(57)【要約】【課題】従来よりも酸素貯蔵能が一層向上した複合酸化物を提供する。【解決手段】本発明は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有し、且つ貴金属触媒が担持されてなる複合酸化物であって、  前記複合酸化物は、９８０℃で２５時間焼成した該複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したとき、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値が１．９以上である複合酸化物を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有してなる複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１を更に含み、
ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比が０．０８以上０．５未満であり、ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であり、かつＺｒＯ２を複合酸化物中５０質量％以上含有する複合酸化物。
【請求項２】
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有し、且つ貴金属触媒が担持されてなる複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、９８０℃で２５時間焼成した該複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したとき、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値が１．９以上である複合酸化物。
【請求項３】
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有し、且つ貴金属触媒を非担持である複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、９８０℃で２５時間焼成した該複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したとき、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値が１．１以上である複合酸化物。
【請求項４】
アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物のうちの少なくとも１種を更に含む請求項２又は３に記載の複合酸化物。
【請求項５】
アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物のうちの少なくとも２種を更に含む請求項２又は３に記載の複合酸化物。
【請求項６】
希土類元素の酸化物としてＹ２Ｏ３を含み、
ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比が０．０８以上０．５未満である請求項４又は５に記載の複合酸化物。
【請求項７】
希土類元素の酸化物としてＰｒ６Ｏ１１を含み、
ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であり、かつ
ＺｒＯ２を複合酸化物中５０質量％以上含有する請求項４ないし６のいずれか一項に記載の複合酸化物。
【請求項８】
希土類元素の酸化物としてＬａ2Ｏ3を含むことを特徴とする請求項１、４ないし７のいずれか一項に記載の複合酸化物。
【請求項９】
前記アルカリ土類金属の酸化物及び前記セリウム以外の希土類元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種を合計で複合酸化物中１３質量％以下含有する請求項１、４ないし８のいずれか一項に記載の複合酸化物。
【請求項１０】
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物の酸素貯蔵能の評価方法であって、
９８０℃で２５時間焼成した前記複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定し、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピーク面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値を求め、その値の大小に基づきＯＳＣを評価する、複合酸化物の酸素貯蔵能の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化セリウム（ＣｅＯ２）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含有する複合酸化物に関する。また本発明は、該複合酸化物のＯＳＣの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車やバイク等の内燃機関から排出される排気ガス中にはＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分が含まれている。従来、これらの有害成分を浄化して無害化する目的で三元触媒が用いられている。それらの三元触媒の中には、排気ガスの酸素濃度の変動を緩和させてＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを効率よく浄化させるためにＯＳＣ（酸素貯蔵能：Oxygen Storage Capacity）を有する材料を触媒構成材として使用することが多い。ＯＳＣを有する材料として例えばＣｅＯ２及びＺｒＯ２を含む複合酸化物が知られている。ＣｅＯ２及びＺｒＯ２を含む複合酸化物は、周囲の雰囲気によって結晶構造中の酸素を吸放出する能力を有している。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＣｅＯ2の量が４５〜７０質量％であり、ＺｒＯ2の量が２０〜４５質量％であり、Ｎｄ2Ｏ3の量が２〜２０質量％であり、Ｌａ2Ｏ3の量が１〜１０質量％であるセリウム−ジルコニウム系複合酸化物からなるキャリアと、該キャリアに担持された金属Ｐｄ又はＰｄ酸化物からなる触媒成分とを有する内燃機関排気ガス浄化用触媒材料が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、Ｃｅ−Ｚｒ−Ｌａ−Ｙ複合酸化物からなるＯＳＣ材料が記載されている。このＯＳＣ材料は、硝酸セリウム溶液、オキシ硝酸ジルコニウム溶液、硝酸ランタン溶液、及び硝酸イットリウム溶液の混合溶液から共沈物を生成させ、その共沈物を大気中８００℃で５時間焼成することで製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２７７３９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１２５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、排気ガス規制が厳しくなってきており、内燃機関排気ガス浄化用触媒については、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ等の有害成分の浄化が強く求められている。したがって、上述した特許文献１及び２に記載の技術よりも一層性能が向上した排気ガス浄化用触媒材料が要望されている。
【０００７】
したがって本発明の課題は、排気ガス浄化用触媒材料の改良にあり、更に詳細には、酸素貯蔵能が一層向上した複合酸化物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有してなる複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１を更に含み、
ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比が０．０８以上０．５未満であり、ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であり、かつＺｒＯ２を５０質量％以上含有する複合酸化物を提供するものである。
【０００９】
更に本発明は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有し、且つ貴金属触媒が担持されてなる複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、９８０℃で２５時間焼成した該複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したとき、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値が１．９以上である複合酸化物を提供するものである。
【００１０】
更に本発明は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有し、且つ貴金属触媒を非担持である複合酸化物であって、
前記複合酸化物は、９８０℃で２５時間焼成した該複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したとき、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値が１．１以上である複合酸化物を提供するものである。
【００１１】
更に本発明は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物の酸素貯蔵能の評価方法であって、
９８０℃で２５時間焼成した前記複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定し、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡの値を求め、その値の大小に基づきＯＳＣを評価する、複合酸化物の酸素貯蔵能の評価方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来よりも酸素貯蔵能、特にＯＳＣ速度（酸素吸蔵速度又は酸素放出速度）が一層向上した複合酸化物が提供される。
また本発明によれば、複合酸化物の酸素貯蔵能を簡便に評価できる評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】比較例１及び実施例１〜６の複合酸化物について得られた赤外線吸収スペクトルである。
【図２】実施例７〜１３の複合酸化物について得られた赤外線吸収スペクトルである。
【図３】実施例１０の赤外線吸収スペクトルのピーク分離解析により得られた分離ピークである。
【図４】実施例１２の赤外線吸収スペクトルのピーク分離解析により得られた分離ピークである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、本実施形態の複合酸化物を説明する。本発明の複合酸化物は、酸化セリウム（ＣｅＯ２）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含有する。複合酸化物は、ＣｅＯ２として、ＺｒＯ２との固溶体を含んでいることが好ましい。しかしながら複合酸化物は、ＣｅＯ２として、ＣｅＯ２単独相を含んでいてもよい。
【００１６】
複合酸化物における酸化セリウム（ＣｅＯ２）の含有量は、５質量％以上であることが、酸化セリウムによる酸素貯蔵能（酸素吸放出能ともいう）を高めるため好ましい。また複合酸化物におけるＣｅＯ２の含有量は５０質量％以下であることが、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）及び酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）の含有量を下記の好適な量としやすいために好ましく、またＯＳＣ速度を高めるために好ましい。これらの観点から、より好ましくは複合酸化物におけるＣｅＯ２の含有量は、１０質量％以上４８質量％以下であり、更に好ましくは２５質量％以上４５質量％以下である。
複合酸化物における酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の含有量の好ましい下限としては、４０質量％以上であることが、ＯＳＣ速度を一層向上させる観点から好ましい。この観点から、複合酸化物における酸化ジルコニウムの含有量は、４２質量％以上であることが好ましく、４５質量％以上であることがより好ましい。
【００１７】
複合酸化物は、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１を特定量で含有することが好ましい。具体的には、複合酸化物は、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１を更に含み、ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比が０．０８以上０．５未満であり、ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であり、かつＺｒＯ２を複合酸化物中５０質量％以上含有することが好ましい。複合酸化物がこの特徴を有することにより、複合酸化物の酸素貯蔵能（酸素吸放出能）が非常に優れたものとなる。詳述すると、この特徴を有する複合酸化物は、酸化セリウム―酸化ジルコニウム系複合酸化物において希土類元素の酸化物を添加することによるＯＳＣ速度（酸素吸蔵速度又は酸素放出速度）の向上効果を一層高いものとし、かつ、ＯＳＣ量（酸素吸蔵量又は酸素放出量）を一層高いレベルとすることができる。
【００１８】
複合酸化物において、Ｙ２Ｏ３を含有することが好ましく、その場合、ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比は０．０８以上であると、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２及び必要に応じて好ましく含有されるＰｒ６Ｏ１１の存在下で複合酸化物にＹ２Ｏ３を含有させることによるＯＳＣ速度の向上効果を一層高いものとすることができるため好ましい。また、ＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比は０．５未満であると、ＯＳＣ量を高いレベルとする効果をより一層確実に得ることができるため好ましい。これら観点からＣｅＯ２に対するＹ２Ｏ３の質量比は０．０８以上０．４５以下がより好ましく、０．１以上０．４以下が更に好ましい。
【００１９】
さらに、複合酸化物はＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であり、かつＺｒＯ２を５０質量％以上含有すると、より一層、ＯＳＣ量を高め、上述したＯＳＣ速度の向上効果及び高いＯＳＣ量の維持の効果を一層優れたものとすることができる。Ｐｒ６Ｏ１１を用いることでこのような効果が得られることは、酸化プラセオジム自体が酸化及び還元による価数変化可能な元素であることが関係しているからである。これにより、Ｐｒ６Ｏ１１はそれ自体酸素貯蔵能を有するだけでなく、酸化セリウムと相互作用して複合酸化物の酸素貯蔵能力を向上させるものと考えられる。またこのような効果はＺｒＯ２が一定以上存在する条件で十分発揮されると考えられる。複合酸化物中のＺｒＯ２の含有量は、８０質量％以下であると、複合酸化物中の酸化セリウムの量を一定量として、複合酸化物のＯＳＣ量を高くする観点、及びＹ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１を特定量含有する観点から好ましい。ＯＳＣ量をさらに高いものとし、かつＯＳＣ速度を向上させる効果を更に一層高いものとする観点から、複合酸化物のＺｒＯ２の含有量は、７０質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以下であることがより一層好ましい。
【００２０】
上述したように、複合酸化物は、ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比が０．０８以上であると、複合酸化物のＯＳＣ量を高くし、かつＯＳＣ速度を高める効果を一層高いものとすることができるため好ましい。また、ＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比は０．５以下とすると、Ｐｒ６Ｏ１１を含有することによるＯＳＣ量を高くし、かつＯＳＣ速度を高める効果を一層確実に得ることができるため好ましい。これらの観点からＣｅＯ２に対するＰｒ６Ｏ１１の質量比は０．０８以上０．４５以下が好ましく、０．１以上０．４以下がより好ましい。
【００２１】
複合酸化物におけるＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１それぞれの含有量は、複合酸化物をアルカリ溶融等で溶解して得られる溶液中のセリウム、ジルコニウム、イットリウム及びプラセオジムそれぞれの量をＩＣＰ−ＡＥＳで測定し、その元素の量から算出できる。
【００２２】
複合酸化物は、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１以外の他の成分を含有していても良く、含有していなくても良い。含有している場合は、ＯＳＣ量を高いものとし、かつＯＳＣ速度を向上させる効果をより一層優れたものとする観点から、複合酸化物中のＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１以外の他の成分(但し複合酸化物に担持される貴金属を除く)の含有量は１０質量％以下であることが好ましく、９質量％以下であることがより好ましい。
【００２３】
ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１以外の他の成分の例としては、Ｃｅ、Ｙ及びＰｒ以外の希土類元素の酸化物が挙げられる。Ｃｅ、Ｙ及びＰｒ以外の希土類元素の酸化物としては、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ４Ｏ７）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）及び酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）等を挙げることができる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。ＯＳＣ量を高いレベルに維持しつつＯＳＣ速度を一層容易に向上させる観点から、Ｃｅ、Ｙ及びＰｒ以外の希土類元素の酸化物としては、これらのうち、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３から選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましく、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３を用いることがより一層好ましく、特に、Ｌａ２Ｏ３を用いることが好ましい。
【００２４】
複合酸化物がＬａ２Ｏ３を含有する場合、ＣｅＯ２に対するＬａ２Ｏ３の質量比が０．０３以上０．５未満となるように含まれることが好ましい。このような範囲でＬａ２Ｏ３を含有させることで、複合酸化物の比表面積が熱的に安定し耐熱性が向上し、またＯＳＣ速度及びＯＳＣ量のバランスも向上する。
【００２５】
複合酸化物は、アルカリ土類金属の酸化物を含有していてもよく、非含有であってもよい。アルカリ土類金属の酸化物の例としては酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ラジウム（ＲａＯ）が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。アルカリ土類金属の酸化物としては、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）を用いることがＯＳＣ速度を向上させながら、炭化水素（ＨＣ）をある程度低減しやすいため好ましい。
【００２６】
複合酸化物は、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種の合計量が複合酸化物中１３質量％以下であることが好ましい。ここでいう合計量とは複合酸化物における、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物の全ての合計量をいう。従ってこの合計量は、例えば、複合酸化物であってＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１以外の希土類元素の酸化物又はアルカリ土類金属の酸化物を非含有である場合は、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１の合計量であり、複合酸化物であってＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１以外の希土類元素の酸化物及び／又はアルカリ土類金属の酸化物を含有する場合はＹ２Ｏ３及びＰｒ６Ｏ１１の量にこれらを合計した総量となる。上記の合計量をこの範囲とすることで、ＯＳＣ速度の向上及びＯＳＣ量の維持という効果をより一層高いものとすることが容易である。この観点から、複合酸化物における、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物の量の合計は、１０質量％以下であることがより好ましく、５質量％以上１０質量％以下であることがより一層好ましい。上記の合計量は、特に複合酸化物が貴金属を担持している場合に特に好ましい。
【００２７】
また、複合酸化物として、アルカリ土類金属の酸化物及び前記セリウム以外の希土類元素の酸化物を複合酸化物中にそれぞれ１０質量％以下含有することも、ＯＳＣ速度を向上させながら、炭化水素（ＨＣ）をある程度低減しやすい観点から好ましい。「アルカリ土類金属の酸化物及び前記セリウム以外の希土類元素の酸化物をそれぞれ１０質量％以下含有する」とは、アルカリ土類金属の酸化物を合計で１０質量％以下含有し、且つセリウム以外の希土類元素の酸化物を合計で１０質量％以下含有することを意味する。上記の効果をより一層高める観点から、複合酸化物がアルカリ土類金属の酸化物とセリウム以外の希土類元素の酸化物を併用する場合、複合酸化物中のアルカリ土類金属の酸化物の含有量は０．１質量％以上５質量％以下であることがより好ましく、０．５質量％以上３質量％以下であることがより一層好ましい。同様の観点から、複合酸化物がアルカリ土類金属の酸化物とセリウム以外の希土類元素の酸化物を併用する場合、複合酸化物中のセリウム以外の希土類元素の酸化物は１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましく、２質量％以上８質量％以下であることがより一層好ましい。
【００２８】
複合酸化物は、これに貴金属が担持されたものであってもよく、貴金属が非担持のものであってもよい。ここでいう貴金属としては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等が挙げられる。貴金属を担持する量としては複合酸化物と貴金属の合計量１００質量部当たり、貴金属が０．０２５質量部以上２．５質量部以下であることが好ましく、０．０５質量部以上２．０質量部以下であることがより好ましい。貴金属の担持量は、複合酸化物中のＣｅＯ２の量と同様、複合酸化物をアルカリ溶融等で溶解して得られる溶液中の貴金属の量をＩＣＰ−ＡＥＳで測定することにより測定できる。
【００２９】
貴金属非担持の複合酸化物は例えば、水溶性のセリウム塩、ジルコニウム塩、イットリウム塩及びプラセオジム塩としてこれらの硝酸塩を含有する水溶液をｐＨ９．０以上１４．０以下に調整して沈殿物を得、該沈殿物を焼成する共沈法の手法により製造できる。焼成は大気雰囲気下において行うことができ、例えば６００℃以上１０００℃以下、１時間以上２４時間以下で行うことができる。
【００３０】
貴金属が担持された複合酸化物を得る方法としては、貴金属含有溶液に貴金属が非担持の複合酸化物を浸漬させた後、乾燥させ、焼成する方法が挙げられる。貴金属溶液の調製に用いる貴金属塩としては、例えば、硝酸塩、アンミン錯体塩、塩化物等を用いる。溶媒としては、水等を用いることができる。焼成は大気雰囲気下で４００℃以上８００℃以下、１時間以上２４時間以下行うことが好ましい。  
【００３１】
複合酸化物は、特定の方法により測定した赤外線吸収スペクトルに特徴を有するものであることが好ましい。具体的には、前記特徴とは、複合酸化物にメタノールを吸着させて赤外線吸収スペクトルを測定したときのピークパターンにある。
本発明者は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物について高いＯＳＣ量及びＯＳＣ速度を両立できる構成を鋭意検討した。その結果、複合酸化物を十分酸化した状態における、メタノール吸着後の赤外線吸収スペクトルの特定のピーク面積比が複合酸化物のＯＳＣ速度及びＯＳＣ量と強い関係を有することを見出した。
【００３２】
特定のピーク面積比とは、赤外線吸収スペクトルにおける、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡに対する、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢの比であるＩＢ／ＩＡである。なお、ここでいう特定の波数範囲に観察されるピークとは、該波数範囲に頂点が存在するピークを指す。また、特定の波数範囲に観察されるピークの面積とは、該範囲に頂点を有する該ピークとベースラインとに囲まれる部分全体の面積をいう。従って、あるピークの頂点は特定範囲に存在する一方で裾が特定範囲外にまで広がっている場合、該範囲の外の部分の面積もピーク面積に含まれるものとする。
【００３３】
ＩＢ／ＩＡが一定値以上であることにより、複合酸化物がＯＳＣ量を維持しつつ高いＯＳＣ速度を示す理由は明確でないが、発明者は以下のように推測している。ＣｅＯ２中、セリウム原子が配位不飽和である部位（配位不飽和サイトともいう）は、配位飽和である部位（配位飽和サイトともいう）よりも、酸素貯蔵の活性が高い。そして、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピークの面積ＩＡは、複合酸化物中のセリウム原子に係る酸素原子による配位飽和の状態を表し、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピークの面積ＩＢは、セリウム原子に係る酸素原子による配位不飽和の状態を示すとみられる。このため、複合酸化物におけるＩＢ／ＩＡが一定値以上であることは、複合酸化物中、酸素貯蔵活性が高いセリウム原子が多く存在することを示すと考えられる。
【００３４】
酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含む複合酸化物にメタノールを吸着させると、該複合酸化物中のセリウム原子の配位状態によって、セリウム原子に対するメタノール吸着形態が異なる。そして、メタノール吸着後の該複合酸化物の赤外線吸収スペクトルを測定すると、得られるスペクトルにおいて、メタノール吸着形態の違いを反映した複数のピークが生じる。このため、そのピークの面積比を測定することで、複合酸化物の酸素貯蔵能を評価できると考えられる。酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物を酸化処理した後にメタノール吸着させた時のメタノール吸着の形態としては、配位飽和サイトへのメタノールの吸着形態は下記ＴｙｐｅＩと考えられ、配位不飽和サイトへの吸着形態は下記ＴｙｐｅII又はII’と考えられる。
【００３５】
【化１】
2017141151.tif 000002
【００３６】
発明者は、上記特定条件下で測定する赤外線スペクトルにおいて吸着種ＴｙｐｅＩに対応するピークが、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察され、吸着種ＴｙｐｅII及びＴｙｐｅII’に対応するピークが、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるものと考えている。ＴｙｐｅIIに対応するピークは、通常、ＴｙｐｅII’に対応するピークよりも高波数側に観察される。
【００３７】
メタノール吸着及び赤外線吸収スペクトルの測定は、複合酸化物を９８０℃、２５時間焼成した後に行う。この焼成は通常、大気中で行われる。焼成後、通常、メタノール吸着前にクリーニング処理を行うことが好ましい。クリーニング処理としては、複合酸化物を配置した容器を真空排気しながら昇温し、昇温後高温において酸化し、その後に再度真空排気する処理が挙げられる。酸化は複合酸化物を酸素と接触させることにより行うことができ、この際の複合酸化物の温度は４００℃以上８００℃以下とすることが好ましい。メタノール吸着は、通常複合酸化物の温度が室温（３０℃）以上３００℃以下である条件で行うことが好ましく、この温度範囲において、蒸気状のメタノールを複合酸化物と接触させることが好ましい。複合酸化物と接触させるメタノールガスの圧力は１００Ｐａ以上２５００Ｐａ以下であることが好ましく、６００Ｐａ以上１５００Ｐａ以下であることがより好ましい。メタノールガス圧力及び複合酸化物の温度が上記範囲である条件下、吸着時間は１分以上１０分以下とすることが好ましい。赤外線吸収スペクトルの測定は、通常室温（３０℃）以上６００℃以下で行うことができ、後述する実施例に記載の方法で行うことができる。
【００３８】
上記のピークの面積ＩＡ及びＩＢとは、赤外線吸収スペクトル中、その対応範囲（ＩＡ：１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下、ＩＢ：１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満）において、一つのピークのみが観察される場合は、その一つのピークの面積であり、また二つ以上ピークが観察される場合は、それら二つのピークの面積の和である。具体的にはピーク面積は、各吸着種に由来するピークを分離して示すピーク分離ソフトを用いて分離したピークに対して測定する。ピーク分離ソフトとしては、例えばサーモサイエンティフィック社製ＯＭＮＩＣが挙げられる。従って、特定範囲に二つ以上のピークが観察され、分離前であれば二つのピークの面積が重複している場合、その重複部分の面積を、各分離ピークの面積の和から引いたものとすることは行わない。
【００３９】
具体的には、複合酸化物は、貴金属が担持されてなる複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が１．９以上であることが好ましい。このようにすると、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムからなる従来の複合酸化物に対して、ＯＳＣ量を維持しつつＯＳＣ速度を大きく向上させることができる。また、複合酸化物は、貴金属が担持されてなる複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が１０以下であることが、ＯＳＣ速度をより一層高いものとし、またＯＳＣ量を高く維持する観点から好ましい。この観点から、複合酸化物は、貴金属が担持されてなる複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が１．９以上９以下であることが好ましく、１．９５以上８以下であることがより好ましい。またこの場合、ＯＳＣ速度をより一層高いものとし、またＯＳＣ量を高く維持する観点から、ＩＢの値は、０．４ａ．ｕ．ｃｍ−１以上０．７ａ．ｕ．ｃｍ−１以下が好ましい。同様の観点から、ＩＡの値は、０．０５ａ．ｕ．ｃｍ−１以上０．３ａ．ｕ．ｃｍ−１以下が好ましい。
【００４０】
更に、複合酸化物は、貴金属を非担持である複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が１．１以上であることが好ましい。このようにすると、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムからなる従来の複合酸化物に対して、ＯＳＣ速度を向上させることができる。また、複合酸化物は、貴金属を非担持である複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が５以下であることが、ＯＳＣ速度をより一層高いものとし、またＯＳＣ量を高く維持する観点から好ましい。この観点から、複合酸化物は、貴金属を非担持である複合酸化物である場合、ＩＢ／ＩＡの値が１．１以上４．０以下であることが好ましく、１．２以上３．０以下であることがより好ましい。またこの場合、ＯＳＣ速度をより一層高いものとし、またＯＳＣ量を高く維持する観点から、ＩＢの値は、０．４ａ．ｕ．ｃｍ−１以上０．６ａ．ｕ．ｃｍ−１以下が好ましい。同様の観点からＩＡの値は、０．２ａ．ｕ．ｃｍ−１以上０．４ａ．ｕ．ｃｍ−１以下が好ましい。
【００４１】
複合酸化物は、貴金属を非担持のものよりも貴金属が担持されてなるものの方がＯＳＣ及びＯＳＣ速度のバランスが良い。貴金属が担持されている複合酸化物は、貴金属が担持されている箇所を起点として酸素の吸放出がより活発となる。
【００４２】
複合酸化物におけるＩＢ／ＩＡの値を上記の範囲とする方法としては、複合酸化物に、セリウム以外の希土類元素の酸化物及び／又はアルカリ土類金属の酸化物を含有させ、その含有量及び該希土類元素やアルカリ土類金属の種類を特定のものとする方法が挙げられる。セリウム以外の希土類元素の酸化物及び／又はアルカリ土類金属の酸化物については後述する。
【００４３】
複合酸化物は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムに加えて、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物のうちの少なくとも１種を更に含むことが好ましい。このような複合酸化物は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムからなる複合酸化物に比べてＯＳＣ速度を向上させ、且つＯＳＣ量を高く維持するという効果をより容易に得られるため好ましい。
【００４４】
複合酸化物は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムに加えて、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物のうちの２種以上を更に含むことがより一層好ましい。このような複合酸化物を用いると、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムからなる複合酸化物に比べてＯＳＣ速度を向上させ、且つＯＳＣ量を高く維持できるという効果を更にすぐれたものとなるため好ましい。ここで、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物のうちの２種以上とは、アルカリ土類金属の酸化物から選ばれる１種以上及びセリウム以外の希土類元素の酸化物から選ばれる１種以上であってもよく、アルカリ土類金属の酸化物から選ばれる２種以上であってもよく、セリウム以外の希土類元素の酸化物から選ばれる２種以上であってもよい。
【００４５】
アルカリ土類金属の酸化物の具体例及びその好ましいものとしては、上記で挙げたものが挙げられる。
【００４６】
セリウム以外の希土類元素の酸化物としては、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）、のほか、Ｃｅ、Ｙ及びＰｒ希土類元素の酸化物として上記で挙げたものを挙げることができる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。ＯＳＣ量を高いレベルに維持しつつＯＳＣ速度を一層容易に向上させる観点から、これらのうち、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｎｄ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３から選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましく、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｎｄ２Ｏ３から選ばれる１種又は２種以上を用いることがより一層好ましく、特に、Ｙ２Ｏ３、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｌａ２Ｏ３から選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましい。
【００４７】
なお、上述した、複合酸化物における、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物から選ばれる少なくとも１種の合計量については、アルカリ土類金属の酸化物及びセリウム以外の希土類元素の酸化物を１種のみ含有する場合はこの１種のみの量となる。
【００４８】
以上説明した複合酸化物は、貴金属が担持されている場合、触媒調製の観点から、平均粒子径（Ｄ50）が１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。また同様の観点から、貴金属非担持の場合、複合酸化物の平均粒子径（Ｄ50）は１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。平均粒子径（Ｄ50）はレーザー回折・散乱式粒度分布測定法による積算体積５０％粒径であり、例えばレーザー回折粒子径分布測定装置用自動試料供給機（日機装株式会社製「Ｍｉｃｒｏｔｏｒａｃ  ＳＤＣ」）を用い、サンプル（複合酸化物粉末）を水溶性溶媒に投入し、４０％の流速中、４０Ｗの超音波を３６０秒間照射した後、日機装株式会社又はマイクロトラック社製のマイクロトラックＭＴ３３００IIを用いて測定される。測定条件は、粒子屈折率１．５、粒子形状真球形、溶媒屈折率１．３、セットゼロ３０秒、測定時間３０秒、２回測定の平均値として求める。
【００４９】
以上説明した通り、上記の複合酸化物は、従来の酸化セリウム及び酸化ジルコニウム含有複合酸化物に比べて、ＯＳＣ速度が向上し、また、ＯＳＣ量が高レベルに維持されている。このような複合酸化物は、例えばエンジンを加速させて高速定常運転を開始したときの温度である６００℃における高いＯＳＣを示す。従って、このような複合酸化物を用いた排気ガス浄化用触媒は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど化石燃料を動力源とする内燃機関の排気ガス浄化触媒として、効率的に有害成分の浄化が可能であり、高い排気ガス浄化性能を発揮することができる。
【００５０】
次いで、本発明の酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物の酸素貯蔵能の評価方法について説明する。本発明の評価方法は酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物に係る上記のＩＢ／ＩＡの値と、該複合酸化物の酸素貯蔵能（ＯＳＣ）とに関係があることを見出したことに基づき、そのＩＢ／ＩＡの値の大小に基づきＯＳＣを評価することを特徴とする。ＩＢ／ＩＡの測定方法や複合酸化物に対するメタノール吸着の方法について説明した事項は、すべて本発明の方法に当てはまる。
【００５１】
ＩＢ／ＩＡの値の大小に基づきＯＳＣを評価するとは、固定値に対するＩＢ／ＩＡの大小をみるのであってもよく、特定物質や特定組成物のＩＢ／ＩＡとの比較による大小をみるのであってもよい。ＯＳＣの例としては、上述したＯＳＣ速度やＯＳＣの量を挙げることができる。
【００５２】
本発明の評価方法によれば、例えばＣＯ等の有害ガスを用いる方法をとらずとも、簡便に酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有する複合酸化物のＯＳＣを評価でき、また、触媒反応に有効な配位不飽和サイトの量を算出できる利点がある。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。
【００５４】
〔比較例１〕
（１）複合酸化物製造工程
硝酸セリウム及びオキシ硝酸ジルコニウムを、それらを酸化物としたときに表１に示す質量比の組成（ＣｅＯ２：ＺｒＯ２＝４０：６０）となる比率で含有する水溶液に、沈殿剤として水酸化ナトリウムをｐＨが１２となる量で添加した。得られた沈殿物を濾過、洗浄し、十分に乾燥させ、その後、大気雰囲気下８００℃で３時間焼成することによりＣｅＯ２−ＺｒＯ２系複合酸化物粉末を得た。
（２）Ｐｄ担持工程
硝酸パラジウム（II）水溶液に、（１）で得たＣｅＯ２−ＺｒＯ２系複合酸化物粉末を、パラジウムメタルの質量に換算したパラジウム担持濃度が、該複合酸化物粉末とパラジウムメタルの総量を基準にして１質量％となる量比で含浸させた。その後、蒸発乾固後、大気雰囲気中で５００℃で５時間の焼成を行い、比較例１のＰｄ担持複合酸化物粉末を得た。
【００５５】
〔実施例１〜１３〕
比較例１の「（１）複合酸化物製造工程」において、硝酸セリウム及びオキシ硝酸ジルコニウムを含む水溶液に代えて、表１に記載された金属の硝酸塩を、それら金属を酸化物としたときに表１に記載の質量比となる量で含む水溶液を用いた。この点以外は比較例１と同様にしてＰｄ担持複合酸化物粉末を得た。上記硝酸塩とは、金属がＣｅである場合は硝酸セリウム、Ｚｒである場合はオキシ硝酸ジルコニウム、Ｌａである場合は硝酸ランタン、Ｙである場合は硝酸イットリウム、Ｐｒである場合は硝酸プラセオジム、Ｎｄである場合は硝酸ネオジム、Ｓｒである場合は硝酸ストロンチウムである。実施例１〜１３で得られたＰｄ担持複合酸化物粉末の平均粒径を上記方法で測定したところいずれもＤ50で１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であった。
【００５６】
得られたＰｄ担持複合酸化物粉末は９８０℃、大気中で２５時間の耐久焼成を行った後、下記の評価を実施した。結果を下記表１に示す。
【００５７】
[評価]
＜赤外線吸収スペクトル測定＞
約６０ｍｇの試料を型３０ＭＰａ／ｃｍ２の圧力で成型して試料ディスクを得た。これをｉｎ‐ｓｉｔｕ  ＩＲセル内にセットし、次の（ａ）〜（ｄ）の手順の前処理を行った。
（ａ）真空排気条件（１×１０−２Ｐａ以下）で室温（３０℃）から６００℃まで昇温速度１０℃／分で昇温した後、６００℃で３０分間、真空排気（１×１０−２Ｐａ以下）した。
（ｂ）３．９９×１０４Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）の圧力でＯ２を流通させながら６００℃で１時間、酸化処理を行った。
（ｃ）複合酸化物の温度を６００℃とした状態で、２時間、真空排気処理（１×１０−２Ｐａ以下）を行った。
（ｄ）室温まで冷却した。
以上のようにして前処理した試料ディスクを室温（３０℃）条件下、１．３３×１０３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の圧力のメタノール蒸気を５分間接触させて、メタノールを吸着させた。その後、室温で排気処理後、室温で、赤外線吸収スペクトルを測定した。測定には、サーモサイエンティフィック社製Ｎｉｃｏｌｅｔ６７００ＦＴ−ＩＲを用いた。得られたスペクトルを図１及び図２に示す。図１及び図２中、「ＣＺ」は酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含有してなる複合酸化物を示し、「Ｌａ」、「Ｙ」、「Ｐｒ」、「Ｎｄ」及び「Ｓｒ」は表１又は表２における注釈に記載されたものと同様の酸化物を表す。各元素の横に記載された括弧内の数字は、該元素の酸化物の複合酸化物中の含有量（質量％）を表す。
得られたスペクトルについて、ピーク分離ソフト（サーモサイエンティフィック社製ＯＭＮＩＣ）を用いて、ピーク分離を行った。分離後のスペクトルにおいて、１０９０ｃｍ−１以上１１１０ｃｍ−１以下の範囲に観察されるピーク（ＴｙｐｅＩに対応）の面積を求め、これをピーク面積ＩＡ（単位：ａ．ｕ．ｃｍ−１（ａ．ｕ．：arbitrary unitの略））とした。また、各実施例及び比較例においては、１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に２つのピークが観察され、このうち高波数側に位置するピークをＴｙｐｅＩＩに対応するピークとし、それよりも低波数側に位置するピークをＴｙｐｅＩＩ’に対応するピークとして、これら２つのピークのピーク面積の合計値を１０５０ｃｍ−１以上１０９０ｃｍ−１未満の範囲に観察されるピーク面積ＩＢ（単位：ａ．ｕ．ｃｍ−１）とした。得られたＩＡ及びＩＢに基づきＩＢ／ＩＡを求めた。またピーク分離解析結果の例として実施例１０及び実施例１２で得られた分離ピークをそれぞれ図３及び図４に示す。
【００５８】
＜総ＯＳＣ量及びＯＳＣ速度（％）の測定＞
ヘンミ計算尺株式会社製、ＴＰＲ装置を用いて実施例及び比較例で得られた各複合酸化物粉末のＯＳＣの測定をＣＯパルス法で行った。ＯＳＣ測定では、複合酸化物をＨｅ流通下８００℃に昇温して４０分当該温度を保持する前処理をした後、６００℃まで降温させた。そして、６００℃を保持した状態でＯ２ガスを４パルスに分けて注入し酸化処理をした後、ＣＯを含有する試験用ガスを１０パルスに分けて注入し、消費されたＣＯガス総量から６００℃における複合酸化物粉末単位質量当たりの総ＯＳＣ量（μｍｏｌ／ｇ）を赤外線式ガス濃度測定装置（株式会社島津製作所製、ＣＧＴ−７０００）により求めた。また、１パルス目のＣＯガス注入に対して消費されたＣＯガスから算出されるＯＳＣ量（μｍｏｌ／ｇ）の上記の総ＯＳＣ量（μｍｏｌ／ｇ）に対する割合をＯＳＣ速度（％）として求めた。なお、前記試験用ガスはＨｅガスにＣＯガスを２５容量％希釈させて調製した。
＜Ｔ５０測定＞
実施例及び比較例で得られた各複合酸化物粉末を１００ｍｇ流通反応装置に充填し、ＨＣを０．０４容量％含有する評価用モデルガス５００ｍｌ／分を昇温速度１０℃／分で８００℃まで昇温、８００℃で３０分間流通させ、ＨＣ浄化に関するライトオフ温度Ｔ５０−１ｓｔを測定した。Ｔ５０は、複合酸化物粉末が配置された装置に流入する評価用モデルガス温度を常温から漸次上昇させていき、ＨＣ浄化率が５０％に達したときの装置入口のガス温度である。その後、４０℃まで冷却し再度昇温速度１０℃／分で８００℃まで昇温、８００℃で３０分間流通させ、ＨＣ浄化に関するライトオフ温度Ｔ５０−２ｎｄを測定した。Ｔ５０の値としては、Ｔ５０−１ｓｔは浄化性能の安定性に欠けるため、Ｔ５０−２ｎｄの値を採用した。全炭化水素量の測定はＦＩＤ検出器を用い、ＣＯ／ＣＯ２／ＮＯｘ／Ｏ２濃度の測定は堀場製作所社製のＰＧ−２４０を用いて行った。
【００５９】
【表１】
2017141151.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、実施例１〜１３の組成物は、いずれも、比較例１に対して、ＯＳＣ速度が大きく向上し、また、総ＯＳＣ量も比較例１と同程度又はそれ以上の高いレベルを維持していることが判る。
【００６１】
〔比較例２〕
上記比較例１において（２）Ｐｄ担持工程を行わない以外は、比較例１と同様にして、Ｐｄ非担持の複合酸化物粉末を得た。
【００６２】
〔実施例１４〜１７〕
比較例２の「（１）複合酸化物製造工程」において、硝酸セリウム及びオキシ硝酸ジルコニウムを含む水溶液に代えて、表２に記載された金属の硝酸塩を、これら金属の酸化物が表２に記載の質量比となる量で含む水溶液を用いた。この点以外は比較例２と同様にしてＰｄ非担持複合酸化物粉末を得た。上記の硝酸塩とは、金属がＣｅである場合は硝酸セリウム、Ｚｒである場合はオキシ硝酸ジルコニウム、Ｌａである場合は硝酸ランタン、Ｙである場合は硝酸イットリウム、Ｐｒである場合は硝酸プラセオジムである。実施例１４〜１７で得られたＰｄ非担持複合酸化物粉末の平均粒径を上記方法で測定したところいずれも１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であった。
【００６３】
得られた比較例２及び実施例１４〜１７のＰｄ非担持複合酸化物粉末について、比較例１及び実施例１〜１３のＰｄ複合酸化物粉末と同様に、ＩＡ、ＩＢ、ＩＢ／ＩＡ、総ＯＳＣ量及びＯＳＣ速度の評価を行った。結果を下記表２に示す。
【００６４】
【表２】
2017141151.tif 000004
【００６５】
表２における結果から、貴金属非担持の場合であっても、ＩＢ／ＩＡを特定値以上とすることで、貴金属が担持されている場合と同様の効果が奏されることが判る。 
【図１】
2017141151.tif 000005
【図２】
2017141151.tif 000006
【図３】
2017141151.tif 000007
【図４】
2017141151.tif 000008