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1、稀土在机动车催化剂中的应用及发展作者：贺小昆高兰来源：昆明贵研催化剂有限责任公司口期：2009-06-11加入收藏城市大气坏境污染治理已成为21世纪可持续发展的重要战略课题。本文结合当前排放法规发展对催化剂技术提岀的更高要求，阐述了稀土材料在汽车催化剂行业的应用现状，并对其应用于机动车催化丄I•的研究方向和应用前景进行了展望。上世纪90年代以來，机动车排放污染给人类健康和环境带來的危害受到极大关注，城市人气坏境污染治理己成为21世纪我国对持续发展的重要战略课题，沿川欧洲排放标准体系的屮国排放控制法规和以催化剂技术为主
2、流的排放示处理技术十年来发展迅速。2000年我国全Mi推行国1标准，2004年实施国2标准，2007年和2010年即将实施国3（对应欧3）和国4（对应欧4）排放标准。排放法规的发展对催化剂技术提出了更高耍求随着汽车尾气排放法规越来越严格，与欧1、欧2法规相比，欧3、欧4法规中新增了对车辆行驶过程怠速冷启动排放性能、低温（-7°C）排放性能、OBD（车载H动诊断系统）性能、8-10万公里整车耐久性等排放指标的规定。为满足更严格的法规要求，国际上广泛应川的系统解决方案有前證催化剂技术、前级催化剂技术、紧耦合技术和电加热催
3、化剂技札这些技术的岀现引导着作为催化转化器核心部件的催化剂设计必须考虑3个重点。（1）提高催化材料稳定性。一方面国3、国4工况中高速行驶阶段排温高，另一方面为使催化剂尽快起燃，催化剂通常安装在发动机出口歧管处，经验温度一般为900°C-1000°C,需要催化剂在长时间高温化学气氛条件下保持稳定的催化活性。（2）改善催化材料储放氧能力。第一,国3、国4法规要求收集车辆冷启动40秒内排放的HC污染物，这些污染物将占全工况HC排放的80%,使冷启动吋HC氧化成为一项关键技术问题；笫二，与国2车辆系统相比，国3、国4车辆具备
4、的0BD系统将严格控制经过催化剂作用后废气屮的含氧量,动态验证催化剂性能在持续使用过程屮的耐久性和可靠性;笫三,良好的催化剂储放氧能力可克服汽车行驶过程屮空燃比波动带来的氧化述原气氛的改变，提供稳定的催化转化效率。（3）提高催化材料活性组分分散性，降低贵金属用量。因此，如何充分发挥稀土在催化剂中的性能，为催化剂提供更优越的助催化作用，不断提高催化剂中稀土对贵金属的替代量、改善催化剂高温稳定性能、改善催化剂抗中毒性能等工作，始终是催化剂技术研究的核心。在机动车催化剂中应用的研究现状汽午尾气净化催化剂由载体、涂层及活件组
5、分二部分组成，其中稀丄氧化物涂层是蚁关键的材料，是催化剂的活性、耐久性及贵金加用虽的主耍影响因素。因此稀土氧化物涂层材料制备、结构及性能关系的研究一直是催化研究的热点。20世纪70年代开始，稀土氧化物由于其特冇的催化性能引起了催化研究者的关注，Libby等科技人员首先将稀土元素引入汽车尾气净化催化剂中。稀十-元素縮由于外层电子充填方式4玖5』，6s?的特姝电子结构，具有可变价态和品格氧的可移动性，其优越的储放氧性能使三元催化剂助剂Ce（h,基材料率先得到广泛应川。研究初期发现，由于纯Ce02,在氧化还原过程中，会因表
6、而微孔被堵塞而造成氧化还原能力剧减，尤其在髙温850C以上，SO?容易烧结并与Y-ALO；J相互作用形成钙钛矿结构的CoAIOb,使储氧能力降低，严重影响催化剂对氧化还原反应的催化性能，英至可能导致催化剂活性的丧失。上壯纪90年代初期,如何提高Ce02的热稳定性的问题颇受关注，1994年召开的笫三届“国际催化和汽车污染控制（CAP0C）”会议上，国外学术团体报道了有关Zr02,在改善Ce02储氧能力（OSC）方面的影响。1997年仔开的第四届CAP0C和汽车工程师协会（SAE）会议上，国外学者交流了Zr02,用于稳定
7、CcO,抗热失活的良好表现。随后催化研究者在稀上氧化物la（h、PUh、NdQ以及碱十.金属氧化物BaO、ZrO,等助剂对催化剂结构和性能修饰作用等方面的研究也逐步展开大量工作。近几年來，掺杂Z汕的Ce-Zr复合氧化物催化材料所表现出的高储放氧能力、高热稳定性引起了人们的广泛关注。另外，根据口发单层分散理论，许多固体化合物在远低于其熔点的情况下，可在载体表而进行自发单层分散，并具有饱和分散阈值，有利于改善催化材料性能和效应。研究结果认为ZrO,是SO,最冇效的热稳定剂,尤其是通过掺杂离了半径较小的Zr4，-UCe”形
8、成复合氧化物来提高稀土氧化物的热稳定性和储氧功能。20世纪90年代是CexZrlxO2复合氧化物材料制备和应用技术的重要发展时期，国外対（Cr-Zr）02材料的研究首先集中在二元Ce血“2材料的制备和表征。国外己经有大量文献报道了有关溶胶凝胶法、共沉淀法、高能球磨法等多种CaZmQ复合氧化物制备方法，同时利用各种分析技术，如XRD、XPS、TP
