
以上の結果から、排気ガスの流路に面しておらず上層と比較して熱的に緩和された下層に、前記ＺｒＯ２／（ＣｅＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３）で表される質量比が７０質量％以下であるＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物を含有させるようにし、高温の排気ガスに晒される上層に、前記下層のＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物より前記質量比が大きいＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物を含有させるようにしたから、該上層における耐熱性の向上と、下層における酸素吸蔵能の向上とを両立させた上で触媒貴金属であるＰｄ及びＲｈの浄化性能を向上させ、長期に亘って高い浄化性能を維持することが可能となる。
【００４０】
なお、耐熱性と酸素吸蔵材とのバランスから、下層における前記質量比は、少なくとも５０質量％程度が必要と考えられる。
【００４１】
次に、上層及び下層の各酸素吸蔵材のエージング後における温度と酸素放出量との関係を図８に示す。
【００４２】
図８からわかるように、下層には、ＣｅＯ２と、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物及びＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物との２種類の酸素吸蔵材とが含有されているから、広い温度範囲での酸素の放出を行うことが可能となり、Ａ／Ｆウィンドウの拡大を図り、下層のみならず上層にも活性酸素を供給し、該活性酸素を触媒貴金属の反応に関与させて、触媒の浄化活性を向上させることが可能となる。
【００４３】
そして、上層及び下層の各酸素吸蔵材と第１アルミナとのエージング前後における比表面積を図９に示す。なお、該図９のエージングの条件は、大気中で１１００℃、２４時間とする。
【００４４】
図９から、下層に含有されている酸素吸蔵材のうち、Ｃｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物はエージングの前後において比表面積の値が大きいことがわかる。該Ｃｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物は、アルミナと複合化されることで、比表面積の値が大きくなって、触媒貴金属として担持されているＰｄの分散性を高めることが可能となり、耐熱性に優れた酸素吸蔵材とすることが可能となる。
【００４５】
〈評価テスト２〉
次に、前記評価テスト１と同じ条件の下でリグテストを行い、実施例３及び比較例４について、ＨＣ及びＣＯのＴ５０（℃）を測定した。その測定結果を図１０に示す。
【００４６】
図１０からわかるように、実施例３のほうが比較例４よりもＨＣ及びＣＯの両方についてＴ５０の値が良好であった。これは、実施例３では、Ｐｄが第１アルミナ及びＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物に分離して担持されているから、該Ｐｄの活性サイトが増えて、特にＨＣやＣＯの高い浄化活性を得られるためである。
【００４７】
また、酸素吸蔵材であるＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物から供給される活性酸素により、Ｐｄは良好な酸化状態にコントロールされて（すなわち、Ｐｄは、Ｐｄ⇔ＰｄＯ⇔ＰｄＯ２⇔…の生成比率・共存比率が、炭化水素や一酸化炭素の酸化反応に重要な影響を及ぼす要因であるところ、前記生成比率・共存比率が適正化されて）、ＨＣやＣＯの酸化浄化率が長期に亘って高められるからである。
【００４８】
なお、下層において、Ｐｄが、第１アルミナ及びＣｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物に担持され、上層において、Ｒｈが、第３アルミナ及びＣｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物に担持されると共に、Ｐｔが第２アルミナに担持されるようにしたから、触媒貴金属の高分散化を図り、これらの異種金属間のシンタリング及び合金化の発生を防止することが可能となり、触媒の高い浄化性能を維持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジン排ガスの高い熱負荷を受け易い触媒、例えばエンジンに近接して配置された触媒や、エンジンに比較的近い位置に配置された床下触媒等において、触媒の耐熱性の向上と酸素吸蔵能の向上とを両立させて、浄化性能の向上を図ることができるもので、自動車の排気ガス浄化の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る三元触媒を搭載した自動車の火花点火式エンジンの概略構成図である。
【図２】前記三元触媒の構成を示す斜視図及び部分拡大図である。
【図３】実施例１の触媒層の構成を示す模式図である。
【図４】前記実施例１の触媒層の構成の詳細表である。
【図５】Ｃｅ・Ｚｒ・Ｎｄ複酸化物の結晶構造を示す図である。
【図６】Ｃｅ・Ｚｒ・Ｌａ・Ｙ・アルミナ複合化物の構造を示す拡大図である。
【図７】実施例１，２及び比較例１〜３におけるＴ５０及びＣ５００の測定結果を示す表である。
【図８】上層及び下層の各酸素吸蔵材について、温度と酸素放出量との関係を示す表である。
【図９】下層の第１アルミナと、上層及び下層の各酸素吸蔵材とにおけるエージング前後の比表面積を示す表である。
【図１０】実施例３及び比較例４におけるＨＣ及びＣＯのＴ５０（℃）の測定結果を示す表である。
【図１１】特許文献１に開示の触媒層の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１          エンジン
１０        触媒コンバータ
１１        三元触媒（排気ガス浄化用触媒）
１１ａ      ハニカム担体
１１ｂ      触媒層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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