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貴金属が自己再生する自動車用触媒「インテリジェント触媒」を世界に先駆けて開発

2002年07月11日
ダイハツ工業株式会社

ダイハツ工業株式会社(以下ダイハツ)は、自動車の排気ガス中で貴金属が自己再生することによりほとんど劣化せず、フレッシュな触媒活性を維持し続ける自動車用触媒「インテリジェント触媒」を世界に先駆けて開発した。

この触媒は、高性能を維持しながら貴重な資源である貴金属使用量を大幅に低減できるとともに、触媒コスト削減も可能となる。

今後は、昨年実用化したTOPAZ触媒に続く高性能・低コストな次世代自動車触媒として早期実用化をめざす。

現在利用されているほとんどの自動車触媒は、アルミナ等の表面に、排気ガス浄化作用を持つパラジウム・白金・ロジウムなどの触媒用貴金属を微粒子状態で分散保持させることにより、できるだけ大きな浄化面積を保ったまま長時間触媒機能を維持するように工夫されている。

触媒用貴金属の使用量は、全世界で排出ガス規制が強化され始めた1990年代初頭から増加しているが、中でもパラジウムは、未燃ガソリン成分を低温から酸化させるのに有効であることから、他の貴金属よりも急速に増加している。また、パラジウムは、自動車用以外に歯科用、エレクトロニクス・ケミカル分野など、広い範囲で使用されている貴金属であり、効率的な使用が望まれている。
自動車用触媒は、常に800℃以上の高温にさらされ、かつ酸素センサーを用いて燃料噴射量を制御しているため酸化還元変動(酸素過不足変動)が常時生じており、触媒材料にとっては過酷な条件で使用されている。

このため、貴金属の微粒子がアルミナ等の表面を移動、合体することにより粒成長を起こし、有効な触媒表面積が減少することが触媒性能劣化の原因となっている。
なかでもパラジウムは、最も熱に弱い貴金属のため、従来の考え方では使用量の低減は困難であった。

そこで、ダイハツは、ナノテクノロジーを駆使した触媒設計と調製方法を用い、特殊なペロブスカイト型結晶中にパラジウムをイオンとして原子レベルで規則的に配置させる技術を開発した。
これにより、パラジウムが、高温の酸化状態(酸素過剰状態)では金属イオンとしてペロブスカイト型結晶中に入り、還元状態(酸素不足状態)では結晶から出て金属微粒子となり、再び酸化状態になるとペロブスカイト型結晶に戻るという自己再生を繰り返し、金属微粒子の肥大化を抑制する新機能触媒の開発に成功した。

この技術により、パラジウムの耐熱性が大幅に改善され、従来の触媒に比べてより優れた浄化活性と耐久性を維持できるようになり、パラジウムだけでなく、白金やロジウムなど貴重な資源である貴金属の総使用量を大幅に低減できる。また、触媒コストの大幅な削減も可能となる。

なお、触媒材料開発には、工学院大学教授(東京大学名誉教授)御園生 誠氏、東京大学教授 水野哲孝氏の協力を得ている。また、自己再生機能の科学的解析は、ダイハツ、日本原子力研究所、(株)豊田中央研究所、東京理科大学の共同研究によって解明され、その研究論文は、触媒開発に新しい設計概念を与えるものとして、7月11日発売の英国の世界的科学雑誌「Nature」に掲載されている。

【参考資料】