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公開番号2025027415
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2023218793
出願日2023-12-26
発明の名称酸素吸放出材及び排ガス浄化用触媒
出願人トヨタ自動車株式会社,国立大学法人京都工芸繊維大学
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類C01G 49/00 20060101AFI20250219BHJP(無機化学)
要約【課題】本発明は、低温作動性及び酸素吸放出能が改善した酸素吸放出材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、式(0):RE(Fe_1-aM_a)₃Sr₃O_10-δ(式中、REは、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd及びLaよりなる群から選択される1種以上であり、Mは、Mn、Ni及びCoよりなる群から選択される1種以上であり、aは0以上1未満の実数であり、δは0以上1未満の実数である。)によって表される、ルドルスデン・ポッパータイプの層状ペロブスカイト型複合酸化物を含有する、酸素吸放出材、及び該酸素吸放出材を用いた排ガス浄化用触媒に関する。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（０）によって表される、ルドルスデン・ポッパータイプの層状ペロブスカイト型複合酸化物を含有する、酸素吸放出材。
ＲＥ（Ｆｅ
１－ａ
Ｍ
ａ
）
３
Ｓｒ
３
Ｏ
１０－δ
（０）
（式中、ＲＥは、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ及びＬａよりなる群から選択される１種以上であり、Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｏよりなる群から選択される１種以上であり、ａは０以上１未満の実数であり、δは０以上１未満の実数である。）
続きを表示（約 550 文字）【請求項２】
下記式（１）によって表される、ルドルスデン・ポッパータイプの層状ペロブスカイト型複合酸化物を含有する、酸素吸放出材。
Ｌａ（Ｆｅ
１－ａ
Ｍ
ａ
）
３
Ｓｒ
３
Ｏ
１０－δ
（１）
（式中、Ｍは、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｏよりなる群から選択される１種以上であり、ａは０以上１未満の実数であり、δは０以上１未満の実数である。）
【請求項３】
前記式（０）及び（１）において、ａが０である、請求項１又は２に記載の酸素吸放出材。
【請求項４】
前記式（０）及び（１）において、ａが０超１未満の実数である、請求項１又は２に記載の酸素吸放出材。
【請求項５】
前記式（０）及び（１）において、ａが０．１以上０．３以下の実数である、請求項４に記載の酸素吸放出材。
【請求項６】
前記式（０）において、ＲＥが、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ及びＧｄよりなる群から選択される１種以上である、請求項１に記載の酸素吸放出材。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の酸素吸放出材と、前記酸素吸放出材に担持された貴金属とを含む、排ガス浄化用触媒。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は酸素吸放出材及び該酸素吸放出材を用いた排ガス浄化用触媒に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
世界規模でのモータリゼーションの進展から、自動車の販売台数は増加傾向にあり、地球環境保全の観点から、自動車用排ガス浄化用触媒には、高性能化が求められている。ガソリンエンジン用の触媒として主流となっている三元触媒は、空燃比センサーと電子式燃料噴射装置から成るフィードバック制御システムにより、窒素酸化物（ＮＯ
ｘ
）等の酸化剤と一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣｓ）等の還元剤が化学当量分生成する空燃比でこれらを過不足なく浄化するが、運転状況に応じて排ガス組成が激しく変動する環境下では、その浄化能力を十分発揮できない。
【０００３】
三元触媒に含まれる酸素吸放出材は、このような空燃比変動時に、固体内陽イオンのレドックス反応によって酸素を吸脱離し、酸化剤と還元剤を触媒が機能できる化学量論比に調整する。このような酸素吸放出能（酸素吸蔵能又は酸素貯蔵能ともいう）を有する材料としては、従来からセリア（ＣｅＯ
２
）が用いられており、近年では、セリアを含有する様々な種類の複合酸化物が研究され、特にセリア－ジルコニア（ＣｅＯ
２
－ＺｒＯ
２
）系複合酸化物が広く用いられている。しかし、セリア－ジルコニア系複合酸化物の酸素吸放出量は理論限界に近付いている状況にある。
【０００４】
セリア－ジルコニア系複合酸化物中のセリウムイオンの限界を超えられる陽イオン種としては、セリウムイオンに比べて原子量が小さな第一遷移金属イオンが挙げられ、種々の遷移金属系複合酸化物が開発されている。例えば、特許文献１には、酸化第二鉄（Ｆｅ
２
Ｏ
３
）、ジルコニア（ＺｒＯ
２
）及び希土類元素酸化物を含有する複合酸化物からなる酸素貯蔵材料が開示されているが、これらの鉄系酸素吸放出材の酸素吸放出能は必ずしも十分なものではなかった。
【０００５】
セリア－ジルコニア系複合酸化物からなる酸素吸放出材と、鉄系酸素吸放出材におけるこの性能差は、鉄イオンとセリウムイオンの化学的性質の違いによると考えられる。具体的には、酸化第二鉄等に含まれる３価の鉄イオンの２５℃水溶液中一電子反応（Ｆｅ
３＋
＋ｅ
－
＝Ｆｅ
２＋
）における標準電極電位は０．７７１Ｖであり、セリウムイオン（Ｃｅ
４＋
）の同電位１．７１Ｖと比べて低いことから、化学的に還元され難い性質を示す。また、酸化第一鉄等に含まれる２価の鉄イオンから０価金属となる反応（Ｆｅ
２＋
＋２ｅ
－
＝Ｆｅ
０
）における同電位は－０．４４Ｖであるのに対し、三価のセリウムイオン（Ｃｅ
３＋
）から０価金属となる反応（Ｃｅ
３＋
＋３ｅ
－
＝Ｃｅ
０
）における同電位は－２．３４Ｖであることから、Ｆｅ
２＋
はＣｅ
３＋
に比べて容易に還元される化学的性質を有すると考えられる。このような化学的性質の違いにより、酸素吸放出能において、酸化第二鉄は酸化セリウムに比べて一般的に作動温度が高く、還元雰囲気において０価金属への還元による酸化物構造の崩壊を生じ、これらの改善が鉄系酸素吸放出材を検討する上での大きな課題の一つであった。
【０００６】
この課題を鑑み、高温還元雰囲気において構造崩壊を伴わないレドックス反応（トポタクティック転移）可能な鉄系複合酸化物が開発されている。例えば、非特許文献１には、優れた酸素吸放出能と高い還元耐性を発揮するストロンチウム－鉄系複合酸化物Ｓｒ
３
Ｆｅ
２
Ｏ
７－δ
が開示されている。しかし、Ｓｒ
３
Ｆｅ
２
Ｏ
７－δ
は、酸素吸放出能において作動温度が高く、また、酸素吸放出能についてさらなる改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１３－２４１３２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 13540-13545
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記の通り、従来の鉄系酸素吸放出材においては、低温作動性及び酸素吸放出能についてさらなる改善が求められることがあった。それ故、本発明は、低温作動性及び酸素吸放出能が改善した酸素吸放出材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、所定の組成を有する、ルドルスデン・ポッパータイプの層状ペロブスカイト型複合酸化物が優れた低温作動性及び高い酸素吸放出能を有することを見出し、本発明を完成した。
（【００１１】以降は省略されています）

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