成果報告書詳細
管理番号20160000000842
タイトル平成26年度―平成27年度成果報告書 新規希少金属プロジェクトのための事前検討/高機能軽希土材料等の有効活用による自動車排ガス浄化触媒における白金族元素省量化の検討
公開日2017/2/4
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人東北大学 国立研究開発法人産業技術総合研究所 株式会社ルネッサンス・エナジー・リサーチ
プロジェクト番号P08023
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成26年度―平成27年度成果報告書 新規希少金属プロジェクトのための事前検討 「高機能軽希土材料等の有効活用による自動車排ガス浄化触媒における白金族元素省量化の検討」

I.マルチスケール・マルチフィジックス自動車触媒シミュレーション基盤技術の研究開発(国立大学法人東北大学)I-1.温度依存性解析:JC08モードにおいて60℃の低温化による浄化率の低下が、10%程度と見積もられた。I-2.触媒、助触媒依存性解析:PGMの50%低減かつセリア性能3倍向上により、浄化率が維持される可能性を見出した。I-3.実機との比較による検証・高精度化:JC08モード運転のシミュレーションを行い、実車試験を良く再現することを確認した。II.高機能化セリア、アルミナ材を用いた排ガス浄化性能評価の研究(株式会社ルネッサンス・エナジー・リサーチ、国立研究開発法人産業技術総合研究所)II-1.高機能化セリア、高耐熱性アルミナ材を用いた排ガス浄化触媒の試作・物性評価:高耐熱性アルミナを用いた2種類の開発触媒の1000℃のスチーミング(エージング処理)による物性変化とTWC性能変化を現状自動車触媒(国産乗用車2010年式に搭載)と比較した。2つの開発触媒は共に、有効な貴金属表面積と対応するCO吸着量について、エージング処理による低下が効果的に抑制されており、エージング後も高い貴金属表面積を保持していた。II-2.三元触媒(TWC)性能の評価:モデル排ガスを用いた定常排ガス浄化試験を行った。現状自動車触媒はエージング処理により排ガス処理性能の顕著な低下が認められ、特にNOx転化率は半減しているのに対し、開発触媒は、転化率の低下の程度は比較的小さく、エージング処理後も高い性能を維持していた。これは開発触媒の、エージング処理によるCO吸着量の低下を抑える効果が、TWC活性の耐久性向上に寄与している事を示しており、貴金属使用量を大幅に削減できる可能性を示唆している。II-3.ディーゼル酸化触媒性能:開発した高耐熱性アルミナ担体にPtとPdを担持し、耐久前後のディーゼル酸化性能評価を行った。表面ポリオール還元担持法を用いて調製した触媒は、含浸報により調製した触媒に比較して高い触媒性能を示した。III.排ガス過渡試験による触媒性能要件の検討(東北大学、ルネッサンス・エナジー・リサーチ、産業技術総合研究所)III-1.新規ラボ評価法の検討と触媒性能評価:非定常時の反応における速度パラメータを評価するため、NO-H2-O2、NO-CO-O2、およびNO-C3H6-O2反応に対する種々の昇温速度での昇温反応試験を行った。速度パラメータは小澤プロットにより求めた。3つの反応に対するNOx消費の活性化エネルギーは、定常反応時に比べて大きかった。また、ライトオフ特性と得られた活性化エネルギーの傾向に相関が見られた。III-2.白金族低減因子の解析:TEM観察と電子回折より、Rhの高分散化に有効なセリアの表面構造を推定した。また、雰囲気ガスの変化に対するCe原子価の過渡応答をCe K吸収端のDXAFSにより測定した。この結果から、Ceの還元を促進するような材料設計が有用であると考えられた。III-3.シミュレーション手法の高度化:セリア系材料のシンタリング抑制効果の解析、触媒層コート機能および人工知能融合自動高精度化機能の実装を行った。
英文要約Title: Preliminary Research For New Rare Metal Substitute Materials Development Project / Research for reduction of PGM elements in automobile exhaust gas catalysts by efficient use of light rare-earth materials (FY2014-FY2015) Final Report

I. Development research for the basic technology of the multiscale multiphysics automobile catalyst simulation. I-1. Dependency analyses on temperature: The result of the simulation at the temperatures of 60°C lower than the normal temperatures indicated that the conversion efficiency was down about 10% from the original value. I-2. Dependency analyses on PGM catalyst and promoter: The simulation for various amounts of PGM and OSCs of promoter suggested possibility of the reduction of PGM by the increased use or the development of ceria materials. I-3. Validation by comparison with real automobile exhaust tests: Results by the simulation on normal JC08 mode were confirmed to reproduce the results of real automobile exhaust tests. II. Study on the purification of exhaust gas utilizing advanced ceria and heat resistant alumina materials. II-1. Fabrication of catalysts using advanced ceria and heat resistant alumina materials and their fundamental properties: Two types of catalysts for examining three way catalytic activities were fabricated using advanced ceria and heat resistant alumina materials. Surface area, OSC and CO chemisorption uptake of developed catalysts were compared with or even superior to those of practical automotive catalyst. II-2. Evaluation of TWC performance: The practical automotive catalyst showed remarkable drop of TWC catalytic activities after aging treatment, but developed catalysts kept high performances after aging treatment. II-3. Evaluation of diesel oxidation catalytic performance: Catalysts prepared by surface polyol reduction method exhibited superior catalytic performance compared to those by conventional impregnation method. III. Research for requirements of catalytic performance by transient test of exhaust gas. III-1. Examination of a novel laboratory testing method: Kinetic parameters were calculated from Ozawa plot for NO-H2-O2, NO-CO-O2, and NO-C3H6-O2 reactions with various ramping rate. Activation energies of NOx consumption for these three reactions were found to be higher than that for the steady state reaction under model exhaust gases. III-2. Analysis on factors for PGM reduction: Surface structure of ceria advantageous for Rh dispersion was proposed from TEM and electron diffraction analysis. Transient response of Ce valence upon changes of ambient gases was observed using Ce K edge DXAFS method. Promotion of Ce reduction was found to be important for the development of Ce based OSC materials. III-3. Sophistication of the simulation method: The effect of PGM sintering suppression by ceria, a multi-layer coating of catalysts, and artificial intelligence techniques were integrated successfully with the simulation.
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