高表面积催化剂相关申请交叉引用
本申请要求2013年9月23日提交的美国临时专利申请No.61/881,337、2014年4月
25日提交的美国临时专利申请No.61/984,654、2014年7月29日提交的美国临时专利申请
No.62/030,550、2014年7月29日提交的美国临时专利申请No.62/030,555和2014年7月29日
提交的美国临时专利申请No.62/030,557的优先权权益。通过引用将那些申请的全部内容
结合到本文中。
发明领域
本发明涉及催化剂的领域，更具体而言，纳米颗粒催化剂。
发明背景
在固态催化剂中，催化剂的效率是部分基于暴露于目标基底的催化剂表面积的
量。对催化材料的用量而言，较小且多孔的颗粒可产生较大的表面积。然而，市售的固态催
化剂未能完全使催化剂表面积最佳化。
市售催化转化器使用通过湿化学方法沉积到基底上的铂族金属(PGM)催化剂，例
如铂离子和/或钯离子从溶液中沉淀到基底上。这些PGM催化剂是催化转化器成本的可观部
分。因此，用于生产催化转化器的PGM催化剂的量的任何降低是理想的。市售催化转化器还
显示出称为“老化”的现象，在这期间它们随时间变得不太有效，这部分地是由于PGM催化剂
聚集，导致降低的表面积。因此，老化效应的降低也是理想的，以便延长催化转化器控制排
放的效力。
发明概述
本发明提供新材料，其包含纳米颗粒，例如金属氧化物纳米颗粒、混合金属氧化物
纳米颗粒、包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒的复合纳米颗粒，或者上述纳米颗粒的任何
组合，所述纳米颗粒通过使用承载体材料而桥联在一起，因此形成高度多孔的微米级颗粒。
在新材料的一个实施方案中，包含纳米级金属氧化物，例如氧化铝、二氧化铈，或
者混合金属氧化物，例如铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物的颗粒通过
使用承载体材料而桥联在一起。承载体材料可以为金属氧化物，例如氧化铝或二氧化铈，或
者混合金属氧化物，例如铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。在一个实施
方案中，纳米级氧化铝颗粒使用包含或者反应形成氧化铝的承载体材料桥联在一起。在另
一实施方案中，纳米级二氧化铈颗粒使用包含或者反应形成二氧化铈的承载体材料桥联在
一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或
者反应形成铈-锆-镧氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆-
镧-钇氧化物的承载体材料桥联在一起。在另一实施方案中，纳米级铈-锆氧化物颗粒使用
包含或者反应形成二氧化铈的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆
氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆-镧氧化物的承载体材
料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆-镧-钇氧化物的承载体材料桥联在一起。
在另一实施方案中，纳米级铈-锆-镧氧化物颗粒使用包含或者反应形成二氧化铈的承载体
材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆氧化物的承载体材料桥联在一起；或者
使用包含或者反应形成铈-锆-镧氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应
形成铈-锆-镧-钇氧化物的承载体材料桥联在一起。在另一实施方案中，纳米级铈-锆-镧-
钇氧化物颗粒使用包含或者反应形成二氧化铈的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或
者反应形成铈-锆氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆-镧
氧化物的承载体材料桥联在一起；或者使用包含或者反应形成铈-锆-镧-钇氧化物的承载
体材料桥联在一起。
在新材料的一个实施方案中，进一步增强催化效率且具有最小的PGM用量，同时降
低催化老化效应的催化颗粒是理想的。
在一些实施方案中，催化材料包含多孔承载体和嵌入多孔承载体内的多个复合纳
米颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。
在一些实施方案中，催化材料为微米级颗粒。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包
含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂。在一些实施方案中，催化
纳米颗粒包含钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂和钯。在一些实施方案中，催化
纳米颗粒包含铑。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含约1:2铂:钯至约25:1铂:钯重量比的铂和
钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含约2:1铂:钯至约10:1铂:钯重量比的铂和钯。在
一些实施方案中，催化纳米颗粒包含约2:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化
纳米颗粒包含约10:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂且基
本不含钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含钯且基本不含铂。在一些实施方案中，复
合纳米颗粒包含约0.001重量％至约20重量％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒
包含约0.5重量％至约1.5重量％铂族金属。
在一些实施方案中，载体纳米颗粒具有10nm至20nm的平均直径。在一些实施方案
中，催化纳米颗粒具有0.3nm至10nm的平均直径。
在一些实施方案中，载体纳米颗粒包含金属氧化物。在一些实施方案中，包含金属
氧化物的载体纳米颗粒包含氧化铝。在一些实施方案中，包含金属氧化物的载体纳米颗粒
包含二氧化铈。在一些实施方案中，载体纳米颗粒为混合金属氧化物。在一些实施方案中，
混合金属氧化物包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。
在一些实施方案中，多孔承载体由聚合的间苯二酚形成。在一些实施方案中，多孔
承载体包含二氧化硅。在一些实施方案中，多孔承载体由包含无定形碳的混合物形成。在一
些实施方案中，多孔承载体包含金属氧化物。在一些实施方案中，多孔承载体由包含金属氧
化物和聚合的间苯二酚的混合物形成。在一些实施方案中，金属氧化物为氧化铝或者包含
氧化铝。在一些实施方案中，金属氧化物为二氧化铈或者包含二氧化铈。在一些实施方案
中，金属氧化物为混合金属氧化物或者包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属
氧化物包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。在一些实施方案中，多孔
承载体具有大于约200m2/g的平均孔表面积。在这些实施方案中的每一个中，多孔承载体围
绕纳米颗粒或复合纳米颗粒形成，且纳米颗粒或复合纳米颗粒嵌入多孔承载体内。
在一些实施方案中，多孔承载体具有约1nm至约200nm的平均孔径。
在一些实施方案中，制备多孔催化材料的方法包括将复合纳米颗粒与包含承载体
前体的流体混合，其中复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒；将承载体前体固
化以形成固化承载体，其中复合纳米颗粒嵌入固化承载体内；和除去一部分固化承载体以
形成多孔催化材料。在这些实施方案中，多孔承载体围绕纳米颗粒或复合纳米颗粒形成。
在一些实施方案中，除去一部分固化承载体(所述承载体已围绕纳米颗粒或复合
纳米颗粒形成)的操作包括将固化承载体煅烧以烧掉一部分固化承载体。在一些实施方案
中，该方法进一步包括在将复合纳米颗粒与包含承载体前体的流体混合以前形成包含分散
的复合纳米颗粒的流体。在一些实施方案中，承载体前体包含铝、二氧化硅、间苯二酚或无
定形碳中的一种或多种。在一些实施方案中，承载体前体包含铝和间苯二酚；铝可作为氧化
铝存在。在一些实施方案中，承载体前体包含铈和间苯二酚；铈可作为二氧化铈存在。在一
些实施方案中，承载体前体包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属氧化物包含
铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。
在一些实施方案中，承载体前体包含铝和无定形碳；铝可以以氧化铝的形式存在。
在一些实施方案中，承载体前体包含铈和无定形碳；铈可以以二氧化铈的形式存在。在一些
实施方案中，承载体前体通过沉淀固化且复合纳米颗粒与固化承载体共沉淀。在一些实施
方案中，承载体前体通过聚合固化。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含铑。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂和钯。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含约1:2铂:钯至约25:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米
颗粒包含约2:1铂:钯至约10:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包
含约2:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含约10:1铂:钯重量比
的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂且基本不含钯。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含钯且基本不含铂。
在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至约50％铂族金属。在一些实施
方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至约40％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗
粒包含约0.001％至约30％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至
约20％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.5％至约1.5％铂族金属。在一
些实施方案中，载体纳米颗粒具有约10nm至约20nm的平均直径。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒具有约0.3nm至约10nm的平均直径。在一些实施
方案中，载体纳米颗粒包含金属氧化物。在一些实施方案中，金属氧化物为氧化铝或者包含
氧化铝。在一些实施方案中，金属氧化物为二氧化铈或者包含二氧化铈。在一些实施方案
中，金属氧化物为混合金属氧化物或者包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属
氧化物包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。在一些实施方案中，将催
化材料煅烧。在一些实施方案中，该方法进一步包括将所得催化材料加工成微米级颗粒。在
一些实施方案中，将所得催化材料研磨以形成微米级颗粒。
在一些实施方案中，经涂覆的基底包含基底和含催化活性颗粒的洗涂层，其中催
化活性颗粒包含多孔承载体和嵌入多孔承载体内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗
粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。多孔承载体围绕复合纳米颗粒形成。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含铂和钯。在一些实施方案中，多孔承载体由聚合的间苯二酚形成。在一些实
施方案中，多孔承载体包含二氧化硅。在一些实施方案中，多孔承载体由包含无定形碳的混
合物形成。在一些实施方案中，多孔承载体包含金属氧化物。在一些实施方案中，多孔承载
体由包含金属氧化物和聚合的间苯二酚的混合物形成。在一些实施方案中，金属氧化物为
氧化铝或者包含氧化铝。在一些实施方案中，金属氧化物为二氧化铈或者包含二氧化铈。在
一些实施方案中，金属氧化物为混合金属氧化物或者包含混合金属氧化物；在一些实施方
案中，混合金属氧化物为铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物或者包含铈-
锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。在一些实施方案中，多孔承载体具有大
于200m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔承载体具有1nm至200nm的平均孔径。
在一些实施方案中，基底包含堇青石。在一些实施方案中，基底包含蜂窝结构。在这些实施
方案中，多孔承载体围绕纳米颗粒或复合纳米颗粒形成。
在一些实施方案中，催化转化器包含经涂覆的基底。在一些实施方案中，废气处理
系统包含废气导管和催化转化器。
在一些实施方案中，洗涂组合物包含催化活性颗粒，其中催化活性颗粒包含多孔
承载体和嵌入多孔承载体内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒
和催化纳米颗粒。多孔承载体围绕复合纳米颗粒形成。
在一些实施方案中，将催化活性颗粒悬浮于pH3-5的含水介质中。在一些实施方案
中，催化纳米颗粒包含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂和钯。
在一些实施方案中，多孔承载体由聚合的间苯二酚形成。在一些实施方案中，多孔承载体包
含二氧化硅。在一些实施方案中，多孔承载体由包含无定形碳的混合物形成。在一些实施方
案中，多孔承载体包含金属氧化物。在一些实施方案中，多孔承载体由包含金属氧化物和聚
合的间苯二酚的混合物形成。在一些实施方案中，金属氧化物为氧化铝或者包含氧化铝。在
一些实施方案中，金属氧化物为二氧化铈或者包含二氧化铈。在一些实施方案中，金属氧化
物为混合金属氧化物或者包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属氧化物为铈-
锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物或者包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物
或铈-锆-镧-钇氧化物。在一些实施方案中，多孔承载体具有大于200m2/g的平均孔表面积。
在一些实施方案中，多孔承载体具有1nm至200nm的平均孔径。
在一些实施方案中，形成经涂覆的基底的方法包括用洗涂组合物涂覆基底。该方
法进一步包括在用洗涂组合物涂覆以后煅烧基底。
在一些实施方案中，催化材料包含含可燃组分和不可燃组分的承载体，和嵌入凝
胶内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。
在一些实施方案中，可燃组分为无定形碳。在一些实施方案中，可燃组分为可燃凝
胶。在一些实施方案中，可燃组分为聚合的间苯二酚。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包
含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铑。在一些实施方案中，催化
纳米颗粒包含铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:1铂:钯重量比
的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含2:1铂:钯至10:1铂:钯重量比的铂和钯。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含2:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化
纳米颗粒包含10:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂且基本
不含钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含钯且基本不含铂。在一些实施方案中，复合
纳米颗粒包含0.001重量％至20重量％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含
0.5重量％至1.5重量％铂族金属。
在一些实施方案中，载体纳米颗粒具有10nm至20nm的平均直径。在一些实施方案
中，催化纳米颗粒具有0.3nm至10nm的平均直径。在一些实施方案中，载体纳米颗粒包含金
属氧化物。在一些实施方案中，包含金属氧化物的载体纳米颗粒包含氧化铝。在一些实施方
案中，包含金属氧化物的载体纳米颗粒包含二氧化铈。在一些实施方案中，包含金属氧化物
的载体纳米颗粒包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属氧化物包含铈-锆氧化
物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。
在一些实施方案中，制备催化材料的方法包括将复合纳米颗粒与包含承载体前体
的流体混合，其中复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒；和将承载体前体固化
以形成固化承载体，其中复合纳米颗粒嵌入固化承载体内，其中承载体已围绕复合纳米颗
粒形成。
在一些实施方案中，该方法进一步包括在将复合纳米颗粒与包含承载体前体的流
体混合以前形成包含分散的复合纳米颗粒的流体。在一些实施方案中，承载体前体包含可
燃组分和不可燃组分。在一些实施方案中，可燃组分包含间苯二酚或无定形碳。在一些实施
方案中，不可燃组分包含铝或二氧化硅。在一些实施方案中，承载体前体包含氯化铝。在一
些实施方案中，承载体前体包含硝酸铈。在一些实施方案中，承载体前体包含硝酸铈和硝酸
氧锆。在一些实施方案中，承载体前体包含硝酸铈、硝酸氧锆和乙酸镧。在一些实施方案中，
承载体前体包含硝酸铈、硝酸氧锆、乙酸镧和硝酸钇。在一些实施方案中，承载体前体通过
沉淀固化且复合纳米颗粒与固化承载体共沉淀。在一些实施方案中，承载体前体通过聚合
固化。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含至少一种铂族金属。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含铑。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂和钯。在一些实施方案中，催
化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒
包含2:1铂:钯至10:1铂:钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含2:1铂:
钯重量比的铂和钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含10:1铂:钯重量比的铂和钯。在
一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂且基本不含钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包
含钯且基本不含铂。
在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至约50％铂族金属。在一些实施
方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至约40％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗
粒包含约0.001％至约30％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.001％至
约20％铂族金属。在一些实施方案中，复合纳米颗粒包含约0.5％至约1.5％铂族金属。在一
些实施方案中，载体纳米颗粒具有约10nm至约20nm的平均直径。
在一些实施方案中，载体纳米颗粒具有10nm至20nm的平均直径。在一些实施方案
中，催化纳米颗粒具有0.3nm至10nm的平均直径。在一些实施方案中，载体纳米颗粒包含金
属氧化物。在一些实施方案中，金属氧化物为氧化铝或者包含氧化铝。在一些实施方案中，
金属氧化物为二氧化铈或者包含二氧化铈。在一些实施方案中，金属氧化物为混合金属氧
化物或者包含混合金属氧化物；在一些实施方案中，混合金属氧化物为铈-锆氧化物、铈-
锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物或者包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇
氧化物。
在一些实施方案中，本发明包含含有纳米颗粒和多孔承载体材料的多孔材料。纳
米颗粒可以为金属氧化物纳米颗粒、混合金属氧化物纳米颗粒或复合纳米颗粒中的任一
种；或者可以为金属氧化物纳米颗粒和复合纳米颗粒的混合物，例如氧化铝纳米颗粒和复
合纳米颗粒的混合物，或者二氧化铈纳米颗粒和复合纳米颗粒的混合物；或者可以为混合
金属氧化物纳米颗粒和复合纳米颗粒的混合物；或者可以为金属氧化物纳米颗粒和混合金
属氧化物纳米颗粒的混合物；或者可以为金属氧化物纳米颗粒、混合金属氧化物纳米颗粒
和复合纳米颗粒的混合物。在上述实施方案中的任一个中，金属氧化物纳米颗粒可包含氧
化铝，或者金属氧化物纳米颗粒可包含二氧化铈，或者金属氧化物纳米颗粒可包含氧化铝
纳米颗粒和二氧化铈纳米颗粒的混合物，或者金属氧化物纳米颗粒可包含氧化铝纳米颗
粒、二氧化铈纳米颗粒、铈-锆氧化物纳米颗粒、铈-锆-镧氧化物纳米颗粒和铈-锆-镧-钇氧
化物纳米颗粒的混合物。在上述实施方案中的任一个中，复合纳米颗粒可包含催化纳米颗
粒和载体纳米颗粒；载体纳米颗粒可以为氧化铝、二氧化铈、铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物
或铈-锆-镧-钇氧化物。在上述实施方案中的任一个中，催化纳米颗粒可包含铑、铂、钯或铂
和钯的合金。在上述实施方案中的任一个中，多孔承载体材料可以为氧化铝；在优选实施方
案中，当金属氧化物纳米颗粒存在于承载体材料中且为氧化铝时，和/或当复合纳米颗粒存
在于承载体材料中且复合纳米颗粒的载体纳米颗粒为氧化铝时，多孔承载体材料为氧化
铝。在上述实施方案中的任一个中，多孔承载体材料可以为二氧化铈；在优选实施方案中，
当金属氧化物纳米颗粒存在于承载体材料中且为二氧化铈时，和/或当复合纳米颗粒存在
于承载体材料中且复合纳米颗粒的载体纳米颗粒为二氧化铈时，多孔承载体材料为二氧化
铈。在所有上述实施方案中，多孔承载体材料围绕纳米颗粒形成。在所有上述实施方案中，
可将包含纳米颗粒和多孔承载体材料的多孔材料研磨或者成形为包含纳米颗粒和多孔承
载体材料的微米级多孔材料颗粒。在其中存在复合纳米颗粒且复合颗粒的载体颗粒的组成
没有另外指明的所有上述实施方案中，载体纳米颗粒可以为混合金属氧化物。
附图简述
图1描述的是根据本发明一些实施方案的催化转化器。图1A显示图1局部的放大
图。
图2为使用本发明一个实施方案的催化转化器(空心三角形)与标准市售催化转化
器(填充正方形、填充菱形和填充三角形)和使用美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,
679,433)中所述的“nano-on-nano-on-micron”或NNm颗粒的催化转化器(填充圆)的CO起燃
温度相对于PGM负载的图。
图3为使用本发明另一实施方案的催化转化器(空心三角形)与标准市售催化转化
器(填充正方形、填充菱形和填充三角形)和使用美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,
679,433)中所述的“nano-on-nano-on-micron”或NNm颗粒的催化转化器(填充圆)的CO起燃
温度相对于PGM负载的图。
发明详述
描述了包含催化活性材料，例如嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒的颗粒、洗涂
层、层和催化转化器。还描述了制备和使用这些材料的方法。发现通过将复合纳米颗粒催化
剂嵌入多孔承载体内，所述催化剂提供了与现有催化剂，例如使用湿化学方法或者利用纳
米颗粒的其它技术制备的催化剂相比提高的性能，例如由降低的一氧化碳“起燃”温度和降
低的铂族金属负载所说明的那样。
所述多孔承载体围绕复合纳米颗粒形成。围绕复合纳米颗粒的多孔承载体容许待
处理流体如废气缓慢流过多孔承载体的孔并接触嵌入多孔承载体内的非常高表面积的催
化颗粒。该高表面例如通过要求较低量的铂族金属而使得催化更有效。围绕复合纳米颗粒
的多孔承载体还将复合纳米颗粒锁在原位而降低了催化颗粒的聚集。嵌入多孔承载体内的
催化复合纳米颗粒可包括附着在载体纳米颗粒上的催化纳米颗粒，形成“nano-on-nano”复
合纳米颗粒。与使用预成型多孔承载体颗粒(例如微米级氧化铝颗粒)作为复合纳米颗粒的
承载体的方法不同，多孔承载体围绕复合纳米颗粒形成。多孔承载体如下所述围绕复合纳
米颗粒形成：将纳米颗粒分散于多孔承载体的前体中；然后将多孔承载体的前体转化成多
孔承载体，因此形成围绕复合纳米颗粒的多孔承载体。
如本领域技术人员所知，如本文所用，当描述嵌入多孔承载体内的纳米颗粒时，术
语“嵌入”指在多孔承载体围绕纳米颗粒形成时(通常是通过使用本文所述方法形成时)产
生的纳米颗粒在多孔承载体中的构造。即，所得结构包含纳米颗粒，以及围绕或环绕纳米颗
粒而构建的多孔承载体骨架。多孔承载体围绕纳米颗粒，同时借助其多孔性，多孔承载体容
许外部气体接触嵌入的纳米颗粒。
如本文所述，具有嵌入的复合纳米颗粒的多孔承载体可用于制备微米级催化颗
粒。该构造提供与如下所述微米级颗粒相比的优点：仅在预成型微米级承载体颗粒的表面
上或者表面可达孔内带有复合纳米颗粒(表面可达孔为微米级承载体颗粒的足够大以接受
复合纳米颗粒且可从表面到达复合纳米颗粒的孔)。在使用微米级颗粒表面上或者表面可
达孔内带有复合纳米颗粒的微米级承载体颗粒的技术中，通常将复合纳米颗粒的浆料施涂
于预成型微米级颗粒，例如市售微米级金属氧化物颗粒上，直至初始润湿点。该方法将复合
纳米颗粒浸渍在微米级承载体颗粒的表面上和微米级承载体颗粒的足够大以接受复合纳
米颗粒的孔(表面可达孔)内。此外，当仅将复合纳米颗粒施涂于微米级承载体颗粒表面上
时，一些复合纳米颗粒可能被埋在微米颗粒的孔内的其它复合纳米颗粒下面，因此是目标
气体不可到达的并且不能贡献于催化活性。
在一些实施方案中，嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒通过将复合纳米颗粒，例
如US 2011/0143915(通过引用将其全部结合到本文中)中所述的那些与包含承载体前体的
流体混合而制备。然后将承载体前体固化，例如通过将承载体前体组分沉淀或聚合而进行，
锁住嵌入承载体内的复合纳米颗粒。然而，围绕复合纳米颗粒形成的承载体的高孔隙率确
保流过多孔承载体的气体能够接触嵌入的纳米颗粒。在一些实施方案中，承载体前体包含
可燃组分，例如聚合的有机凝胶或无定形碳，和不可燃组分，例如金属氧化物，例如氧化铝。
在一些实施方案中，承载体前体包含可燃组分，例如聚合的有机凝胶或无定形碳，和不可燃
组分，例如金属氧化物的前体，例如氯化铝、硝酸铈、硝酸氧锆、乙酸镧，或者硝酸钇。在一些
实施方案中，除去固化承载体的一部分，例如可燃组分，例如通过将材料煅烧而除去，产生
嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒。在一些实施方案中，将所得催化材料加工成微米级颗
粒，称为“nano-on-nano-in-micro”或“NNiM”颗粒。
NNiM颗粒可用于许多催化应用中。例如，在一些实施方案中，NNiM颗粒可用于洗涂
配制剂中，所述配制剂可涂覆在用于制备催化转化器的催化基底上。使用NNiM颗粒的经涂
覆的基底和催化转化器有效地催化车辆排放的废气。
用于生产NNiM颗粒的复合纳米颗粒包含催化纳米颗粒和载体纳米颗粒，它们结合
在一起形成nano-on-nano复合纳米颗粒。然后将这些复合纳米颗粒嵌入围绕复合纳米颗粒
形成的多孔承载体内，其可用于形成微米级催化活性颗粒。复合纳米颗粒可例如在等离子
体反应器中以产生一致的nano-on-nano复合颗粒的方式制备。然后将这些复合颗粒嵌入围
绕复合纳米颗粒形成的多孔承载体内，其可用于制备具有嵌入的复合纳米颗粒的多孔微米
级催化活性颗粒，所述多孔微米级催化活性颗粒可提供与先前催化剂相比在催化剂寿命方
面更好的性能和/或在催化剂寿命期内的更少的性能降低，所述先前催化剂例如为使用湿
化学方法或其它纳米颗粒技术制备的催化剂，例如使用复合纳米颗粒位于微米级颗粒表面
上的那些。
当在本文中使用术语“约”或者术语“大约”表述数值时，应当理解既包括所述值，
又包括合理地接近所述值的值。例如，描述“约50℃”或“大约50℃”包括50℃本身以及接近
50℃的值。因此，短语“约X”或“大约X”包括值X本身的描述。如果表明的是范围，例如“大约
50℃至60℃”，则应当理解包括端点所表明的值，并且包括对各个端点或两个端点而言，接
近各个端点或者两个端点的值；即“大约50℃至60℃”等于描述的是“50℃至60℃”以及“大
约50℃至大约60℃”。
措辞“基本”不排除“完全”。例如，“基本不含”Y的组合物可以完全不含Y。术语“基
本不含”容许痕量或天然存在的杂质。应当指出，在制造期间，或者在操作期间(特别是经长
时间)，存在于一个洗涂层中的少量材料可扩散、迁移或者其他方式移动到其它洗涂层中。
因此，术语“基本不存在”和“基本不含”的使用不解释为绝对排除次要量的所提及材料。如
果需要的话，措辞“基本”可从本发明的定义中省略。
本公开内容提供几个实施方案。可想到的是来自任何实施方案的任何特征可与来
自任何其它实施方案的任何特征组合。以这种方式，所述特征的混杂构造在本发明的范围
内。
应当理解，对组合物中的相对重量百分比的提及假定的是组合物中所有组分的合
并总重量百分比合计达100。应当进一步理解可向上或向下调整一种或多种组分的相对重
量百分比使得组合物中组分的重量％合计为总共100，条件是任何具体组分的重量百分比
不落入关于该组分所述的范围极限之外。
本公开内容涉及颗粒和粉末二者。这两个术语是等价的，一个例外是单数形式的
词“粉末(powder)”指颗粒的集合。本发明可适用于各种粉末和颗粒。本领域技术人员通常
理解，术语“纳米颗粒”和“纳米级颗粒”包括直径为纳米级，通常约0.3nm至500nm、约0.5nm
至500nm、约1nm至500nm、约1nm至100nm、约1nm至50nm、约0.3nm至约10nm，或者约10nm至约
20nm的颗粒。优选，纳米颗粒具有小于250nm的平均粒度。在一些实施方案中，纳米颗粒具有
约50nm或更小、约30nm或更小，或者约20nm或更小，或者约10nm或更小，或者约5nm或更小，
或者约1nm或更小，或者约0.5nm或更小，或者约0.3nm或更小的平均粒度。在另一些实施方
案中，纳米颗粒具有约50nm或更小、约30nm或更小，或者约20nm或更小，或者约10nm或更小，
或者约5nm或更小，或者约1nm或更小，或者约0.5nm或更小，或者约0.3nm或更小的平均直
径。颗粒的纵横比，定义为颗粒的最长尺寸除以颗粒的最短尺寸，优选为1-10，更优选1-2，
甚至更优选1-1.2。
“粒度”使用ASTM(American Society for Testing and Materials)标准(参见
ASTM E112–10)测量。当计算颗粒的直径时，取它的最长和最短尺寸的平均值；因此，具有长
轴20nm和短轴10nm的卵形颗粒的直径为15nm。颗粒群体的平均直径为单独颗粒的直径的平
均值，并且可通过本领域技术人员已知的各种技术测量。在一些实施方案中，纳米颗粒具有
约50nm或更小、约30nm或更小，或者约20nm或更小，或者约10nm或更小，或者约5nm或更小，
或者约1nm或更小，或者约0.5nm或更小，或者约0.3nm或更小的粒度。在另一些实施方案中，
纳米颗粒具有约50nm或更小、约30nm或更小，或者约20nm或更小，或者约10nm或更小，或者
约5nm或更小，或者约1nm或更小，或者约0.5nm或更小，或者约0.3nm或更小的直径。
术语“微米颗粒”、“微米级颗粒”、“微米颗粒”和“微米级颗粒”通常应当理解包括
直径为微米级，例如约0.5μm至1000μm、约1μm至1000μm、约1μm至100μm，或者约1μm至50μm的
颗粒。另外，如本公开内容中所述术语“铂族金属”(缩写“PGM”)指在周期表中成族的6种金
属元素的集合性名称。6种铂族金属为钌、铑、钯、锇、铱和铂。
复合纳米颗粒催化剂
用于制备NNiM颗粒的复合纳米颗粒催化剂包括附着在载体纳米颗粒上以形成
“nano-on-nano”复合纳米颗粒的催化纳米颗粒。在一些实施方案中，然后将多个nano-on-
nano颗粒嵌入多孔承载体内，其可用于形成催化微米颗粒。这些催化微米颗粒的使用，例如
在用于催化转化器中时，与通过湿化学方法制备的目前市售催化转化器相比，可降低对铂
族金属含量的要求和/或显著增强性能。湿化学方法通常涉及使用铂族金属离子或金属盐
的溶液，将其浸渍到已经成形的载体(通常微米级颗粒)上，并还原成元素形式的铂族金属
以用作催化剂。例如，可将氯铂酸H2PtCl6的溶液施涂于氧化铝微米颗粒上，其后干燥和煅
烧，导致铂沉淀到氧化铝上。通过湿化学方法沉积到金属氧化物载体，例如氧化铝上的铂族
金属在高温，例如催化转化器中遭遇的温度下是可迁移的。即，在升高的温度下，铂族金属
原子可在它们所沉淀的表面上迁移，并且与其它PGM原子一起成块。当暴露于高温的时间提
高时，细碎部分的PGM结合成越来越大的铂族金属聚集体。该聚集导致降低的催化剂表面积
并使催化转化器的性能劣化。该现象称为催化转化器的“老化”。
在通过等离子体合成制备的复合纳米颗粒中，催化铂族金属通常具有比通过湿化
学方法沉积的铂族金属低得多的迁移率。所得等离子体制备的催化剂以比湿化学制备的催
化剂以慢得多的速率老化。因此，使用等离子体制备的催化剂的催化转化器可保持更大的
表面积的催化剂暴露于发动机排放的气体中更长的时间，导致更好的排放性能。当Pt/Pd-
氧化铝复合纳米颗粒在还原条件下，例如通过使用氩气/氢气工作气体，或者使用氩气/氢
气工作气体在一些钯进料金属的存在下制备时，导致在铂族金属催化纳米颗粒所位于的载
体纳米颗粒上的氧化铝表面部分还原，如US 2011/0143915在第0014-0022段所述，通过引
用将其公开内容全部结合到本文中。部分还原的氧化铝表面或者Al2O(3-x)(其中x大于0但小
于3)抑制在高温下氧化铝表面上的铂族金属迁移。这又限制了颗粒暴露于延长的升高温度
时铂族金属的聚集。该聚集对许多催化应用而言是不理想的，因为它降低可用于反应的铂
族金属催化剂的表面积。
在一个实施方案中，铂族纳米级催化颗粒位于纳米级载体颗粒上。在一些实施方
案中，纳米级催化颗粒为铂族金属，例如铂、钯、铂/钯合金，或者铑。尽管通常描述铂族金
属，但可想到所有金属。其它金属，例如过渡金属和贫金属(poor metals)也显示出催化性
能。一般而言，过渡金属包括钪、钛、铬、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、镉、钽、钨和
汞。贫金属包括铝、锗、镓、锡、锑、铅、铟、碲、铋和钋。在一些实施方案中，纳米级催化颗粒包
含两种或更多种铂族金属的合金，铂族金属例如为铂和钯。在一些实施方案中，例如当纳米
级催化颗粒包含铂和钯时，金属可以以任意重量比例，例如约1:1铂:钯、约50:1铂:钯，或者
约2:1铂:钯，或者约10:1铂:钯，或者约25:1铂:钯找到。在一些实施方案中，铂:钯比可以为
约1:50铂:钯，或者约1:25铂:钯，或者约1:10铂:钯，或者约1:2铂:钯。在一些实施方案中，
使用单一催化金属，例如铂，但基本不含钯，或者钯，但基本不含铂。
在复合纳米颗粒的一些实施方案中，一种或多种纳米级催化颗粒位于纳米级载体
颗粒上。在包含位于纳米级载体颗粒上的单一纳米级催化颗粒的实施方案中，纳米级催化
颗粒可以为均匀金属或者可以为金属合金。在包含两种或更多种纳米级催化颗粒的实施方
案中，各纳米级催化颗粒可以为均匀金属或合金，且纳米级催化颗粒可包含相同的均匀金
属或合金，或者包含不同的均匀金属或合金。在一些实施方案中，纳米级载体颗粒可以为氧
化物。例如，可使用诸如氧化铝(矾土，Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛
(TiO2)、二氧化铈(铈土，CeO2)、氧化钡(BaO)、氧化镧(La2O3)和氧化钇(Y2O3)的氧化物。其它
有用的氧化物是技术人员了解的。
在一些实施方案中，铂族金属与载体材料，例如氧化铝的相对比例可以为约0.001
重量％至约50重量％铂族金属和约50重量％至约99.999重量％金属氧化物、约0.001重
量％至约40重量％铂族金属和约60重量％至约99.999重量％金属氧化物、约0.001重量％
至约30重量％铂族金属和约70重量％至约99.999重量％金属氧化物、约0.001重量％至约
20重量％铂族金属和约80重量％至约99.999重量％金属氧化物，例如约0.04重量％至约5
重量％铂族金属和约95重量％至约99.9重量％氧化铝。在NNiM颗粒中所用的复合纳米颗粒
的一些实施方案中，材料为约0重量％至约20重量％铂、约0重量％至约20重量％钯，和约80
重量％至约99.999重量％氧化铝；在另一些实施方案中，约0.5重量％至约1.5重量％铂、约
0.01重量％至约0.1重量％钯，和约97.9重量％至约99.1重量％；在又一些实施方案中，约
0.5重量％至约1.5重量％铂、约0.1重量％至约0.3重量％钯，和约98.2重量％至约99.4重
量％氧化铝。用于NNiM颗粒中的示例复合nano-on-nano颗粒包含约0.952重量％铂、约
0.048重量％钯和约99重量％氧化铝；或者约0.83重量％铂、约0.17重量％钯和约99重量％
氧化铝。
在一些实施方案中，铂族金属(例如铂、钯、铂/钯合金，或者铑)与载体材料(例如
二氧化铈)的相对比例可以为约0.001重量％至约50重量％铂族金属和约50重量％至约
99.999重量％金属氧化物，约0.001重量％至约40重量％铂族金属和约60重量％至约
99.999重量％金属氧化物，约0.001重量％至约30重量％铂族金属和约70重量％至约
99.999重量％金属氧化物，约0.001重量％至约20重量％铂族金属和约80重量％至约
99.999重量％金属氧化物，例如约0.04重量％至约5重量％铂族金属和约95重量％至约
99.9重量％二氧化铈。在NNiM颗粒中所用的复合纳米颗粒的一些实施方案中，材料为约0重
量％至约20重量％铂、约0重量％至约20重量％钯和约80重量％至约99.999重量％二氧化
铈；在另一些实施方案中，约0.5重量％至约1.5重量％铂、约0.01重量％至约0.1重量％钯
和约97.9重量％至约99.1重量％；在又一些实施方案中，约0.5重量％至约1.5重量％铂、约
0.1重量％至约0.3重量％钯和约98.2重量％至约99.4重量％二氧化铈。NNiM颗粒中所用的
示例复合nano-on-nano颗粒包含约0.952重量％铂、约0.048重量％钯和约99重量％二氧化
铈；或者约0.83重量％铂、约0.17重量％钯和约99重量％二氧化铈。在NNiM颗粒中所用的复
合纳米颗粒的一些实施方案中，材料为约0.001重量％至约50重量％铑和约50重量％至约
99.999重量％二氧化铈，约0.001重量％至约40重量％铑和约60重量％至约99.999重量％
二氧化铈，约0.001重量％至约30重量％铑和约70重量％至约99.999重量％二氧化铈，约0
重量％至约20重量％铑和约80重量％至约99.999重量％二氧化铈；在另一些实施方案中，
约0.5重量％至约10重量％铑和约90重量％至约99.5重量％二氧化铈；在又一些实施方案
中，约0.5重量％至约2重量％铑和约98重量％至约99.5重量％二氧化铈。NNiM颗粒中所用
的示例复合nano-on-nano颗粒包含约0.952重量％铂、约0.048重量％钯和约99重量％二氧
化铈；或者约0.83重量％铂、约0.17重量％钯和约99重量％二氧化铈。NNiM颗粒中所用的另
一示例复合nano-on-nano颗粒包含约3重量％铑和约97重量％二氧化铈。在上述实施方案
中的任一个中，二氧化铈载体材料可由作为载体材料的铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或
铈-锆-镧-钇氧化物替代。当铈-锆氧化物用作载体材料时，它可具有以下组成：约10重量％
至70重量％氧化锆和约30重量％二氧化铈至90重量％二氧化铈，例如约10重量％至55重
量％氧化锆和约45重量％二氧化铈至90重量％二氧化铈，约10重量％至45重量％氧化锆和
约55重量％二氧化铈至90重量％二氧化铈，约10重量％至30重量％氧化锆和约70重量％二
氧化铈至90重量％二氧化铈，或者约15重量％至25重量％氧化锆和约75重量％二氧化铈至
85重量％二氧化铈；在一个实施方案中，铈-锆氧化物为约20重量％氧化锆和约80重量％二
氧化铈。当铈-锆-镧氧化物用作载体材料时，它可具有以下组成：约5重量％至30重量％氧
化锆、约5重量％至30重量％氧化镧和约40重量％至90重量％二氧化铈，例如约5重量％至
20重量％氧化锆、约5重量％至20重量％氧化镧和约60重量％至90重量％二氧化铈，约5重
量％至30重量％氧化锆、约5重量％至10重量％氧化镧和约60重量％至90重量％二氧化铈，
约5重量％至20重量％氧化锆、约5重量％至10重量％氧化镧和约70重量％至90重量％二氧
化铈，约5重量％至15重量％氧化锆、约3重量％至7重量％氧化镧和约78重量％至92重量％
二氧化铈；在一个实施方案中，铈-锆-镧氧化物为约10重量％氧化锆、约4重量％氧化镧和
约86重量％二氧化铈。当铈-锆-镧-钇氧化物用作载体材料时，它可具有以下组成：约3重
量％至30重量％氧化锆、约3重量％至20重量％氧化镧、约3重量％至20重量％氧化钇和约
30重量％至91重量％二氧化铈，约5重量％至15重量％氧化锆、约2.5重量％至7.5重量％氧
化镧、约2.5重量％至7.5重量％氧化钇和约70重量％至90重量％二氧化铈；在一个实施方
案中，铈-锆-镧-钇氧化物为约10重量％氧化锆、约5重量％氧化镧、约5重量％氧化钇和约
80重量％二氧化铈。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒具有约0.3nm至约10nm，例如约1nm至约5nm，例
如约3nm+/-2nm的平均直径或平均粒度。在一些实施方案中，催化纳米颗粒具有大约0.3nm
至大约1nm的平均直径或平均粒度，而在其它实施方案中，催化纳米颗粒具有大约1nm至大
约5nm的平均直径或平均粒度，而在其它实施方案中，催化纳米颗粒具有大约5nm至大约
10nm的平均直径或平均粒度。在一些实施方案中，载体纳米颗粒，例如包含金属氧化物，例
如氧化铝、二氧化铈、铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物的那些具有约
20nm或更小；或者约15nm或更小；或者约10nm或更小；或者约5nm或更小；或者约2nm或更小；
或者约2nm至约5nm，即3.5nm+/-1.5nm；或者2nm至约10nm，即6nm+/-4nm；或者约10nm至约
20nm，即约15nm+/-5nm；或者约10nm至约15nm，即约12.5nm+/-2.5nm的平均直径。在一些实
施方案中，复合纳米颗粒具有约2nm至约20nm，即11nm+/-9nm；或者约4nm至约18nm，即11+/-
7nm；或者约6nm至约16nm，即11+/-5nm；或者约8nm至约14nm，即约11nm+/-3nm；或者约10nm
至约12nm，即约11+/-1nm；或者约10nm；或者约11nm；或者约1nm的平均直径或平均粒度。
包含两种或更多种纳米颗粒(催化或载体)的复合纳米颗粒可称为“nano-on-
nano”颗粒或“NN”颗粒。
通过基于等离子体的方法制备复合纳米颗粒(“nano-on-nano”颗粒或“NN”颗粒)
制备合适催化剂的初始步骤涉及制备复合纳米颗粒。复合纳米颗粒包含一种或多
种催化纳米颗粒和一种或多种载体纳米颗粒。优选，催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金
属，例如铑、铂、钯或铂/钯合金，载体纳米颗粒为金属氧化物，例如氧化铝或二氧化铈，或者
铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。如名称“纳米颗粒”所表明的，纳米颗
粒具有纳米级粒度。
复合纳米颗粒可通过等离子体反应器方法，通过将一种或多种催化材料，例如铂
族金属，和一种或多种载体材料，例如金属氧化物供入等离子体枪中，在那里将材料蒸发而
形成。US 2014/0263190和国际专利申请No.PCT/US2014/02493中所述的高吞吐量颗粒制备
系统可用于制备复合纳米颗粒。适于等离子体合成的其它设备公开于美国专利申请公开
No.2008/0277267和美国专利No.8,663,571中。可使用等离子体枪，例如US 2011/0143041
中所述那些，并且可使用技术如US 5,989,648、US 6,689,192、US 6,755,886和US 2005/
0233380所述那些产生等离子体。将工作气体如氩气供入等离子体枪中用于产生等离子体；
在一个实施方案中，氩气/氢气混合物(10:1Ar/H2比)用作工作气体。在一个实施方案中，可
将一种或多种通常为约0.5至6μm直径的金属颗粒形式的铂族金属，例如铑、铂、钯，或者铂
和钯的混合物作为在载气流如氩气中的流化粉末引入等离子体反应器中。在一些实施方案
中，可加入两种或更多种铂族金属，例如任意重量比例的铂和钯的混合物，例如约1:1铂:钯
至约50:1铂:钯，或者约2:1铂:钯，或者约10:1铂:钯，或者约25:1铂:钯。粒度为约15至25μm
直径的载体材料，例如金属氧化物，通常氧化铝或二氧化铈，或者二氧化铈和氧化锆，二氧
化铈、氧化锆和氧化镧，或者二氧化铈、氧化锆、氧化镧和氧化钇的混合物也作为在载气中
的流化粉末引入。在一些实施方案中，材料组合物优选具有约0.001重量％至约20重量％铂
族金属和约80重量％至约99.999重量％氧化铝，甚至更优选约0.04重量％至约5重量％铂
族金属和约95重量％至约99.9重量％氧化铝。可用于形成复合纳米颗粒的材料的示例范围
为约0重量％至约20重量％铂、约0重量％至约20重量％钯和约80重量％至约99.999重量％
氧化铝；在一些实施方案中，约0.5重量％至约1.5重量％铂、约0.01重量％至约0.1重量％
钯和约97.9重量％至约99.1重量％氧化铝；在另一些实施方案中，约.5重量％至约1.5重
量％铂、约0.1重量％至约0.3重量％钯和约98.2重量％至约99.4重量％氧化铝。用于形成
NNiM颗粒中所用的复合nano-on-nano颗粒的示例组合物包含约0.952重量％铂、约0.048重
量％钯和约99重量％氧化铝；或者约0.83重量％铂、约0.17重量％钯和约99重量％氧化铝。
在其它实施方案中，材料组合物优选具有约0.001重量％至约20重量％铂族金属和约80重
量％至约99.999重量％二氧化铈，甚至更优选约0.04重量％至约5重量％铂族金属和约95
重量％至约99.9重量％二氧化铈。可用于形成复合纳米颗粒的材料的示例范围为约0重
量％至约20重量％铂、约0重量％至约20重量％钯和约80重量％至约99.999重量％二氧化
铈；在一些实施方案中，约0.5重量％至约1.5重量％铂、约0.01重量％至约0.1重量％钯和
约97.9重量％至约99.1重量％二氧化铈；在另一些实施方案中，约.5重量％至约1.5重量％
铂、约0.1重量％至约0.3重量％钯和约98.2重量％至约99.4重量％二氧化铈。用于形成
NNiM颗粒中所用的复合nano-on-nano颗粒的另一示例组合物包含约0.952重量％铂、约
0.048重量％钯和约99重量％二氧化铈；或者约0.83重量％铂、约0.17重量％钯和约99重
量％二氧化铈。在又一些实施方案中，材料组合物优选具有以下范围：约0.001重量％至约
50重量％铑和约50重量％至约99.999重量％二氧化铈，约0.001重量％至约40重量％铑和
约60重量％至约99.999重量％二氧化铈，约0.001重量％至约30重量％铑和约70重量％至
约99.999重量％二氧化铈，约0.001重量％至约20重量％铑和约80重量％至约99.999重
量％二氧化铈，或者约0.04重量％至约5重量％铑和约95重量％至约99.9重量％二氧化铈。
可用于形成复合纳米颗粒的材料的示例范围为约0.001重量％至约20重量％铑和约80重
量％至约99.999重量％二氧化铈；在一些实施方案中，约0.5重量％至约5重量％铑和约95
重量％至约99.5重量％二氧化铈；或者约0.5重量％至约1.5重量％铑和约98.5重量％至约
99.5重量％二氧化铈。用于形成NNiM颗粒中所用的复合nano-on-nano颗粒的另一示例组合
物包含约0.952重量％铂、约0.048重量％钯和约99重量％二氧化铈；或者约0.83重量％铂、
约0.17重量％钯和约99重量％二氧化铈。在先前实施方案中的任一个中，可使用铈-锆氧化
物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物代替二氧化铈。
可使用将材料引用反应器中的其它方法，例如以液体浆料引入。任何固体或液体
材料快速蒸发或者转化成等离子体。可达到20,000-30,000K的温度的过热材料的动能确保
所有组分的极彻底的混合。
然后将等离子体料流的过热材料快速骤冷，使用诸如US 2008/0277267中公开的
湍流骤冷室的方法。将氩气骤冷气体以高流速，例如2400-2600升/分钟注入过热材料中。将
材料在冷却管中进一步冷却，收集并分析以确保材料的合适粒度范围。
上述等离子体制备方法产生均匀的复合纳米颗粒，其中复合纳米颗粒包含位于载
体纳米颗粒上的催化纳米颗粒。催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金属，例如1:1重量比，
或者2:1重量比，或者10:1重量比，或者25:1重量比，或者50:1重量比的Pt:Pd。在其它实施
方案中，铂与钯的比可以为约1:50铂:钯，或者约1:25铂:钯，或者约1:10铂:钯，或者约1:2
铂:钯。
多孔材料
一般而言，优选的多孔材料为包含大量互连的孔、洞、通道或凹坑的材料，其中平
均孔、洞、通道或凹坑宽度(直径)为1nm至约200nm，或者约1nm至约100nm，或者约2nm至约
50nm，或者约3nm至约25nm。在一些实施方案中，多孔材料具有小于约1nm的平均孔、洞、通道
或凹坑宽度(直径)，而在一些实施方案中，多孔承载体的平均孔、洞、通道或凹坑宽度(直
径)为大于约100nm。在一些实施方案中，多孔材料具有约50m2/g至约500m2/g的平均孔表面
积。在一些实施方案中，多孔材料具有约100m2/g至约400m2/g的平均孔表面积。在一些实施
方案中，多孔材料具有约150m2/g至约300m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材
料具有小于约50m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有大于约200m2/g的
平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有大于约300m2/g的平均孔表面积。在一些
实施方案中，多孔材料具有约200m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有
约300m2/g的平均孔表面积。
在一些实施方案中，多孔材料可包含多孔金属氧化物，如氧化铝。在一些实施方案
中，多孔材料可包含有机聚合物，如聚合的间苯二酚。在一些实施方案中，多孔材料可包含
无定形碳。在一些实施方案中，多孔材料可包含二氧化硅。在一些实施方案中，多孔材料可
以为多孔陶瓷。在一些实施方案中，多孔材料可包含两类或更多不同类别的互相散布的多
孔材料的混合物，例如氧化铝和聚合的间苯二酚的混合物。在一些实施方案中，多孔承载体
在除去间隔材料后可包含氧化铝。例如，在一些实施方案中，复合材料可由互相散布的氧化
铝和聚合的间苯二酚形成，并例如通过煅烧除去聚合的间苯二酚，产生多孔承载体。在另一
实施方案中，复合材料可由互相散布的氧化铝和炭黑形成，并例如通过煅烧除去炭黑，产生
多孔承载体。在其它实施方案中，多孔材料可包含含有二氧化铈的多孔金属氧化物。在一些
实施方案中，多孔材料可包含两类或更多不同类别的互相散布的多孔材料的混合物，例如
二氧化铈和聚合的间苯二酚的混合物、二氧化铈和无定形碳的混合物、二氧化铈和二氧化
硅的混合物，或者二氧化铈和多孔陶瓷的混合物。在一些实施方案中，多孔承载体在除去间
隔材料以后可包含二氧化铈。例如，在一些实施方案中，复合材料可由互相散布的二氧化铈
和聚合的间苯二酚形成，并例如通过煅烧除去聚合的间苯二酚，产生多孔承载体。在另一实
施方案中，复合材料可由互相散布的二氧化铈和炭黑形成，并例如通过煅烧除去炭黑，产生
多孔承载体。在先前实施方案中的任一个中，可使用铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-
锆-镧-钇氧化物代替二氧化铈。
在一些实施方案中，多孔材料为具有约1μm至约100μm、约1μm至约10μm、约3μm至约
7μm，或者约4μm至约6μm的平均粒度的微米级颗粒。在其它实施方案中，多孔材料可以为大
于约7μm的颗粒。在一些实施方案中，多孔材料可不为颗粒的形式，而是连续材料。
多孔材料可容许气体和流体经由互连通道缓慢地流过多孔材料，暴露于多孔材料
的高表面积下。多孔材料因此可用作包嵌如下文所述的需要高表面积暴露的颗粒如催化纳
米颗粒的优异承载体材料。
多孔材料的制备
催化剂使用多孔材料形成。多孔材料包含例如嵌入材料的多孔结构内的催化剂颗
粒。在一些实施方案中，多孔结构包含氧化铝。在一些实施方案中，多孔结构包含二氧化铈。
在其它实施方案中，多孔结构包含铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。氧
化铝多孔结构可例如通过美国专利No.3,520,654中所述的方法形成，通过引用将其公开内
容全部结合到本文中。在一些实施方案中，可用硫酸或硫酸铝处理通过氧化钠和氧化铝溶
于水中而制备的铝酸钠溶液以使pH降至约4.5至约7。pH的降低导致多孔水合氧化铝沉淀，
可将其喷雾干燥，洗涤并快速干燥，产生多孔氧化铝材料。任选，可将多孔氧化铝材料用二
氧化硅稳定化，如EP0105435A2中所述，通过引用将其公开内容全部结合到本文中。可将铝
酸钠溶液加入硫酸铝溶液中，形成具有约8.0的pH的混合物。可将碱金属硅酸盐溶液如硅酸
钠溶液缓慢地加入混合物中，导致二氧化硅稳定化多孔氧化铝材料沉淀。
多孔材料也可通过使氧化铝纳米颗粒和无定形碳颗粒如炭黑共沉淀而产生。当将
沉淀物在环境或氧化环境中干燥和煅烧时，无定形碳被消耗，即烧掉。同时，来自煅烧方法
的热导致氧化铝纳米颗粒烧结在一起，在炭黑在该结构中曾出现的地方产生遍布沉淀氧化
铝的孔。在一些实施方案中，可将氧化铝纳米颗粒悬浮于乙醇、水或者乙醇和水的混合物
中。在一些实施方案中，可将分散剂，例如来自BYK的-145(DisperBYK为德
国Wesel的BYK-Chemie GmbH LLC的对用作分散和润湿剂的化学品的注册商标)加入氧化铝
纳米颗粒悬浮液中。可将具有约1nm至约200nm，或者约20nm至约100nm，或者约20nm至约
50nm，或者约35nm的平均粒度的炭黑加入氧化铝悬浮液中。在一些实施方案中，应使用加入
足够的炭黑以得到约50m2/g至约500m2/g，例如约50m2/g、约100m2/g、约150m2/g、约200m2/g、
约250m2/g、约300m2/g、约350m2/g、约400m2/g、约450m2/g，或者约500m2/g的孔表面积。可将
所得混合物的pH调整至约2至约7，例如约3至约5的pH，优选约4的pH，从而使颗粒沉淀。在一
些实施方案中，可例如通过加热沉淀物(例如在约30℃至约95℃，优选约60℃至约70℃下，
在大气压力或者在降低的压力如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡)将沉淀物干燥。或者，在一
些实施方案中，可将沉淀物冻干。
在干燥以后，则可将材料煅烧(在升高的温度，例如400℃至约700℃，优选约500℃
至约600℃，更优选约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至约560℃，或者在约550℃；在
大气压力下或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，在环境气氛中)。煅烧方
法导致炭黑基本烧掉，且氧化铝纳米颗粒烧结在一起，得到多孔氧化铝载体。
在其它实施方案中，多孔材料也可通过使二氧化铈纳米颗粒和无定形碳颗粒如炭
黑共沉淀而产生。当将沉淀物在环境或氧化环境中干燥和煅烧时，无定形碳被消耗，即烧
掉。同时，来自煅烧方法的热导致二氧化铈纳米颗粒烧结在一起，在炭黑在该结构中出现的
地方产生遍布沉淀二氧化铈的孔。在一些实施方案中，可将二氧化铈纳米颗粒悬浮于乙醇、
水或者乙醇和水的混合物中。在一些实施方案中，可将分散剂，例如来自BYK的
-145(DisperBYK为德国Wesel的BYK-Chemie GmbH LLC对用作分散和润湿
剂的化学品的注册商标)加入二氧化铈纳米颗粒悬浮液中。可将具有约1nm至约200nm，或者
约20nm至约100nm，或者约20nm至约50nm，或者约35nm的平均粒度的炭黑加入二氧化铈悬浮
液中。在一些实施方案中，应使用加入足够的炭黑以得到约50m2/g至约500m2/g，例如约
50m2/g、约100m2/g、约150m2/g、约200m2/g、约250m2/g、约300m2/g、约350m2/g、约400m2/g、约
450m2/g，或者约500m2/g的孔表面积。可将所得混合物的pH调整至约2至约7，例如约3至约5
的pH，优选约4的pH，从而使颗粒沉淀。在一些实施方案中，可例如通过加热沉淀物(例如在
约30℃至约95℃，优选约60℃至约70℃，在大气压力或者在降低的压力如约1帕斯卡至约
90,000帕斯卡)将沉淀物干燥。或者，在一些实施方案中，可将沉淀物冻干。
在干燥以后，则可将材料煅烧(在升高的温度，例如400℃至约700℃，优选约500℃
至约600℃，更优选在约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至约560℃，或者在约550℃；
在大气压力或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡下，在环境气氛中)。煅烧
方法导致炭黑基本烧掉，且二氧化铈纳米颗粒烧结在一起，得到多孔二氧化铈材料。
在一些实施方案中，多孔材料可使用溶胶-凝胶方法制备。例如，氧化铝多孔材料
的溶胶-凝胶前体可通过使氯化铝与氧化丙烯反应而形成。可将氧化丙烯加入溶于乙醇和
水的混合物中的氯化铝溶液中，这形成多孔材料，可将其干燥和煅烧。在一些实施方案中，
可使用表氯醇代替氧化丙烯。作为另一实例，二氧化铈多孔材料的溶胶-凝胶前体可通过使
硝酸铈与间苯二酚和甲醛反应而形成。也可使用本领域中已知的使用溶胶-凝胶方法制备
多孔材料的其它方法，例如使用溶胶-凝胶方法形成的多孔材料也可使用原硅酸四乙酯形
成。
在一些实施方案中，多孔材料可通过在凝胶聚合以前将可燃凝胶的前体与金属氧
化物材料的前体混合，使凝胶聚合，将复合材料干燥，并将复合材料煅烧，由此消耗有机凝
胶组分而形成。在一些实施方案中，可将包含甲醛和氧化丙烯的混合物的凝胶活化溶液与
包含氯化铝和间苯二酚的混合物的凝胶单体溶液混合。在凝胶活化溶液和凝胶单体溶液混
合时，甲醛和间苯二酚混合的结果是形成可燃有机凝胶组分，且氧化丙烯和氯化铝混合的
结果是形成不可燃无机金属氧化物材料。可将所得复合材料干燥和煅烧，导致可燃有机凝
胶组分烧掉，产生多孔金属氧化物材料(氧化铝)。在另一实施方案中，可使甲醛溶液与间苯
二酚和硝酸铈的溶液反应。可将所得材料干燥和煅烧，导致可燃有机凝胶组分烧掉，产生多
孔金属氧化物材料(二氧化铈)。可将所得材料干燥和煅烧，导致可燃有机凝胶组分烧掉，产
生多孔金属氧化物材料(二氧化铈)。在又一些实施方案中，可使甲醛溶液与间苯二酚、硝酸
铈以及如果合适的话硝酸氧锆、乙酸镧和/或硝酸钇中的一种或多种的溶液反应形成铈-锆
氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。可将所得材料干燥和煅烧，导致可燃有机
凝胶组分烧掉，产生多孔金属氧化物材料(铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧
化物)。
在一些实施方案中，凝胶活化溶液可通过将含水甲醛和氧化丙烯混合而制备。甲
醛优选为水溶液。在一些实施方案中，甲醛水溶液的浓度为约5重量％至约50重量％甲醛、
约20重量％至约40重量％甲醛，或者约30重量％至约40重量％甲醛。优选，含水甲醛为约37
重量％甲醛。在一些实施方案中，含水甲醛可包含约5重量％至约15重量％甲醇以使甲醛在
溶液中稳定。含水甲醛可以以凝胶活化溶液最终重量的约25％至约50％的范围加入，其余
为氧化丙烯。优选，凝胶活化溶液包含37.5重量％甲醛水溶液(其本身包含37重量％甲醛)
和62.5重量％氧化丙烯，产生最终凝胶活化溶液的最终甲醛浓度为约14重量％。
与凝胶活化溶液分开地，可通过将氯化铝溶于间苯二酚和乙醇的混合物中而制备
凝胶单体溶液。间苯二酚可以以约2重量％至约10重量％的范围加入，其中约5重量％为典
型值。氯化铝可以以约0.8重量％至约5重量％的范围加入，其中约1.6重量％为典型值。
可将凝胶活化溶液和凝胶单体溶液以约1:1的比例混合在一起，该比例是(凝胶活
化溶液的重量):(凝胶单体溶液的重量)。然后可将最终混合物干燥(例如在约30℃至约95
℃，优选约50℃至约60℃，在大气压力或者在降低的压力如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，
约1天至约5天，或者约2天至约3天)。在干燥以后，则可将材料煅烧(在升高的温度，例如400
℃至约700℃，优选约500℃至约600℃，更优选在约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至
约560℃，或者在约550℃；在大气压力或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯
卡，在环境气氛中，约12小时至约2天，或者约16小时至约24小时)以烧掉可燃有机凝胶组分
并得到多孔氧化铝承载体。
凝胶单体溶液可以以类似于上述的方法用硝酸铈、硝酸氧锆、乙酸镧和/或硝酸钇
制备，以制备多孔二氧化铈、铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物承载体。
包含嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒的微米级颗粒(“nano-on-nano-in-
micro”颗粒或“NNiM”颗粒)
将通过等离子体制备或其它方法制得的纳米颗粒或复合纳米颗粒嵌入多孔材料
内以增加催化组分的表面积。多孔材料则可用作复合纳米颗粒的承载体，容许气体和流体
经由互连通道缓慢地流过多孔材料。承载体的高孔隙率产生承载体内的高表面积，容许气
体和流体与嵌入的催化组分如复合纳米颗粒的接触提高。将复合纳米颗粒嵌入多孔承载体
内产生与其中催化活性纳米颗粒位于承载体微米颗粒的表面上或者不会如此有效地渗入
载体的孔中的那些技术相比的明显优势。当催化活性纳米颗粒位于承载体微米颗粒的表面
上时，一些催化活性纳米颗粒可能变得被其它催化活性纳米颗粒包埋，导致它们由于有限
的暴露表面积而使目标气体不能到达。然而，当复合纳米颗粒嵌入如本文所述围绕复合纳
米颗粒形成的多孔承载体内时，气体可流过载体的孔以接触催化活性组分。
多孔承载体可包含任意大量的互连孔、洞、通道或凹坑，优选平均孔、洞、通道或凹
坑宽度(直径)为1nm至约200nm，或者约1nm至约100nm，或者约2nm至约50nm，或者约3nm至约
25nm。在一些实施方案中，多孔承载体具有小于约1nm的平均孔、洞、通道或凹坑宽度(直
径)，而在一些实施方案中，多孔承载体具有大于约100nm的平均孔、洞、通道或凹坑宽度(直
径)。在一些实施方案中，多孔材料具有约50m2/g至约500m2/g的平均孔表面积。在一些实施
方案中，多孔材料具有约100m2/g至约400m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材
料具有约150m2/g至约300m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有小于约
50m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有大于约200m2/g的平均孔表面积。
在一些实施方案中，多孔材料具有大于约300m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多
孔材料具有约200m2/g的平均孔表面积。在一些实施方案中，多孔材料具有约300m2/g的平均
孔表面积。
嵌入有纳米颗粒的多孔承载体可用任何多孔材料或者任何反应形成多孔材料的
前体形成，并且可包含任何类型的纳米颗粒。多孔承载体可包括但不限于任何通过溶胶-凝
胶方法制备的凝胶，例如如本文所述氧化铝(Al2O3)、二氧化铈(CeO2)、铈-锆氧化物、铈-锆-
镧氧化物、铈-锆-镧-钇氧化物，或者二氧化硅气溶胶。在一些实施方案中，多孔承载体可包
含多孔金属氧化物，例如氧化铝、二氧化铈、铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇
氧化物。在一些实施方案中，多孔承载体可包含有机聚合物，例如聚合的间苯二酚。在一些
实施方案中，多孔承载体可包含无定形碳。在一些实施方案中，多孔承载体可包含二氧化
硅。在一些实施方案中，多孔承载体可以为多孔陶瓷。在一些实施方案中，多孔承载体可包
含两种或更多种不同类型的互相散布的多孔材料的混合物，例如氧化铝和聚合的间苯二酚
的混合物，或者二氧化铈和聚合的间苯二酚的混合物，或者铈-锆氧化物和聚合的间苯二酚
的混合物，或者铈-锆-镧氧化物和聚合的间苯二酚的混合物，或者铈-锆-镧-钇氧化物和聚
合的间苯二酚的混合物。
在一些实施方案中，承载体可包含可燃组分，例如无定形碳或聚合的有机凝胶如
聚合的间苯二酚，和不可燃组分，例如金属氧化物如氧化铝、二氧化铈、铈-锆氧化物、铈-
锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇氧化物。催化材料可包含嵌入包含可燃组分和不可燃组分的承
载体内的复合纳米颗粒。
催化颗粒，例如本文所述催化纳米颗粒或催化复合纳米颗粒嵌入多孔承载体内。
这可通过催化颗粒包含在用于形成多孔承载体的混合物中而实现。在一个实施方案中，在
加入凝胶活化溶液以前将纳米颗粒或nano-on-nano颗粒混入凝胶单体溶液中，则所得凝胶
具有嵌入其内的纳米颗粒或nano-on-nano颗粒。干燥、煅烧和研磨产生包含嵌入多孔承载
体内的复合纳米颗粒的微米级颗粒(“nano-on-nano-in-micro”颗粒或“NNiM”颗粒)。在该
实施方案中，多孔承载体已围绕复合纳米颗粒形成。在一些实施方案中，催化颗粒均匀地分
布于整个多孔承载体中。在其它实施方案中，催化颗粒在整个多孔承载体中成簇。在一些实
施方案中，铂族金属，例如铑、铂、钯，或者铂/钯合金占总催化材料(催化颗粒和多孔承载
体)的约0.001重量％至约10重量％。例如，铂族金属可占总催化材料(催化颗粒和多孔承载
体)的约1重量％至约8重量％。在一些实施方案中，铂族金属可占总催化材料(催化颗粒和
多孔承载体)的小于约10重量％、小于约8重量％、小于约6重量％、小于约4重量％、小于约2
重量％，或者小于约1重量％。在一些实施方案中，铂族金属可占总催化材料(催化颗粒和多
孔承载体)的约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重
量％、约8重量％、约9重量％，或者约10重量％。
在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金属，例如铑、铂、钯或铂/
钯合金。在具有两种或更多种铂族金属的实施方案中，金属可以为任意比例。在一些实施方
案中，催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金属，例如约1:1比至约50:1重量比，或者约1:1至
约25:1重量比，或者约1:1至约10:1重量比，或者约1:1至约5:1重量比的Pt:Pd。在一些实施
方案中，催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金属，例如约5:1至约50:1重量比，或者约5:1至
约25:1重量比，或者约5:1至约10:1重量比的Pt:Pd。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含
一种或多种铂族金属，例如约10:1比至约50:1重量比，或者约10:1至约25:1重量比的Pt:
Pd。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含一种或多种铂族金属，例如约1:1重量比，或者2:
1重量比，或者5:1重量比，或者10:1重量比，或者25:1重量比，或者50:1重量比的Pt:Pd。在
其它实施方案中，铂与钯的重量比例可以为约1:50，或者约1:25铂:钯，或者约1:10铂:钯，
或者约1:5铂:钯，或者约1:2铂:钯。在一些实施方案中，催化纳米颗粒包含铂但基本不含
钯，而在其它一些实施方案中，催化纳米颗粒包含钯但基本不含铂。
通过本文所述方法嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒(nano-on-nano颗粒)可采
取粉末形式来制备复合催化微米颗粒，称为“nano-on-nano-in-micro”颗粒或“NNiM”颗粒。
微米级NNiM颗粒可具有约1μm至约100μm，例如约1μm至约10μm、约3μm至约7μm，或者约4μm至
约6μm的平均粒度。NNiM颗粒可占NNiM颗粒总质量(催化颗粒和多孔承载体)的约0.001重
量％至约10重量％。例如，铂族金属，例如铑、铂、钯或铂/钯合金可占NNiM颗粒总质量(催化
颗粒和多孔承载体)的约1重量％至约8重量％。在一些实施方案中，铂族金属可占NNiM颗粒
总质量(催化颗粒和多孔承载体)的小于约10重量％、小于约8重量％、小于约6重量％、小于
约4重量％、小于约2重量％，或者小于约1重量％。在一些实施方案中，铂族金属可占NNiM颗
粒总质量(催化颗粒和多孔承载体)的约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重
量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％，或者约10重量％。
NNiM颗粒可用于任何催化目的。例如，可将NNiM颗粒悬浮于液体如乙醇或水中，其
可催化溶解的化合物。或者，NNiM颗粒可用作固态催化剂。例如，NNiM颗粒则可用于催化转
化器中。
包含嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒的微米级颗粒(“nano-on-nano-in-
micro”颗粒或“NNiM”颗粒)的制备
在一些实施方案中，催化纳米颗粒或复合纳米颗粒可通过形成纳米颗粒的悬浮液
或胶体并将纳米颗粒的悬浮液或胶体与多孔材料前体溶液混合而嵌入多孔承载体内。当例
如通过聚合、沉淀或冻干而将具有混合物的多孔材料固化时，多孔材料围绕纳米颗粒形成，
产生包含嵌入多孔承载体中的纳米颗粒的催化材料，在一些实施方案中，然后可将其干燥
和煅烧。在一些实施方案中，然后将催化材料例如通过研磨或碾磨加工成微米级粉末，产生
NNiM颗粒。
下文描述使用多孔氧化铝承载体制备NNiM颗粒，其中所述多孔氧化铝使用包含可
燃有机凝胶组分和氧化铝组分的复合承载体，随后干燥和煅烧而形成。然而，本领域技术人
员应当理解源自可溶性前体的任何方式的多孔承载体可用于使用本文所述方法制备包含
嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒的催化材料。
对于使用用包含可燃有机凝胶组分和氧化铝的复合承载体形成的多孔氧化铝承
载体制备的典型NNiM颗粒，初始将复合纳米颗粒分散于乙醇中。在一些实施方案中，使用至
少95体积％乙醇。在一些实施方案中，使用至少99体积％乙醇。在一些实施方案中，使用至
少99.9体积％乙醇。在复合纳米颗粒悬浮以前通常在乙醇中加入分散剂和/或表面活性剂。
合适的表面活性剂包括来自BYK-Chemie GmbH LLC，Wesel的-145，其可以
以约2重量％至约12重量％的范围加入，其中约7重量％为典型值，和/或十二烷胺，其可以
以约0.25重量％至约3重量％的范围加入，其中约1重量％为典型值。优选，
-145和十二烷胺二者分别以约7重量％和1重量％使用。在一些实施方案中，将复合纳米颗
粒和表面活性剂和/或分散剂的混合物超声波处理以将复合纳米颗粒均匀分散。分散体中
复合纳米颗粒的量可以为约5重量％至约20重量％。
与复合纳米颗粒悬浮分开地，通过将甲醛和氧化丙烯混合而制备凝胶活化溶液。
甲醛优选为水溶液。在一些实施方案中，甲醛水溶液的浓度为约5重量％至约50重量％甲
醛、约20重量％至约40重量％甲醛，或者约30重量％至约40重量％甲醛。优选，含水甲醛为
约37重量％甲醛。在一些实施方案中，含水甲醛可包含约5重量％至约15重量％甲醇以将甲
醛稳定在溶液中。甲醛水溶液可以以凝胶活化溶液的最终重量的约25％至约50％的范围加
入，余量为氧化丙烯。优选，凝胶活化溶液包含37.5重量％甲醛水溶液(其本身包含37重
量％甲醛)和62.5重量％氧化丙烯，最终凝胶活化溶液的最终甲醛浓度为约14重量％。
与复合纳米颗粒悬浮液和凝胶活化溶液分开地，通过将氯化铝溶于间苯二酚和乙
醇的混合物中而制备氯化铝溶液。间苯二酚可以以约10重量％至约30重量％的范围加入，
其中约23重量％为典型值。氯化铝可以以约2重量％至约12重量％的范围加入，其中约7重
量％为典型值。
复合纳米颗粒悬浮液、凝胶活化溶液和氯化铝溶液可以以约100:10:10至约100:
40:40，或者约100:20:20至约100:30:30，或者约100:25:25的比例混合，该比例为(复合纳
米颗粒悬浮液的重量):(凝胶活化溶液的重量):(氯化铝溶液的重量)。最终混合物开始聚
合成嵌入有复合纳米颗粒的承载体。承载体包含可燃组分：有机凝胶，和不可燃组分，氧化
铝。然后可将所得承载体干燥(例如在约30℃至约95℃，优选约50℃至约60℃，在大气压力
或者降低的压力如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，约1天至约5天，或者约2天至约3天)。在干
燥以后，然后可将所得承载体煅烧(在升高的温度，例如400℃至约700℃，优选约500℃至约
600℃，更优选在约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至约560℃，或者在约550℃；在大
气压力或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡下，在环境气氛中或在惰性气
氛如氮气或氩气下)，得到包含复合催化纳米颗粒和铝酸盐的多孔承载体。当将复合承载体
在环境气氛或其它氧化条件下煅烧时，有机材料，例如聚合的间苯二酚、甲醛或氧化丙烯烧
掉，得到嵌入有复合纳米颗粒的基本纯氧化铝多孔承载体。如果将复合承载体在惰性气氛
如氩气或氮气下煅烧，则有机材料可变成嵌入有复合纳米颗粒的与多孔氧化铝互相散布的
基本多孔无定形碳。可将所得多孔承载体例如通过研磨或碾磨加工成NNiM颗粒的微米级粉
末。
在另一实施方案中，可将复合催化纳米颗粒与包含金属氧化物纳米颗粒如氧化铝
纳米颗粒和无定形碳如炭黑的分散体混合。来自所得分散胶体的分散固体颗粒可通过共沉
淀与液体分离，干燥并煅烧。当将固体材料在环境或氧化环境中煅烧时，无定形碳消耗，即
烧掉。同时，来自煅烧方法的热导致氧化铝纳米颗粒烧结在一起，产生遍布沉淀氧化铝的
孔。
在另一实施方案中，可将复合催化纳米颗粒与包含金属氧化物纳米颗粒如二氧化
铈纳米颗粒和无定形碳如炭黑的分散体混合。来自所得分散胶体的分散固体颗粒可通过共
沉淀与液体分离，干燥并煅烧。当将固体材料在环境或氧化环境中煅烧时，无定形碳消耗，
即烧掉。同时，来自煅烧方法的热导致二氧化铈纳米颗粒烧结在一起，产生遍布沉淀二氧化
铈的孔。
在一些实施方案中，可将氧化铝纳米颗粒悬浮于乙醇、水或者乙醇和水的混合物
中。可将具有约1nm至约200nm，或者约20nm至约100nm，或者约20nm至约50nm，或者约35nm的
平均粒度的炭黑加入氧化铝悬浮液中。在一些实施方案中，应使用足以得到约50m2/g至约
500m2/g，例如约50m2/g、约100m2/g、约150m2/g、约200m2/g、约250m2/g、约300m2/g、约350m2/
g、约400m2/g、约450m2/g，或者约500m2/g的孔表面积的炭黑。可将复合纳米颗粒混入包含氧
化铝纳米颗粒和炭黑的分散体中。在一些实施方案中，在与包含氧化铝纳米颗粒和炭黑的
分散体混合以前将复合纳米颗粒分散于单独的胶体中，任选用分散剂或表面活性剂分散。
可将所得混合物的pH调整至约2至约7的范围，例如约3至约5的pH，优选约4的pH，使颗粒沉
淀。可将沉淀物干燥(例如在约30℃至约95℃，优选约50℃至约70℃下，在大气压力或者在
降低的压力如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡下，约1天至约5天，或者约2天至约3天)。在干燥
以后，然后可将承载体煅烧(在升高的温度，例如400℃至约700℃，优选约500℃至约600℃，
更优选在约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至约560℃，或者在约550℃；在大气压力
或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，在环境气氛中)。煅烧方法导致炭黑
基本烧掉且氧化铝纳米颗粒烧结在一起，得到嵌入有复合纳米颗粒的多孔氧化铝承载体。
在一些实施方案中，可将二氧化铈纳米颗粒悬浮于乙醇、水或者乙醇和水的混合
物中。可将具有约1nm至约200nm，或者约20nm至约100nm，或者约20nm至约50nm，或者约35nm
的平均粒度的炭黑加入二氧化铈悬浮液中。在一些实施方案中，应使用足以得到约50m2/g
至约500m2/g，例如约50m2/g、约100m2/g、约150m2/g、约200m2/g、约250m2/g、约300m2/g、约
350m2/g、约400m2/g、约450m2/g，或者约500m2/g的孔表面积的炭黑。可将复合纳米颗粒混入
包含二氧化铈纳米颗粒和炭黑的分散体中。在一些实施方案中，在与包含二氧化铈纳米颗
粒和炭黑的分散体混合以前将复合纳米颗粒分散于单独胶体中，任选用分散剂或表面活性
剂分散。可将所得混合物的pH调整至约2至约7的范围，例如约3至约5的pH，优选约4的pH，使
颗粒沉淀。可将沉淀物干燥(例如在约30℃至约95℃，优选约50℃至约70℃下，在大气压力
或者在降低的压力如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡下，约1天至约5天，或者约2天至约3天)。
在干燥以后，然后可将承载体煅烧(在升高的温度，例如400℃至约700℃，优选约500℃至约
600℃，更优选在约540℃至约560℃，仍更优选在约550℃至约560℃，或者在约550℃；在大
气压力或者在降低的压力，例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，在环境气氛中)。煅烧方法导
致炭黑基本烧掉且二氧化铈纳米颗粒烧结在一起，得到嵌入有复合纳米颗粒的多孔二氧化
铈承载体。可将所得承载体例如通过研磨或碾磨进一步加工成微米级NNiM颗粒。
溶胶-凝胶制备也可与二氧化铈纳米颗粒，或者包含二氧化铈载体纳米颗粒与PGM
催化剂纳米颗粒的复合颗粒一起使用。将SolSperse 46k混入去离子水中并搅拌。然后将包
含二氧化铈的纳米颗粒，或者包含二氧化铈载体纳米颗粒和铂族金属/铂族金属合金催化
颗粒的复合纳米颗粒混入溶液中。将溶液的pH用乙酸调整至pH 3.5-4.0。将混合物在冷却
水浴中超声波处理。然后将混合物离心分离，且包含纳米颗粒的上清液(“纳米颗粒分散
体”)用于随后的步骤中。制备37％甲醛溶液。制备间苯二酚和硝酸铈在去离子水中的溶液。
随着搅拌将甲醛溶液倒入纳米颗粒分散体中。然后将间苯二酚-硝酸铈溶液倒入甲醛/纳米
颗粒分散体混合物中并继续搅拌。加入氢氧化铵(通常50％v/v，H2O)直至混合物的pH达到
7.5-8.5，此时凝胶形成开始。将凝胶在空气干燥炉中在约80-90C下干燥约72小时。将所得
树脂材料块打碎。然后将干燥的凝胶在炉中在约500C下煅烧约20小时。可将所得承载体例
如通过研磨或碾磨进一步加工成微米级NNiM颗粒。
类似于以上程序的程序可用于制备铈-锆氧化物、铈-锆-镧氧化物或铈-锆-镧-钇
氧化物，其中分别使用合适量的硝酸铈和硝酸氧锆、硝酸铈、硝酸氧锆和乙酸镧，或者硝酸
铈、硝酸氧锆、乙酸镧和硝酸钇。
具有抑制的铂族金属迁移的NNiM颗粒
NNiM颗粒，包括使用氧化铝多孔承载体和复合纳米颗粒制备的那些，其中承载体
通过本文所述方法制备且复合纳米颗粒在还原条件下制备，对降低铂族金属使用和降低催
化剂老化而言是特别有利的。催化纳米颗粒的铂族金属对复合纳米颗粒内的部分还原的
Al2O(3-x)表面的亲合力比例如多孔承载体的Al2O3更大。因此，在升高的温度下，与复合纳米
颗粒的相邻Al2O(3-x)组分结合的相邻PGM纳米颗粒不太可能在NNiM颗粒内迁移并聚集成较
大的催化剂块。由于较大的催化剂聚集体具有较小的表面积且作为催化剂不太有效，因此
对迁移和聚集的抑制为NNiM颗粒提供了显著优点。相反，通过湿化学沉淀沉积到氧化铝载
体上的铂颗粒证明有较高的移动率和迁移，形成催化剂聚集体并导致催化效力随时间降低
(即催化剂老化)。另外，NNiM颗粒具有比复合纳米颗粒仅结合在载体微米颗粒的表面或可
达孔上的微米颗粒更大的催化表面积可达性。部分还原的Al2O(3-x)表面通过在复合纳米颗
粒的等离子体合成期间使用包含氢气的工作气体，例如氩气/H2混合物而形成；优选，还在
形成复合纳米颗粒中的载体颗粒的部分还原Al2O(3-x)表面期间使用一些量的钯(例如原料
的0.1重量％至1重量％，或者1重量％至5重量％)作为进料金属。
使用Nano-on-Nano-in-Micro催化剂颗粒的洗涂组合物和层：对基底的施涂
在一些实施方案中，包含NNiM颗粒(即如本文所述嵌入微米级多孔承载体内的复
合纳米颗粒)的洗涂配制剂用于在用于催化的基底如催化转化器基底上提供一个或多个
层。洗涂配制剂可用于形成洗涂层和催化转化器基底，其与先前洗涂层和配制剂以及催化
转化器基底相比，包含降低量的铂族金属和/或提供更好的性能。
洗涂料通过将NNiM颗粒悬浮液水溶液中，将pH调整至约2至约7、约3至约5，或者约
4并且如果需要的话使用纤维素、玉米淀粉或其它增稠剂将粘度调整至约300cP至约1200cP
的值而制备。在一些实施方案中，将催化洗涂料施涂于基底上，制得经涂覆的基底。
初始基底优选为证明有良好的热稳定性，包括耐热冲击性，并且所述洗涂层可以
以稳定的方式固定其上的催化转化器基底。合适的基底包括但不限于由堇青石或其它陶瓷
材料形成的基底和由金属形成的基底。基底可包括蜂窝结构，其提供大量通道并产生高表
面积。催化转化器中具有施涂的洗涂层的经涂覆的基底的高表面积提供对流过催化转化器
的废气的有效处理。
通过用包含NNiM颗粒的水溶液涂覆基底，将过量洗涂料从基底上吹掉(和任选收
集从基底上吹掉的过量洗涂料并将其再循环)，将基底干燥并将基底煅烧，将洗涂料施涂于
基底上。
将涂覆在基底上的洗涂层干燥可在室温或升高的温度(例如约30℃至约95℃，优
选约60℃至约70℃)下，在大气压力下或者在降低的压力(例如约1帕斯卡至约90,000帕斯
卡，或者约7.5毫托至约675托)下，在环境气氛中或者在惰性气氛(例如氮气或氩气)下，用
或不用气流通过基底(例如干空气、干氮气或干氩气)而进行。在一些实施方案中，干燥方法
为热干燥方法。热干燥方法包括在大于室温的温度下，但在低于标准煅烧温度的温度下除
去溶剂的任何方法。在一些实施方案中，干燥方法可以为快速干燥方法，涉及借助压力的突
然降低或者通过将基底置于热空气上升气流中而从基底中快速蒸发水分。预期还可使用其
它干燥方法。
在将基底上的洗涂层干燥后，则可将洗涂层在基底上煅烧。煅烧在升高的温度，例
如400℃至约700℃，优选约500℃至约600℃下，更优选在约540℃至约560℃下或者在约550
℃下进行。煅烧可在大气压力下或者在降低的压力(例如约1帕斯卡至约90,000帕斯卡，或
者约7.5毫托至约675托)下，在环境气氛中或者在惰性气氛(例如氮气或氩气)下，用或不用
气流通过基底(例如干空气、干氮气或干氩气)进行。该方法得到涂有洗涂层的基底，洗涂层
包含嵌入有催化复合纳米颗粒的微米级多孔承载体颗粒。
催化转化器和生产催化转化器的方法
在一些实施方案中，本发明提供包含涂有本文所述催化洗涂层的经涂覆的基底的
催化转化器。催化转化器可用于多种应用，例如柴油车辆，例如轻型柴油车辆中。
图1描述的是根据一些实施方案的催化转化器。催化活性材料，例如嵌入微米级多
孔承载体颗粒中的催化复合纳米颗粒包含在洗涂组合物中，将其涂覆在基底上以形成经涂
覆的基底。经涂覆的基底114包封在绝缘材料112中，所述绝缘材料112又包封在金属容器
110(例如不锈钢容器)中。描述了隔热板108和气体传感器(例如氧气传感器)106。催化转化
器可通过法兰104和118固定在车辆的废气系统上。废气，包括烃、一氧化碳和氮氧化物的粗
排放，在102处进入催化转化器中。当粗排放穿过催化转化器时，它们与经涂覆的基底上的
催化活性材料反应，产生在120处离开的水、二氧化碳和氮气的排气管排放。图1A为经涂覆
的基底114的截面放大图，其显示经涂覆的基底的蜂窝结构。下文进一步详细讨论的经涂覆
的基底可结合于用于车辆排放控制系统中的催化转化器。
废气系统、车辆和排放性能
在本发明一些实施方案中，如本文所述经涂覆的基底容纳在催化转化器内的配置
用于接收来自内燃机的废气的位置上，例如内燃机的废气系统中。将经涂覆的基底置于外
壳中，例如图1所示，所述外壳又可置于内燃机的废气系统(也称为废气处理系统)中。内燃
机的废气系统接收来自发动机的废气，通常到废气歧管中，并将废气输送至废气处理系统
中。催化转化器形成废气系统的一部分，并且通常称为柴油氧化催化剂(DOC)。废气系统还
可包括柴油颗粒物过滤器(DPF)和/或选择性催化还原装置(SCR装置)和/或贫NOx捕集器
(LNT)；以从发动机中接收废气的顺序，典型的排列为DOC-DPF和DOC-DPF-SCR。废气系统还
可包括其它组件，例如氧气传感器、HEGO(热废气氧)传感器、UEGO(通用废气氧)传感器、其
它气体传感器和温度传感器。废气系统还可包括控制器，例如发动机控制装置(ECU)、微处
理器或发动机管理计算机，其可调整车辆中的各种参数(燃料流速、燃料/空气比、燃料注
射、发动机定时、阀定时等)以使达到废气处理系统的废气的组分最佳化，以便管理释放到
环境中的排放。
本文所述催化剂性能与市售和其它非市售催化剂的对比
本文所述NNiM颗粒可用于多种应用，例如作为待涂覆于可用于催化转化器中的基
底上的各种催化洗涂配制剂中的组分，所述催化转化器然后可用于汽车的废气处理系统
中。市售催化转化器通常使用湿化学方法制备以将铂族金属，例如钯或铂置于洗涂配制剂
内。使用湿化学方法制备的催化转化器可与使用催化颗粒，例如如美国申请No.13/589,024
(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒，或者如本文所述NNiM颗粒的催化转化器对比。
为了对比湿化学催化剂、NNm颗粒和NNiM颗粒的催化效率，催化剂可分别用于催化
转化器中，老化(例如将催化转化器用于真实汽车或者人工地，例如将催化转化器加热至
800℃16小时)，并在各铂族金属负载下测量各个催化转化器的一氧化碳“起燃”温度。一氧
化碳“起燃”温度通常被认为是催化转化器的操作温度，和50％一氧化碳被催化时的温度。
因此，对于给定的PGM负载，较低的起燃温度，或者对于给定的起燃温度，较低的PGM负载是
更有效的催化剂的指示。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备且载有1.8g/l或更
少PGM的催化转化器显示出比用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负载的催化转化器
低至少10℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备且载有1.8g/l或更少PGM的催化转化器显示出比用湿化学方法制备且具有相同或类
似PGM负载的催化转化器低至少20℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔
承载体内的复合纳米颗粒制备且载有1.8g/l或更少PGM的催化转化器显示出比用湿化学方
法制备且具有相同或类似PGM负载的催化转化器低至少30℃的一氧化碳起燃温度。在一些
实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备且载有1.8g/l或更少PGM的催化转
化器显示出比用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负载的催化转化器低至少40℃的一
氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备且载有
1.8g/l或更少PGM的催化转化器显示出比用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负载的
催化转化器低至少50℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的
复合纳米颗粒制备且载有1.5g/l或更少PGM的催化转化器显示出比用湿化学方法制备且具
有相同或类似PGM负载的催化转化器低至少10℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，
用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备且载有1.5g/l或更少PGM的催化转化器显示出比
用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负载的催化转化器低至少20℃的一氧化碳起燃温
度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备且载有1.5g/l或更少PGM
的催化转化器显示出比用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负载的催化转化器低至少
30℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备
且载有1.5g/l或更少PGM的催化转化器具有比用湿化学方法制备且具有相同或类似PGM负
载的催化转化器低至少40℃的一氧化碳起燃温度。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体
内的复合纳米颗粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、
约75,000英里、约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,
000千米，或者约150,000英里以后还证明有上述性能标准中的任一个。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少30重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少30重量％催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒
制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少40重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少40重量％的催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、
约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少50重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少50重量％的催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、
约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少60重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少60重量％的催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、
约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少70重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少70重量％的催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、
约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-3℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少80重量％的PGM。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制
备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、约
100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器显示
出在用湿化学方法制备的催化转化器的一氧化碳起燃温度的+/-2℃内的一氧化碳起燃温
度，而用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器使用比用湿化学方法制备的
催化转化器少80重量％的催化剂。在一些实施方案中，用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗
粒制备的催化转化器在操作约50,000千米、约50,000英里、约75,000千米、约75,000英里、
约100,000千米、约100,000英里、约125,000千米、约125,000英里、约150,000千米，或者约
150,000英里以后还证明有该性能。
在一些实施方案中，对于上述对比，在试验以前将用嵌入多孔承载体内的复合纳
米颗粒制备的催化转化器和使用湿化学方法制备的市售催化转化器老化(相同的量)。在一
些实施方案中，将用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器和使用湿化学方
法制备的市售催化转化器老化至约(或至多约)50,000千米、约(或至多约)50,000英里、约
(或至多约)75,000千米、约(或至多约)75,000英里、约(或至多约)100,000千米、约(或至多
约)100,000英里、约(或至多约)125,000千米、约(或至多约)125,000英里、约(或至多约)
150,000千米，或者约(或至多约)150,000英里。在一些实施方案中，对于上述对比，在试验
以前将用嵌入多孔承载体内的复合纳米颗粒制备的催化转化器和使用湿化学方法制备的
市售催化转化器人工老化(相同的量)。在一些实施方案中，通过加热至约400℃、约500℃、
约600℃、约700°、约800℃、约900℃、约1000℃、约1100℃，或者约1200℃约(或至多约)4小
时、约(或至多约)6小时、约(或至多约)8小时、约(或至多约)10小时、约(或至多约)12小时、
约(或至多约)14小时、约(或至多约)16小时、约(或至多约)18小时、约(或至多约)20小时、
约(或至多约)22小时，或者约(或至多约)24小时而将它们人工老化。在一些实施方案中，通
过加热至约800℃约16小时而将它们人工老化。
示例实施方案
通过以下实施方案进一步描述本发明。如果合适和可行的话，各个实施方案的特
征可与任何其它实施方案组合。
实施方案1.催化材料，其包含：多孔承载体；和嵌入多孔承载体内的多个复合纳米
颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。
实施方案2.根据实施方案1的催化材料，其中催化材料为微米级颗粒。
实施方案3.根据实施方案1或2的催化材料，其中催化纳米颗粒包含至少一种铂族
金属。
实施方案4.根据实施方案1-3的催化材料，其中催化纳米颗粒包含铂和钯。
实施方案5.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:1
铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案6.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯至10:1
铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案7.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯重量比
的铂和钯。
实施方案8.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含10:1铂:钯重量比
的铂和钯。
实施方案9.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含铂且不含钯。
实施方案10.根据实施方案4的催化材料，其中催化纳米颗粒包含钯且不含铂。
实施方案11.根据实施方案1-9中任一项的催化材料，其中复合纳米颗粒包含
0.001重量％至20重量％铂族金属。
实施方案12.根据实施方案1-9中任一项的催化材料，其中复合纳米颗粒包含0.5
重量％至1.5重量％铂族金属。
实施方案13.根据实施方案1-12中任一项的催化材料，其中载体纳米颗粒具有
10nm至20nm的平均直径。
实施方案14.根据实施方案1-13中任一项的催化材料，其中催化纳米颗粒具有
0.3nm至10nm的平均直径。
实施方案15.根据实施方案1-14中任一项的催化材料，其中载体纳米颗粒包含金
属氧化物。
实施方案16.根据实施方案15的催化材料，其中载体纳米颗粒包含金属氧化物氧
化铝。
实施方案17.根据实施方案1-16中任一项的催化材料，其中多孔承载体由聚合的
间苯二酚形成。
实施方案18.根据实施方案1-17中任一项的催化材料，其中多孔承载体包含二氧
化硅。
实施方案19.根据实施方案1-18中任一项的催化材料，其中多孔承载体由包含无
定形碳的混合物形成。
实施方案20.根据实施方案1-19中任一项的催化材料，其中多孔承载体包含金属
氧化物。
实施方案21.根据实施方案1-20中任一项的催化材料，其中多孔承载体由包含金
属氧化物和聚合的间苯二酚的混合物形成。
实施方案22.根据实施方案20或21的催化材料，其中金属氧化物为氧化铝。
实施方案23.根据实施方案1-22中任一项的催化材料，其中多孔承载体具有大于
200m2/g的平均孔表面积。
实施方案24.根据实施方案1-23中任一项的催化材料，其中多孔承载体具有1nm至
200nm的平均孔径。
实施方案25.制备多孔催化材料的方法，其包括：
将复合纳米颗粒与包含承载体前体的流体混合，其中复合纳米颗粒包含载体纳米
颗粒和催化纳米颗粒；
将承载体前体固化以形成固化承载体，其中复合纳米颗粒嵌入固化承载体内；和
除去一部分固化承载体以形成多孔催化材料。
实施方案26.根据实施方案25的方法，其中除去一部分固化承载体包括将固化承
载体煅烧以烧掉一部分固化承载体。
实施方案27.根据实施方案25或26的方法，其进一步包括：
在将复合纳米颗粒与包含承载体前体的流体混合以前形成包含分散的复合纳米
颗粒的流体。
实施方案28.根据实施方案25或26的方法，其中承载体前体包含铝、二氧化硅、间
苯二酚或无定形碳中的一种或多种。
实施方案29.根据实施方案22-28中任一项的方法，其中承载体前体通过沉淀固化
且复合纳米颗粒与固化承载体共沉淀。
实施方案30.根据实施方案25-28中任一项的方法，其中承载体前体通过聚合固
化。
实施方案31.根据实施方案25-30中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含至少一
种铂族金属。
实施方案32.根据实施方案25-31中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含铂和
钯。
实施方案33.根据实施方案32的方法，其中催化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:1铂:
钯重量比的铂和钯。
实施方案34.根据实施方案32的方法，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯至10:1铂:
钯重量比的铂和钯。
实施方案35.根据实施方案32的方法，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯重量比的
铂和钯。
实施方案36.根据实施方案32的方法，其中催化纳米颗粒包含10:1铂:钯重量比的
铂和钯。
实施方案37.根据实施方案25-31中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含铂且不
含钯。
实施方案38.根据实施方案25-31中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含钯且不
含铂。
实施方案39.根据实施方案25-38中任一项的方法，其中复合纳米颗粒包含
0.001％至20％铂族金属。
实施方案40.根据实施方案25-39中任一项的方法，其中复合纳米颗粒包含0.5％
至1.5％铂族金属。
实施方案41.根据实施方案25-40中任一项的方法，其中载体纳米颗粒具有10nm至
20nm的平均直径。
实施方案42.根据实施方案25-41中任一项的方法，其中催化纳米颗粒具有0.3nm
至10nm的平均直径。
实施方案43.根据实施方案25-42中任一项的方法，其中载体纳米颗粒包含金属氧
化物。
实施方案44.根据实施方案43的方法，其中金属氧化物为氧化铝。
实施方案45.根据实施方案25-44中任一项的方法，其进一步包括将所得催化材料
加工成微米级颗粒。
实施方案46.根据实施方案45的方法，其中将所得催化材料研磨以形成微米级颗
粒。
实施方案47.通过实施方案25-46中任一项的方法制备的多孔催化材料。
实施方案48.经涂覆的基底，其包含：基底；和包含催化活性颗粒的洗涂层，其中催
化活性颗粒包含多孔承载体和嵌入多孔承载体内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗
粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。
实施方案49.根据实施方案48的经涂覆的基底，其中催化纳米颗粒包含至少一种
铂族金属。
实施方案50.根据实施方案48或49的经涂覆的基底，其中催化纳米颗粒包含铂和
钯。
实施方案51.根据实施方案48-50中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体由聚
合的间苯二酚形成。
实施方案52.根据实施方案48-51中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体包含
二氧化硅。
实施方案53.根据实施方案48-52中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体由包
含无定形碳的混合物形成。
实施方案54.根据实施方案48-53中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体包含
金属氧化物。
实施方案55.根据实施方案48-54中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体由包
含金属氧化物和聚合的间苯二酚的混合物形成。
实施方案56.根据实施方案54或55的经涂覆的基底，其中金属氧化物为氧化铝。
实施方案57.根据实施方案48-56中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体具有
大于200m2/g的平均孔表面积。
实施方案58.根据实施方案48-57中任一项的经涂覆的基底，其中多孔承载体具有
1nm至200nm的平均孔径。
实施方案59.根据实施方案48-58中任一项的经涂覆的基底，其中基底包含堇青
石。
实施方案60.根据实施方案48-59中任一项的经涂覆的基底，其中基底包含蜂窝结
构。
实施方案61.催化转化器，其包含根据实施方案48-60中任一项的经涂覆的基底。
实施方案62.废气处理系统，其包含废气导管和根据实施方案61的催化转化器。
实施方案63.包含催化活性颗粒的洗涂组合物，其中催化活性颗粒包含多孔承载
体和嵌入多孔承载体内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催
化纳米颗粒。
实施方案64.根据实施方案63的洗涂组合物，其中将催化活性颗粒悬浮于pH3-5的
含水介质中。
实施方案65.根据实施方案63或64的洗涂组合物，其中催化纳米颗粒包含至少一
种铂族金属。
实施方案66.根据实施方案63-65中任一项的洗涂组合物，其中催化纳米颗粒包含
铂和钯。
实施方案67.根据实施方案63-66中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体由聚合
的间苯二酚形成。
实施方案68.根据实施方案63-67中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体包含二
氧化硅。
实施方案69.根据实施方案63-68中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体由包含
无定形碳的混合物形成。
实施方案70.根据实施方案63-69中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体包含金
属氧化物。
实施方案71.根据实施方案63-70中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体由包含
金属氧化物和聚合的间苯二酚的混合物形成。
实施方案72.根据实施方案70或71的洗涂组合物，其中金属氧化物为氧化铝。
实施方案73.根据实施方案63-72中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体具有大
于200m2/g的平均孔表面积。
实施方案74.根据实施方案63-73中任一项的洗涂组合物，其中多孔承载体具有
1nm至200nm的平均孔径。
实施方案75.形成经涂覆的基底的方法，其包括将基底用根据实施方案63-74中任
一项的洗涂组合物涂覆。
实施方案76.根据实施方案75的形成经涂覆的基底的方法，该方法进一步包括在
用洗涂组合物涂覆以后将基底煅烧。
实施方案77.催化材料，其包含：包含可燃组分和不可燃组分的承载体；和嵌入凝
胶内的多个复合纳米颗粒，其中各复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒。
实施方案78.根据实施方案77的催化材料，其中可燃组分为无定形碳。
实施方案79.根据实施方案78的催化材料，其中可燃组分为可燃凝胶。
实施方案80.根据实施方案77或79的催化材料，其中可燃组分为聚合的间苯二酚。
实施方案81.根据实施方案77-80中任一项的催化材料，其中催化纳米颗粒包含至
少一种铂族金属。
实施方案82.根据实施方案77-81中任一项的催化材料，其中催化纳米颗粒包含铂
和钯。
实施方案83.根据实施方案82的催化材料，其中催化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:
1铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案84.根据实施方案82的催化材料，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯至10:
1铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案85.根据实施方案82的催化材料，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯重量
比的铂和钯。
实施方案86.根据实施方案82的催化材料，其中催化纳米颗粒包含10:1铂:钯重量
比的铂和钯。
实施方案87.根据实施方案81的催化材料，其中催化纳米颗粒包含铂且不含钯。
实施方案88.根据实施方案81的催化材料，其中催化纳米颗粒包含钯且不含铂。
实施方案89.根据实施方案77-88中任一项的催化材料，其中复合纳米颗粒包含
0.001重量％至20重量％铂族金属。
实施方案90.根据实施方案77-89中任一项的催化材料，其中复合纳米颗粒包含
0.5重量％至1.5重量％铂族金属。
实施方案91.根据实施方案77-90中任一项的催化材料，其中载体纳米颗粒具有
10nm至20nm的平均直径。
实施方案92.根据实施方案77-91中任一项的催化材料，其中催化纳米颗粒具有
0.3nm至10nm的平均直径。
实施方案93.根据实施方案77-92中任一项的催化材料，其中载体纳米颗粒包含金
属氧化物。
实施方案94.根据实施方案93的催化材料，其中载体纳米颗粒包含金属氧化物氧
化铝。
实施方案95.制备催化材料的方法，其包括：将复合纳米颗粒与包含承载体前体的
流体混合，其中复合纳米颗粒包含载体纳米颗粒和催化纳米颗粒；和将承载体前体固化以
形成固化承载体，其中复合纳米颗粒嵌入固化承载体内。
实施方案96.根据实施方案95的方法，其进一步包括：在将复合纳米颗粒与包含承
载体前体的流体混合以前形成包含分散的复合纳米颗粒的流体。
实施方案97.根据实施方案95或96的方法，其中承载体前体包含可燃组分和不可
燃组分。
实施方案98.根据实施方案97的方法，其中可燃组分包含间苯二酚或无定形碳。
实施方案99.根据实施方案97或98的方法，其中不可燃组分包含铝或二氧化硅。
实施方案100.根据实施方案95-99中任一项的方法，其中承载体前体通过沉淀固
化且复合纳米颗粒与固化承载体共沉淀。
实施方案101.根据实施方案95-99中任一项的方法，其中承载体前体通过聚合固
化。
实施方案102.根据实施方案95-101中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含至少
一种铂族金属。
实施方案103.根据实施方案95-102中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含铂和
钯。
实施方案104.根据实施方案103的方法，其中催化纳米颗粒包含1:2铂:钯至25:1
铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案105.根据实施方案103的方法，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯至10:1
铂:钯重量比的铂和钯。
实施方案106.根据实施方案103的方法，其中催化纳米颗粒包含2:1铂:钯重量比
的铂和钯。
实施方案107.根据实施方案103的方法，其中催化纳米颗粒包含10:1铂:钯重量比
的铂和钯。
实施方案108.根据实施方案95-102中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含铂且
不含钯。
实施方案109.根据实施方案95-102中任一项的方法，其中催化纳米颗粒包含钯且
不含铂。
实施方案110.根据实施方案95-109中任一项的方法，其中复合纳米颗粒包含
0.001％至20％铂族金属。
实施方案111.根据实施方案95-110中任一项的方法，其中复合纳米颗粒包含
0.5％至1.5％铂族金属。
实施方案112.根据实施方案95-111中任一项的方法，其中载体纳米颗粒具有10nm
至20nm的平均直径。
实施方案113.根据实施方案95-112中任一项的方法，其中催化纳米颗粒具有
0.3nm至10nm的平均直径。
实施方案114.根据实施方案95-113中任一项的方法，其中载体纳米颗粒包含金属
氧化物。
实施方案115.根据实施方案114的方法，其中金属氧化物为氧化铝。
实施方案116.通过实施方案95-115中任一项的方法制备的催化材料。
实施方案117.包含纳米颗粒和多孔承载体材料的多孔材料。
实施方案118.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒选自金属氧化物纳米
颗粒、混合金属氧化物纳米颗粒和复合纳米颗粒。
实施方案119.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含金属氧化物纳米
颗粒。
实施方案120.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含混合金属氧化物
纳米颗粒。
实施方案121.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含复合纳米颗粒。
实施方案122.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含金属氧化物纳米
颗粒和复合纳米颗粒。
实施方案123.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含混合金属氧化物
纳米颗粒和复合纳米颗粒。
实施方案124.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含金属氧化物纳米
颗粒和混合金属氧化物纳米颗粒。
实施方案125.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含金属氧化物纳米
颗粒、混合金属氧化物纳米颗粒和复合纳米颗粒。
实施方案126.根据实施方案119、122、124或125中任一项的多孔材料，其中金属氧
化物纳米颗粒包含氧化铝。
实施方案127.根据实施方案119、122、124或125中任一项的多孔材料，其中金属氧
化物纳米颗粒包含二氧化铈。
实施方案128.根据实施方案119、122、124或125中任一项的多孔材料，其中金属氧
化物纳米颗粒包含氧化铝纳米颗粒和二氧化铈纳米颗粒。
实施方案129.根据实施方案121、122、123或125中任一项的多孔材料，其中复合纳
米颗粒包含催化纳米颗粒和载体纳米颗粒。
实施方案130.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含氧化铝纳米颗粒
和复合纳米颗粒。
实施方案131.根据实施方案130的多孔材料，其中复合纳米颗粒的催化纳米颗粒
包含铂、钯或者铂和钯的合金。
实施方案132.根据实施方案130的多孔材料，其中复合纳米颗粒的载体纳米颗粒
包含氧化铝。
实施方案133.根据实施方案130的多孔材料，其中复合纳米颗粒的催化纳米颗粒
包含铂、钯或者铂和钯的合金，且复合纳米颗粒的载体纳米颗粒包含氧化铝。
实施方案134.根据实施方案117-126或128-133中任一项的多孔材料，其中多孔承
载体材料为氧化铝。
实施方案135.根据实施方案117的多孔材料，其中纳米颗粒包含二氧化铈纳米颗
粒和复合纳米颗粒。
实施方案136.根据实施方案135的多孔材料，其中复合纳米颗粒的催化纳米颗粒
包含铂、钯或者铂和钯的合金。
实施方案137.根据实施方案135的多孔材料，其中复合纳米颗粒的载体纳米颗粒
包含二氧化铈。
实施方案138.根据实施方案135的多孔材料，其中复合纳米颗粒的催化纳米颗粒
包含铂、钯或者铂和钯的合金，且复合纳米颗粒的载体纳米颗粒包含二氧化铈。
实施方案139.根据实施方案117-125、127-131或者135-138中任一项的多孔材料，
其中多孔承载体材料为二氧化铈。
实施方案140.根据实施方案118、121-123、125、129-133或者135-138中任一项的
多孔材料，其中复合纳米颗粒的载体纳米颗粒包含混合金属氧化物。
实施例
实施例1
图2描述的是如本文所述的使用嵌入多孔承载体颗粒内的复合纳米颗粒(‘nano-
on-nano-in-micro”或“NniM”颗粒)制备的非市售催化转化器与具有使用湿化学方法制备
的基底的市售催化转化器和使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所
述的浸渍在微米承载体氧化铝颗粒表面上的复合催化纳米颗粒(“nano-on-nano-on-
micron”或“NNm”颗粒)的非市售催化转化器相比的性能。下文所述所有试验结果都使用在
800℃下人工老化16小时的催化剂来模拟在汽车中在125,000英里以后的操作。
空心三角形(Δ)表示用具有nano-on-nano-in-micro(NNiM)催化剂(其中PGM为2:
1Pt:Pd)的洗涂层制备的经涂覆的基底的一氧化碳起燃温度的数据点。填充正方形(■)、填
充菱形(◆)和填充三角形(▲)表示通过湿化学方法制备的市售经涂覆的基底的CO起燃温
度，其中PGM为2:1Pt:Pd(参比技术)。填充圆(●)表示使用如美国申请No.13/589,024(美国
专利No.8,679,433)中所述的浸渍在微米承载体氧化铝颗粒表面上的复合催化纳米颗粒
(“nano-on-nano-on-micron”或“NNm”颗粒)的非市售催化转化器的一氧化碳起燃温度。
模拟在用于实验目的的稳态条件下进行(在实际操作中，冷启动条件不是稳态
的)。使包含一氧化碳的载气通过经涂覆的基底以模拟柴油废气。将催化转化器基底的温度
逐步提高直至实现起燃温度(即，当经涂覆的基底达到足以将50％CO转化成CO2的温度时)。
市售催化转化器显示出在1.0g/l的PGM负载下约193℃的CO起燃温度。使用如美国
申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒的非市售催化转化器显示
出在1.0g/l PGM负载下约161℃的CO起燃温度。使用NNiM颗粒的催化转化器显示出在1.1g/
l的PGM负载下约142℃和约147℃(平均约144.5℃)的CO起燃温度，并且可估计出在1.0g/l
的PGM负载下约146℃的CO起燃温度，或者在类似PGM负载下比市售催化转化器低约47℃，以
及在类似PGM负载下比使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的
NNm颗粒的非市售经涂覆的基底低约15℃。
市售催化转化器显示出在约5.0g/l的PGM负载下约142℃的一氧化碳起燃温度。使
用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒的非市售催化转
化器显示出在约3.3g/l的PGM负载下约142℃的一氧化碳起燃温度。使用NNiM颗粒的催化转
化器显示出在约1.1g/l的PGM负载下约142℃的一氧化碳起燃温度。这表示在约142℃的起
燃温度下，使用NNiM颗粒的催化转化器相对于市售经涂覆的基底实现约78％，以及相对于
使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒的非市售经涂
覆的基底实现约67％的PGM负载节约(降低)。
实施例2
图3描述了与图1所示模拟类似的模拟，不同的是PGM比例对各技术而言为10:1Pt:
Pd。
空心三角形(Δ)表示使用nano-on-nano-in-micro(NNiM)颗粒制备的催化转化器
(其中PGM为10:1Pt:Pd)的一氧化碳起燃温度的数据点。填充正方形(■)表示通过湿化学方
法制备的市售催化转化器(其中PGM为10:1Pt:Pd)的CO起燃温度。填充圆(●)表示使用如美
国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的浸渍在微米承载体氧化铝颗粒表
面上的复合催化纳米颗粒(“nano-on-nano-on-micron”或“NNm”颗粒)的非市售催化转化器
的一氧化碳起燃温度。
市售催化转化器显示出在1.8g/l的PGM负载下约203℃、约201℃和约194℃(平均
约199℃)的一氧化碳起燃温度。使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)
中所述的NNm颗粒的非市售催化转化器显示出在约1.8g/l PGM负载的PGM负载下约166℃、
约165℃和约159℃(平均约163℃)的一氧化碳起燃温度。使用NNiM颗粒制备的催化转化器
显示出在约1.8g/l的PGM负载下约140℃，或者在类似PGM负载下比市售催化转化器低约59
℃，以及在类似PGM负载下比使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所
述的NNm颗粒制备的非市售催化转化器低约23℃的一氧化碳起燃温度。
使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒制备
且具有10:1的PGM比例的非市售催化转化器显示出在约3.3g/l的PGM负载下约151℃的一氧
化碳起燃温度。使用NNiM颗粒制备的催化转化器显示出在约1.2g/l的PGM负载下约151℃的
一氧化碳起燃温度。这表示在约142℃的起燃温度下，使用NNiM颗粒制备的催化转化器相对
于使用如美国申请No.13/589,024(美国专利No.8,679,433)中所述的NNm颗粒制备的非市
售催化转化器实现约64％的PGM负载节约(降低)。
已就具体实施方案并结合细节描述了本发明，以便于对本发明的构造和操作原理
的理解。本文中关于具体实施方案及其细节的提及不意欲限制所附权利要求书的范围。本
领域技术人员容易了解，可不偏离本发明的精神和范围地对所选的用于阐述的实施方案进
行其它各种改进。因此，描述和实施例应当不解释为限制本发明的范围。