上世紀(jì)90年代以來，機(jī)動(dòng)車排放污染給人類健康和環(huán)境帶來的危害受到極大關(guān)注，城市大氣環(huán)境污染治理已成為21世紀(jì)我國可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略課題，沿用歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)體系的中國排放控制法規(guī)和以催化劑技術(shù)為主流的排放后處理技術(shù)十年來發(fā)展迅速。2000年我國全面推行國1標(biāo)準(zhǔn)，2004年實(shí)施國2標(biāo)準(zhǔn)，2007年和2010年即將實(shí)施國3（對應(yīng)歐3）和國4（對應(yīng)歐4）排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　排放法規(guī)的發(fā)展對催化劑技術(shù)提出了更高要求
　　隨著汽車尾氣排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，與歐1、歐2法規(guī)相比，歐3、歐4法規(guī)中新增了對車輛行駛過程怠速冷啟動(dòng)排放性能、低溫（-7℃）排放性能、OBD（車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)）性能、8－10萬公里整車耐久性等排放指標(biāo)的規(guī)定。為滿足更嚴(yán)格的法規(guī)要求，國際上廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案有前置催化劑技術(shù)、前級催化劑技術(shù)、緊耦合技術(shù)和電加熱催化劑技術(shù)。這些技術(shù)的出現(xiàn)引導(dǎo)著作為催化轉(zhuǎn)化器核心部件的催化劑設(shè)計(jì)必須考慮3個(gè)重點(diǎn)。
　　(1)提高催化材料穩(wěn)定性。一方面國3、國4工況中高速行駛階段排溫高，另一方面為使催化劑盡快起燃，催化劑通常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)出口歧管處，經(jīng)驗(yàn)溫度一般為900℃－1000℃，需要催化劑在長時(shí)間高溫化學(xué)氣氛條件下保持穩(wěn)定的催化活性。
　　(2)改善催化材料儲(chǔ)放氧能力。第一，國3、國4法規(guī)要求收集車輛冷啟動(dòng)40秒內(nèi)排放的HC污染物，這些污染物將占全工況HC排放的80％，使冷啟動(dòng)時(shí)HC氧化成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題；第二，與國2車輛系統(tǒng)相比，國3、國4車輛具備的OBD系統(tǒng)將嚴(yán)格控制經(jīng)過催化劑作用后廢氣中的含氧量，動(dòng)態(tài)驗(yàn)證催化劑性能在持續(xù)使用過程中的耐久性和可靠性；第三，良好的催化劑儲(chǔ)放氧能力可克服汽車行駛過程中空燃比波動(dòng)帶來的氧化還原氣氛的改變，提供穩(wěn)定的催化轉(zhuǎn)化效率。
　　(3)提高催化材料活性組分分散性，降低貴金屬用量。
　　因此，如何充分發(fā)揮稀土在催化劑中的性能，為催化劑提供更優(yōu)越的助催化作用，不斷提高催化劑中稀土對貴金屬的替代量、改善催化劑高溫穩(wěn)定性能、改善催化劑抗中毒性能等工作，始終是催化劑技術(shù)研究的核心。
　　在機(jī)動(dòng)車催化劑中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀
　　汽車尾氣凈化催化劑由載體、涂層及活性組分三部分組成，其中稀土氧化物涂層是最關(guān)鍵的材料，是催化劑的活性、耐久性及貴金屬用量的主要影響因素。因此稀土氧化物涂層材料制備、結(jié)構(gòu)及性能關(guān)系的研究一直是催化研究的熱點(diǎn)。

　　20世紀(jì)70年代開始，稀土氧化物由于其特有的催化性能引起了催化研究者的關(guān)注，Libby等科技人員首先將稀土元素引入汽車尾氣凈化催化劑中。稀土元素鈰由于外層電子充填方式4f1，5d1，6s2的特殊電子結(jié)構(gòu)，具有可變價(jià)態(tài)和晶格氧的可移動(dòng)性，其優(yōu)越的儲(chǔ)放氧性能使三元催化劑助劑CeO2，基材料率先得到廣泛應(yīng)用。研究初期發(fā)現(xiàn)，由于純CeO2，在氧化還原過程中，會(huì)因表面微孔被堵塞而造成氧化還原能力劇減，尤其在高溫850℃以上，CeO2容易燒結(jié)并與γ-Al2O3相互作用形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CeAlO3，使儲(chǔ)氧能力降低，嚴(yán)重影響催化劑對氧化還原反應(yīng)的催化性能，甚至可能導(dǎo)致催化劑活性的喪失。上世紀(jì)90年代初期，如何提高CeO2的熱穩(wěn)定性的問題頗受關(guān)注，1994年召開的第三屆“國際催化和汽車污染控制（CAPOC）”會(huì)議上，國外學(xué)術(shù)團(tuán)體報(bào)道了有關(guān)Zr02，在改善CeO2儲(chǔ)氧能力（OSC）方面的影響。1997年召開的第四屆CAPOC和汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）會(huì)議上，國外學(xué)者交流了Zr02，用于穩(wěn)定Ce02抗熱失活的良好表現(xiàn)。隨后催化研究者在稀土氧化物L(fēng)a2O3、Pr203、Nd2O3以及堿土金屬氧化物BaO、ZrO2等助劑對催化劑結(jié)構(gòu)和性能修飾作用等方面的研究也逐步展開大量工作。近幾年來，摻雜Zr4+的Ce-Zr復(fù)合氧化物催化材料所表現(xiàn)出的高儲(chǔ)放氧能力、高熱穩(wěn)定性引起了人們的廣泛關(guān)注。另外，根據(jù)自發(fā)單層分散理論，許多固體化合物在遠(yuǎn)低于其熔點(diǎn)的情況下，可在載體表面進(jìn)行自發(fā)單層分散，并具有飽和分散閾值，有利于改善催化材料性能和效應(yīng)。研究結(jié)果認(rèn)為Zr02是Ce02最有效的熱穩(wěn)定劑，尤其是通過摻雜離子半徑較小的Zr4+與Ce4+形成復(fù)合氧化物來提高稀土氧化物的熱穩(wěn)定性和儲(chǔ)氧功能。20世紀(jì)90年代是CexZr1-xO2復(fù)合氧化物材料制備和應(yīng)用技術(shù)的重要發(fā)展時(shí)期，國外對(Cr-Zr)O2材料的研究首先集中在二元CexZr1-xO2材料的制備和表征。國外已經(jīng)有大量文獻(xiàn)報(bào)道了有關(guān)溶膠凝膠法、共沉淀法、高能球磨法等多種CexZr1-xO2復(fù)合氧化物制備方法，同時(shí)利用各種分析技術(shù)，如XRD、XPS、TPR、Rama等研究了CexZr1-xO2的結(jié)構(gòu)、組成（Ce/Zr的不同比例）與儲(chǔ)氧能力（OSC）的關(guān)系，對進(jìn)一步合成新型高性能催化材料起到了很好的作用。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合汽車催化劑排放控制特性的應(yīng)用研究，進(jìn)入CexZr1-xO2改性技術(shù)研究階段。上世紀(jì)90年代中期，國際知名的(Cr-Zr)O2材料生產(chǎn)商法國羅納普朗克公司、加拿大AMR公司和美國的MEI公司等開始把研究焦點(diǎn)集中在引入Pr、Nd、La、Th等稀土元素的第三代三元和四元CexZr1-xO2復(fù)合氧化物新材料的研發(fā)上，多元鈰鋯材料的研究被廣泛開展，從而改善催化劑OSC和低溫起燃特性以滿足更高排放標(biāo)準(zhǔn)。2000年以來，國外多元CexZr1-xO2復(fù)合氧化物制備技術(shù)已成熟地、大量地應(yīng)用于各類汽車催化劑中，在提供更高催化活性和更長耐久性方面展現(xiàn)出突出作用。隨著全球排放法規(guī)的更加嚴(yán)格和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車催化劑的市場競爭也越來越激烈；尤其是在中國，市場低成本化技術(shù)的博弈使全球各大催化劑公司的研究焦點(diǎn)開始集中在稀土替代貴金屬以降低成本的方向上。2005年，E.Rohart等科技人員報(bào)道了利用CexZr1-xO2固溶體與貴金屬的預(yù)屏蔽技術(shù)提高熱穩(wěn)定性、降低貴金屬用量的最新研究結(jié)果，使貴金屬含量為22-35g/ft3的三效催化劑達(dá)到了歐3和歐4排放標(biāo)準(zhǔn)。2006年福特汽車公司則宣布其50％的汽車催化裝置采用稀土元素部分替代貴金屬元素的低成本技術(shù)。

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