《高性能稀土汽车催化剂/器制备及应用》

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汽车排放是造成城市灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。2013年9月中国发布了《国家第五阶段机动车污染物排放标准》(简称国五标准),在北京、上海、天津及广州等地先行先试,2018年1月在全国执行。不断加严的排放法规及其带来的日益加剧的贵金属资源供需矛盾,迫切需要稀土汽车催化技术的创新。稀土汽车催化技术的核心是开发低贵金属用量、长寿命稀土-贵金属复合催化剂。

该项目利用中国优势稀土资源,将材料技术用于环境保护,开发出满足国五标准的稀土汽车催化技术。主要创新成果如下:

关键涂层材料可控制备技术:发明了“微纳尺度-壳核结构铈基材料”及其可控制备技术,解决了纳米铈基材料高温烧结的难题,开发出储放氧容量大、储放氧速率高及高水热稳定的铈锆储氧材料;创制了稀土-磷协同改性活性氧化铝的新方法,实现了活性氧化铝的微观结构及微化学环境的高效调控,获得了比表面高、水热稳定好及酸碱性可调的活性氧化铝。

低贵金属催化剂稳定分散技术:优化贵金属与微纳壳核铈基材料及稀土-磷协同改性氧化铝材料的相互作用,开发出贵金属定向锚定技术,实现了贵金属在长期高温使用过程中的稳定分散,有效降低了催化剂的贵金属用量,在广汽GA6车型国五配套应用中,催化剂贵金属减量38%。

高精度分区涂覆技术及其工程化:开发出全定量、分区涂覆技术,自主研制出高精度涂覆工程装备,实现了单一载体多种催化功能的分区涂覆,同时大幅提高了催化剂涂覆精度,工程化涂覆误差从±7%降至±3%。

催化器封装及系统集成技术:开发出闭环控制的GBD封装工艺,GBD公差可控制在8%以内,有效提高了薄壁与超薄壁载体的封装成品率。采用CAE与测试结果相互标定的技术,提高了集成系统的匹配成功率,实现了满足国五标准催化器的高效集成。

该项目获得授权中国发明专利20项、PCT专利2项,欧洲、美国发明专利国家阶段各1项,发表SCI论文43篇。2015-2017年国五汽车催化产品累计实现销售收入92.6亿元,新增利润6.4亿元。该项目产品在中国自主品牌汽车催化剂市场占有率达到40.3%,催化器市场近30%,均稳居国内第一。

建成具有核心竞争力的稀土汽车催化自主创新体系,打破了国际垄断,使中国稀土汽车催化技术进入国际先进行列,扭转了中国汽车催化市场受制于人的被动局面,使中国市场汽车催化剂采购成本下降约60%,结束了跨国企业在中国汽车催化市场攫取暴利的时代。

专家鉴定为:“项目整体达到国际先进水平,部分关键技术达到国际领先水平”,“开创自主品牌催化剂进入国际主流汽车品牌先河,具有里程碑意义”。该项目使中国稀土汽车催化技术进入世界先进行列,促进了稀土资源高附加值利用,经济和社会效益显著。

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