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DE102009002182A1 - Filter useful for removing particulate component, preferably carbon black particle of exhaust gas, comprises a substrate that forms several gas channels and a washcoat coating comprising catalytic composition on inner surface of substrate - Google Patents

Filter useful for removing particulate component, preferably carbon black particle of exhaust gas, comprises a substrate that forms several gas channels and a washcoat coating comprising catalytic composition on inner surface of substrate Download PDF

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DE102009002182A1
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German (de)
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DE102009002182B4 (en
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Mischa Bachmann
Hans-Robert Prof. Dr. Volpp
Boris Weidenhof
Silvia Calvo Zueco
Michael Dr. Kröll
Alexandr Dr. Gorski
Klaus Prof. Dr. Stöwe
Lars Hensgen
Selvakumar Jayavel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ruprecht-Karls-Universitaet Heidelberg De
Volkswagen AG
Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Universitaet des Saarlandes
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
J Eberspaecher GmbH and Co KG
Universitaet Heidelberg
Volkswagen AG
Universitaet des Saarlandes
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Filter zur Entfernung partikulärer Bestandteile aus verbrennungsmotorischen Abgasen, insbesondere einen Dieselpartikelfilter. Der Filter umfasst ein Substrat, das eine Vielzahl von Gaskanälen ausbildet, sowie eine auf einer inneren Oberfläche des Substrats angeordnete Washcoat-Beschichtung, umfassend eine katalytische Zusammensetzung, die in Gegenwart von Sauerstoff ohne Reaktionsbeteiligung von Stickoxiden eine Oxidation von unverbrannten oder teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen und Rußpartikeln katalysiert, wobei die katalytische Zusammensetzung (A) zumindest ein katalytisches Tägeroxid sowie (B) zumindest eine Dotierung eines katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls umfasst. Erfindungsgemäß liegen sowohl das zumindest eine katalytische Trägeroxid als auch das zumindest eine katalytisch aktive Metall einzeln oder als Gefüge miteinander in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vor. Die katalytische Zusammensetzung kann durch ein Imprägnierungsverfahren, durch ein Sol-Gel-Verfahren oder durch gepulste Laser-Deposition (PLD) dargestellt werden. Der erfindungsgemäße Filter zeichnet sich durch eine niedrige Aktivierungstemperatur aus, die eine kontinuierliche Regeneration im Fahrzeugbetrieb ohne zusätzliche Heizmaßnahmen erlaubt.The invention relates to a filter for removing particulate components from internal combustion engine exhaust gases, in particular a diesel particulate filter. The filter comprises a substrate forming a plurality of gas channels and a washcoat coating disposed on an interior surface of the substrate comprising a catalytic composition that oxidizes unburned or partially burned hydrocarbons and soot particles in the presence of oxygen without reacting nitrogen oxides catalyzes, wherein the catalytic composition (A) comprises at least one catalytic Tägeroxid and (B) at least one doping of a catalytically active, metallic and / or oxidic metal present. According to the invention, both the at least one catalytic carrier oxide and the at least one catalytically active metal are present individually or as a structure with one another in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure. The catalytic composition can be prepared by an impregnation process, a sol-gel process or pulsed laser deposition (PLD). The filter according to the invention is characterized by a low activation temperature, which allows continuous regeneration in vehicle operation without additional heating measures.

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Description

Die Erfindung betrifft einen katalytischen Filter zur Entfernung partikulärer Bestandteile aus Verbrennungsabgasen, insbesondere einen Dieselpartikelfilter zur Entfernung rußhaltiger Partikel aus der motorischen Verbrennung. Gegenstand der Erfindung sind ferner verschiedene Verfahren zur Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung für eine Washcoat-Beschichtung eines solchen Filters.The The invention relates to a catalytic filter for removing particulate matter Components from combustion exhaust gases, in particular a diesel particulate filter for removal of soot-containing particles from engine combustion. The invention further provides various methods for Preparation of a catalytic composition for a Washcoat coating of such a filter.

Der Einsatz von Dieselpartikelfiltern (DPF) im Abgaskanal von Dieselkraftfahrzeugen zur Abscheidung von Rußpartikeln aus dieselmotorischen Abgasen ist bekannt. Um ihre Speicherkapazität wiederherzustellen und dem Ansteigen des Abgasgegendrucks mit zunehmender Filterbeladung entgegenzuwirken, müssen DPF diskontinuierlich oder kontinuierlich durch Verbrennung (Oxidation) des Rußes regeneriert werden. Hierzu hat sich die thermische Regeneration, bei der der Ruß unter Entstehung von Kohlendioxid und Wasserdampf verbrannt wird, als umweltschonendste Methode durchgesetzt. Die (unkatalysierte) Verbrennungstemperatur von Ruß in Gegenwart von Sauerstoff beträgt etwa 600°C. Da derartige Abgastemperaturen im Betrieb eines Dieselfahrzeuges nicht häufig genug erreicht werden, sind derzeit aktive Regenerationsmaßnahmen notwendig. So wird üblicherweise eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während des Arbeitstaktes des Motors durchgeführt, so dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe an einem dem DPF vorgeschalteten Oxidationskatalysator exotherm verbrannt werden und somit die Abgastemperatur erhöht wird. Dieser Ansatz führt jedoch zu einem Kraftstoffmehrbrach, technischem Mehraufwand und zu einer Ölverdünnung. Zudem führt der zwischen zwei Regenerationen ansteigende Abgasgegendruck durch den beladenen Filter ebenfalls zu einem Mehrverbrauch an Kraftstoff. Ein Alternative stellen kontinuierlich regenerierende Partikelfilter, so genannte CRT (Continuous Regeneration Trap) dar, die eine katalytische Rußoxidation in Gegenwart von Stickoxiden NOx, insbesondere von NO2, als Oxidationsmittel bewirken. Hierzu weist der Partikelfilter eine katalytische Beladung mit Platin auf, welches im Abgas enthaltenes Stickstoffmonoxid NO zu Stickstoffdioxid NO2 oxidiert, wobei letzteres wiederum in seiner Eigenschaft als starkes Oxidationsmittel die Verbrennung von Ruß bewirkt. Da dieses Verfahren somit auf das Vorhandensein hoher Anteile an Stickoxiden in den dieselmotorischen Abgasen angewiesen ist, ist sein Einsatz für zukünftige automobile Anwendungen jedoch limitiert, da bei modernen Dieselmotoren das notwendige Verhältnis von Stickoxiden zu Ruß nicht mehr ausreichen wird.The use of diesel particulate filters (DPF) in the exhaust passage of diesel vehicles for the separation of soot particles from diesel engine exhaust gases is known. In order to restore their storage capacity and counteract the increase in exhaust back pressure with increasing filter loading, DPF must be regenerated intermittently or continuously by combustion (oxidation) of the soot. For this purpose, the thermal regeneration, in which the soot is burned with the formation of carbon dioxide and water vapor, enforced as the most environmentally friendly method. The (uncatalyzed) combustion temperature of carbon black in the presence of oxygen is about 600 ° C. Since such exhaust gas temperatures are not reached frequently enough in the operation of a diesel vehicle, currently active regeneration measures are necessary. Thus, a post-injection of fuel is usually carried out during the power stroke of the engine, so that unburned hydrocarbons are exothermally burned on a DPF upstream oxidation catalyst and thus the exhaust gas temperature is increased. However, this approach leads to a fuel cut, additional technical effort and an oil dilution. In addition, the increased exhaust gas back pressure between two regenerations through the loaded filter also leads to an increased consumption of fuel. An alternative is continuously regenerating particulate filters, so-called CRT (Continuous Regeneration Trap), which cause a catalytic soot oxidation in the presence of nitrogen oxides NO x , in particular of NO 2 , as an oxidizing agent. For this purpose, the particulate filter has a catalytic loading with platinum, which oxidizes nitrogen monoxide NO contained in the exhaust gas to nitrogen dioxide NO 2 , the latter in turn, in its capacity as a strong oxidizing agent, causes the combustion of soot. Since this method is thus dependent on the presence of high levels of nitrogen oxides in the diesel engine exhaust, its use for future automotive applications is limited, however, since in modern diesel engines, the necessary ratio of nitrogen oxides to soot will no longer be sufficient.

Somit gibt es Bestrebungen, Dieselpartikelfilter mit katalytischen Beschichtungen zu entwickeln, die eine oxidative Rußverbrennung in Gegenwart von Sauerstoff bewirken, insbesondere bei relativ niedrigen Stickoxidanteilen im Abgas. Dabei geht man von Beschichtungsmaterialien aus, die ein katalytisches Basismaterial umfassen, bei dem es sich typischerweise um Ceroxid (CeO2) oder neuerdings auch Zirkoniumoxid (ZrO2) handelt. Diese bereits selbst eine katalytische Aktivität aufweisenden oxidischen Trägermaterialien können gegebenenfalls Dotierungen mit weiteren katalytischen Materialien aufweisen, insbesondere Platingruppenmetalle (PGM), Übergangsmetalle, Lanthanoide, Alkali- und/oder Erdalkalimetalle sowie deren Oxide. PGM sind jedoch teuer und ihr Vorkommen ist begrenzt. Zudem weisen sie eine verhältnismäßig geringe Aktivität und Spezifität auf. Alkalimetalle haben die nachteilige Eigenschaft einer hohen Mobilität und des Auswaschens (Leaching) in Gegenwart von Wasserdampf; beides führt zu einer Deaktivierung des Katalysators. Zudem weisen die derzeit in der Entwicklung befindlichen Katalysatoren für DPF noch keine ausreichende Aktivitäten und Langzeitstabilität unter thermischen Belastungen auf.Thus, there are efforts to develop diesel particulate filters with catalytic coatings that cause oxidative soot combustion in the presence of oxygen, especially at relatively low nitrogen oxide levels in the exhaust gas. It is based on coating materials comprising a catalytic base material, which is typically cerium oxide (CeO 2 ) or, more recently, zirconium oxide (ZrO 2 ). These oxidic support materials, which themselves already have a catalytic activity, may optionally have dopants with further catalytic materials, in particular platinum group metals (PGM), transition metals, lanthanides, alkali metals and / or alkaline earth metals and their oxides. However, PGMs are expensive and their occurrence is limited. In addition, they have a relatively low activity and specificity. Alkali metals have the disadvantageous property of high mobility and leaching in the presence of water vapor; Both lead to a deactivation of the catalyst. In addition, the catalysts currently being developed for DPF do not yet have sufficient activity and long-term stability under thermal loads.

In kombinatorischen Synthesen (high-throughput syntheses) wurden Hunderte binäre, ternäre, quartäre und quintäre Metalloxidkatalysatoren, die frei von Alkali- und Edelmetallen waren, mittels dem Sol-Gel-Verfahren durch Copräzipitation und anschließender Kalzinierung bei 400°C hergestellt und ihre Arbeitstemperatur hinsichtlich der oxidativen Verbrennung von synthetischem Ruß unter Laborbedingungen untersucht. Dabei haben sich Cobalt-basierte und insbesondere Lanthan- und/oder Cer-dotierte binäre und ternäre Oxide als besonders geeignet erwiesen, um die Verbrennungstemperatur herabzusetzen. Als besonders viel versprechende Kandidaten wurden etwa Pb10La5Co85Ox (welches allerdings aufgrund des giftigen Bleianteils als problematisch für die automobile Anwendung anzusehen ist) und Ce50Co15Mo35Ox identifiziert, welche laut thermogravimetrischen Messungen 50% des künstlichen Rußes bereits bei Temperaturen von 433 beziehungsweise 451°C oxidieren. ( N. E. Olong et al. „HT-search for alkaline- and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation” Catalysis Today 137 (2008), 110–118 ). Der Einsatz von katalytischen Dieselpartikelfiltern wird zwar diskutiert, jedoch fanden sämtliche Versuche ausschließlich unter Laborbedingungen statt.In high throughput syntheses, hundreds of binary, ternary, quaternary, and quaternary metal oxide catalysts free of alkali and noble metals were prepared by the sol-gel process by coprecipitation and then calcined at 400 ° C and their working temperature the oxidative combustion of synthetic carbon black under laboratory conditions. In this case, cobalt-based and in particular lanthanum and / or cerium-doped binary and ternary oxides have proven particularly suitable for reducing the combustion temperature. As particularly promising candidates were about Pb 10 La 5 Co 85 O x (which, however, due to the toxic lead content is to be regarded as problematic for automotive application) and Ce 50 Co 15 Mo 35 O x identified, which according to thermogravimetric measurements 50% of the artificial Oxidize soot at temperatures of 433 or 451 ° C. ( NE Olong et al. "HT-search for alkaline and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation" Catalysis Today 137 (2008), 110-118 ). Although the use of catalytic diesel particulate filters is discussed, all experiments were conducted under laboratory conditions only.

In einem ähnlichen Ansatz wurden die katalytischen Basisoxide CoOx, CeOx und MnOx mit 50 verschienenden Metallen und deren Kombinationen dotiert, um ebenfalls mit dem Sol-Gel-Verfahren binäre Oxide herzustellen. Als aussichtsreichste Kandidaten unter den getesteten hinsichtlich der Temperaturreduzierung der Rußverbrennung erwiesen sich die binären Oxide Cu3Cs20Co77, Cu10Cs20Co70 und Ag10Cs20Co70 ( N. E. Olong et al. „A combinatorial approach for the discovery of low temperature soot oxidation catalysts” Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19–25 ). Auf die nachteiligen Eigenschaften der Alkalimetallkatalysatoren wurde vorstehend bereits hingewiesen.In a similar approach, the catalytic base oxides CoO x , CeO x and MnO x were doped with 50 different metals and their combinations to also produce binary oxides using the sol-gel process. The most promising candidates among the tested for temperature reduction of soot combustion were the binary oxides Cu 3 Cs 20 Co 77 , Cu 10 Cs 20 Co 70 and Ag 10 Cs 20 Co 70 ( NE Olong et al. "A combinatorial approach to the discovery of low temperature soot oxidation catalysts" Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19-25 ). The disadvantageous properties of the alkali metal catalysts have already been mentioned above.

Die derzeit erprobten katalytischen Dieselpartikelfilter weisen den Nachteil des Bedarfs einer hohen Abgastemperatur zur katalytisch unterstützten thermischen Regeneration auf, die im Normalbetrieb häufig nicht erreicht werden. Zwar gelingt es mit den vorstehenden, im Labormodell getesteten DPF die notwendige Verbrennungstemperatur von etwa 600°C (ohne Katalysator) deutlich herabzusetzen, jedoch ist eine weitere Erniedrigung wünschenswert.The currently proven catalytic diesel particulate filter have the Disadvantage of the need for a high exhaust gas temperature to the catalytic assisted thermal regeneration in normal operation often can not be achieved. Although it is possible with the above, the required combustion temperature in the laboratory model tested DPF significantly lower from about 600 ° C (without catalyst), however, further degradation is desirable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere für Dieselmotoren geeigneten Filter bereitzustellen, der in der Gegenwart von Sauerstoff in verbrennungsmotorischen Abgasen und insbesondere auch bei relativ niedrigen Stickoxidanteilen des Abgases eine Oxidation von unverbrannten oder teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen und Rußpartikeln bereits bei relativ geringen Abgastemperaturen katalysiert. Es soll ferner wenigstens ein zur Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung für einen solchen Dieselpartikelfilter geeignetes Verfahren aufgezeigt werden.Of the present invention is based on the object, in particular to provide for diesel engines suitable filter, the in the presence of oxygen in combustion engine exhaust gases and especially at relatively low levels of nitrogen oxide of the Exhaust gas oxidation of unburned or partially burned Hydrocarbons and soot particles already at relative catalyzes low exhaust gas temperatures. It should also at least for preparing a catalytic composition for such a diesel particulate filter suitable method shown become.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.These Tasks are with the features of the independent claims solved. Further preferred embodiments of the invention arise from the rest, in the dependent claims mentioned features.

Die Erfindung betrifft in ihrem ersten Aspekt einen Filter zur Entfernung partikulärer Bestandteile aus Verbrennungsabgasen, insbesondere aus motorischer Verbrennung. Der Filter umfasst ein Substrat, welches eine Vielzahl von Gaskanälen beliebiger Gestaltung ausbildet, die von einem Abgasstrom durchströmbar sind. Üblicherweise sind diese Gaskanäle durch poröse gasdurchströmbare Sperrwände unterbrochen, welche die Abgaspartikel zurückhalten. Auf einer inneren Oberfläche des Substrats, d. h. insbesondere auf den Wandungen der Gaskanäle und/oder der Sperrwände, ist eine Washcoat-Beschichtung (oder einfach: Washcoat) aufgebracht, die eine katalytische Zusammensetzung umfasst, welche in Gegenwart von Sauerstoff aber – im Unterschied zu den einleitend diskutierten CRT-Konzepten – ohne reaktive Beteiligung von Stickoxiden NOx (insbesondere NO und N2O) eine Oxidation von unverbrannten oder teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen und Rußpartikeln katalysiert. Die katalytische Zusammensetzung umfasst als eine erste Komponente zumindest ein katalytisches Trägeroxid sowie als eine zweite Komponente eine Dotierung zumindest eines katalytisch aktiven Metalls, das metallisch, oxidisch oder in Mischformen vorliegt. Erfindungsgemäß liegt das zumindest eine katalytische Trägeroxid sowie das zumindest eine katalytisch aktive Metall (nachfolgend auch Dotiermetall genannt) jeweils einzeln oder als Gefüge miteinander in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vor.In its first aspect, the invention relates to a filter for removing particulate constituents from combustion exhaust gases, in particular from engine combustion. The filter comprises a substrate, which forms a plurality of gas channels of any design, which can be traversed by an exhaust gas flow. Usually, these gas channels are interrupted by porous gas-permeable barrier walls, which retain the exhaust particles. On an inner surface of the substrate, ie in particular on the walls of the gas channels and / or the barrier walls, a washcoat (or simply: washcoat) is applied comprising a catalytic composition, which in the presence of oxygen but - unlike the Initially discussed CRT concepts - without reactive participation of nitrogen oxides NO x (in particular NO and N 2 O) catalyzes an oxidation of unburned or partially burned hydrocarbons and soot particles. The catalytic composition comprises, as a first component, at least one catalytic carrier oxide and, as a second component, a doping of at least one catalytically active metal, which is present in metallic, oxidic or mixed forms. According to the invention, the at least one catalytic carrier oxide as well as the at least one catalytically active metal (also referred to as doping metal) in each case present individually or as a structure in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure.

Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff ”Trägeroxid” in Abgrenzung zu dem gegebenenfalls ebenfalls oxidisch vorliegenden Dotiermetall diejenige Komponente mit dem überwiegenden Stoffmengenanteil innerhalb der katalytischen Zusammensetzung verstanden. Insbesondere weist das Metall des Trägeroxids (also ohne Sauerstoff) mindestens 50 mol-% bezogen auf die Summe sämtlicher Metalle der katalytischen Zusammensetzung auf. Im Allgemeinen beträgt der Stoffmengenanteil des Trägeroxidmetalls weitaus mehr, insbesondere mindestens 60 mol-% bezogen, vorzugsweise mindestens 75 mol-% bezogen auf die Gesamtmetallmenge. Ferner wird vorliegend unter dem Begriff ”nanoskalige poröse Struktur” eine Sekundärstruktur verstanden, bei der einzelne nanoskalige Partikel des jeweiligen Materials (Primärstruktur) in Konglomeraten vorliegen, ohne jedoch vollständig miteinander zu verschmelzen. So können etwa die im Wesentlichen kugelförmigen Partikel zu mehr oder weniger geordneten zwei- oder dreidimensionalen Gitterstrukturen zusammengefügt vorliegen. Dies bedeutet, dass der mittlere Partikeldurchmesser der die Sekundärstruktur aufbauenden Partikel die nanoskalige Dimension der porösen Struktur bestimmt.there is in the context of the present invention by the term "carrier oxide" in Differentiation to the possibly also oxide present Doping metal that component with the predominant Understood mole fraction within the catalytic composition. In particular, the metal of the carrier oxide (ie without Oxygen) at least 50 mol% based on the sum of all Metals of the catalytic composition. In general amounts the mole fraction of the carrier oxide metal is much more, in particular at least 60 mol%, preferably at least 75 mol% based on the total amount of metal. Furthermore, it is present under the term "nanoscale porous structure" a Secondary structure understood in the single nanoscale Particles of the respective material (primary structure) in conglomerates but without completely merging with each other. Thus, for example, the substantially spherical Particles to more or less ordered two- or three-dimensional Grid structures are joined together. This means, that the mean particle diameter of the secondary structure constituent particles the nanoscale dimension of the porous Structure determined.

Indem in der katalytischen Zusammensetzung des Washcoats gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur das katalytisch aktive Metall in einer nanoskaligen Dimension vorliegt, sondern auch das katalytische Trägeroxid, wird eine sehr hohe spezifische Oberfläche des gesamten katalytischen Materials erhalten, wodurch es überraschend gelingt, die für die Rußverbrennung notwendige Temperatur deutlich gegenüber dem Stand der Technik herabzusetzen. Insbesondere ist es durch den erfindungsgemäßen Aufbau gelungen, die Verbrennung von Ruß bereits bei Temperaturen von etwa 400°C zu erreichen oder sogar unterhalb davon. Dabei wird unter Verbrennungstemperatur diejenige Temperatur verstanden, bei der 50% der vorhandenen Rußpartikelmasse verbrannt sind.By doing in the catalytic composition of the washcoat according to the present invention not only the catalytically active metal in a nanoscale dimension, but also the catalytic carrier oxide, will have a very high specific surface of the whole obtained catalytic material, which makes it surprising succeeds, necessary for the soot combustion Temperature significantly lower than the prior art. In particular, it is by the invention Construction succeeded, the combustion of soot already at temperatures of about 400 ° C or even below it. Here, combustion temperature is understood to mean the temperature burned at the 50% of the existing particulate mass are.

Abhängig von der gewählten Herstellungsmethode der katalytischen Zusammensetzung sind unterschiedliche strukturelle Anordnungen des katalytisch aktiven Metalls und des katalytischen Trägeroxids relativ zueinander realisierbar. Insbesondere kann das in dieser Ausführung vorzugsweise partikulär vorliegende katalytisch aktive Metall auf der Oberfläche des katalytischen Trägeroxids, welches hier partikulär oder in Form einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegen kann, angeordnet sein. Diese Struktur kann etwa mit dem unten dargestellten Imprägnierungsverfahren oder der Laser-Deposition erhalten werden. In einer alternativen Ausgestaltung kann das nanoskalige katalytisch aktive Metall von dem Trägeroxid ganz oder teilweise eingeschlossen sein. Diese Struktur ist mit dem unten dargestellten Sol-Gel-Verfahren darstellbar. Auch sind Mischstrukturen zwischen den beiden genannten Ausführungen denkbar.Depending on the chosen production method of the catalytic composition, different structural arrangements of the catalytically active metal and the catalytic carrier oxide relative to each other can be realized. In particular, the present in this embodiment, preferably particulate ka talytically active metal on the surface of the catalytic carrier oxide, which may be present here particulate or in the form of a nanoscale porous structure, be arranged. This structure can be obtained, for example, with the impregnation method described below or the laser deposition. In an alternative embodiment, the nanoscale catalytically active metal may be wholly or partially enclosed by the carrier oxide. This structure can be represented by the sol-gel method shown below. Also, mixed structures between the two mentioned embodiments are conceivable.

In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Filter um einen Dieselpartikelfilter (DPF) zur Entfernung dieselmotorischer partikulärer Bestandteile des Abgases, insbesondere von Rußpartikeln. Durch die niedrigen Verbrennungstemperaturen des DPF gelingt es, bereits bei üblichen Temperaturen dieselmotorischer Abgase eine quasikontinuierliche Regeneration des Filters zu gewährleisten. Da somit praktisch keine hohe Filterbeladung mit Ruß im Fahrzeugbetrieb entsteht, kann der DPF vergleichsweise klein dimensioniert werden, wodurch Material sowie Gewicht (und dadurch Kraftstoff) eingespart werden kann. Weil der erfindungsgemäße DPF die Oxidation von Rußpartikeln ohne die Beteiligung von NO oder anderen Stickoxiden katalysiert, sind für seine Regeneration zudem keine Stickoxide im Abgas notwendig. Somit kann die Regeneration des DPF auch in Abwesenheit von NOx beziehungsweise bei relativ niedrigen NOx-Gehalten moderner Dieselmotoren erfolgen.In a preferred embodiment, the filter according to the invention is a diesel particulate filter (DPF) for removing diesel engine particulate constituents of the exhaust gas, in particular of soot particles. The low combustion temperatures of the DPF make it possible to ensure quasi-continuous regeneration of the filter even at typical temperatures of diesel engine exhaust gases. Since practically no high filter loading with soot during vehicle operation occurs, the DPF can be dimensioned comparatively small, whereby material and weight (and thereby fuel) can be saved. Since the DPF according to the invention catalyzes the oxidation of soot particles without the involvement of NO or other nitrogen oxides, no nitrogen oxides in the exhaust gas are necessary for its regeneration. Thus, the regeneration of the DPF can also take place in the absence of NO x or at relatively low NO x levels of modern diesel engines.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”nanoskalig” grundsätzlich eine Dimension verstanden, die 250 nm nicht überschreitet. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass die nanoskaligen Partikel und/oder die nanoskalige poröse Struktur des katalytischen Trägeroxids einen mittleren Partikeldurchmesser bzw. eine mittlere Strukturdimension im Bereich von 1 bis 200 nm, insbesondere von 2 bis 100 nm, aufweisen. Vorzugsweise werden hier mittlere Partikeldurchmesser bzw. mittlere Strukturdimensionen von 5 bis 50 nm eingehalten. Hinsichtlich der katalytischen Metalldotierung sind tendenziell noch geringere Dimensionen von Vorteil. Insbesondere liegt das katalytische Metall mit einem mittleren Partikeldurchmesser oder einer mittleren Strukturdimension im Bereich von 1 bis 50 nm vor, insbesondere von 1 bis 20 nm. In einer besonders bevorzugten Ausführung werden Partikeldurchmesser bzw. Strukturdimensionen im Bereich von 2 bis 10 nm realisiert. Da mit zunehmender Minimierung der Partikel- und Strukturgrößen ein zunehmender Anteil der Atome sich auf der exponierten Oberfläche der Zusammensetzung befinden, steht mit kleiner werdenden Strukturen verhältnismäßig mehr aktives Material für die Katalyse zur Verfügung. Dieser Effekt erklärt die Absenkung der notwendigen Verbrennungstemperatur des erfindungsgemäßen Filters sowie auch seine hohe Aktivität.in the Within the scope of the present invention, the term "nanoscale" is used in principle understood a dimension that does not exceed 250 nm. In this context, it is preferably provided that the nanoscale Particles and / or the nanoscale porous structure of the catalytic Trägeroxids a mean particle diameter or a average structure dimension in the range of 1 to 200 nm, in particular of 2 to 100 nm. Preferably, here are average particle diameter or maintained average structural dimensions of 5 to 50 nm. Regarding The catalytic metal doping tends to be even lower Dimensions of advantage. In particular, the catalytic metal is located with a mean particle diameter or a mean structure dimension in the range from 1 to 50 nm, in particular from 1 to 20 nm. In a particularly preferred embodiment are particle diameter or structure dimensions in the range of 2 to 10 nm implemented. As with increasing minimization of particle and structure sizes an increasing proportion of the atoms are on the exposed surface The composition stands with smaller structures relatively more active material available for catalysis. This effect explains the lowering of the necessary combustion temperature the filter according to the invention as well as his high activity.

Aus materieller Hinsicht wird das zumindest ein katalytische Trägeroxid in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung aus der Gruppe bestehend aus CeO2, ZrO2, TiO2, Fe2O3, SiO2, Cr2O3, Co3O4, CuO und V2O5 ausgewählt, wobei von diesen CeO2, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4 und ZrO2 besonders bevorzugt sind. Grundsätzlich weisen sämtliche dieser Oxide bereits für sich genommen eine gute katalytische Aktivität hinsichtlich der Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Ruß auf, wobei die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angestrebte Temperaturabsenkung des katalytischen Arbeitsbereichs durch diese Materialien alleine noch nicht erzielt wird. Aus diesem Grund enthält die katalytische Zusammensetzung die Dotierung des katalytisch aktiven Metalls, welches insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Cs, Fe, In, Ir, La, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Pr, Pt, Re, Rh, Sm, Sr, Ti, V, W, Zn und Zr, sowie deren Mischungen und Legierungen untereinander, gewählt ist. Dabei können die katalytisch aktiven Metalle in Form ihrer Oxide oder elementar (also in der Oxidationsstufe Null) vorliegen. Ebenso können binäre, ternäre, quartäre oder sogar quintäre Metalloxide realisiert sein und/oder Legierungen aus zwei oder mehr der genannten Elemente in metallischer Form. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit der Platingruppenmetalle (PGM) und den damit verbundenen hohen Kosten ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, dass das zumindest eine katalytisch aktive Metall aus der vorgenannten Gruppe gewählt ist, jedoch unter Ausschluss der Platingruppenmetalle Pd, Pt und Rh. Darüber hinaus hat sich erwiesen, dass viele der genannten Übergangsmetalle eine höhere Spezifität als die PGM hinsichtlich der zu katalysierenden Rußoxidation aufweisen. Die teilweise oder vorzugsweise vollständige Substitution der PGM durch Metalle höherer spezifischer katalytischer Aktivität ermöglicht eine weitere Verringerung der Filterdimension und somit weitere Einsparungen an Gewicht und Ressourcen. Zusätzlich oder alternativ kann die Auswahl der katalytischen Metalldotierung auch unter Ausschluss der Alkali- und Erdalkalimetalle Ca, Cs, Mg und Sr erfolgen, welche aufgrund ihrer hohen Mobilität und ihres leichten Auswaschens aus dem Katalysator in Gegenwart von Wasserdampf zu einem frühzeitigen Aktivitätsverlusts des DPF führen können.From a material point of view, the at least one catalytic carrier oxide in an advantageous embodiment of the invention is selected from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Fe 2 O 3 , SiO 2 , Cr 2 O 3 , Co 3 O 4 , CuO and V 2 O 5 are selected, of which CeO 2 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Co 3 O 4 and ZrO 2 are particularly preferred. In principle, all of these oxides, taken by itself, have a good catalytic activity with respect to the oxidation of unburned hydrocarbons and of carbon black, with the temperature reduction of the catalytic working range, which is aimed at within the scope of the present invention, not yet being achieved by these materials alone. For this reason, the catalytic composition contains the doping of the catalytically active metal, which in particular from the group consisting of Ag, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Cs, Fe, In, Ir, La, Mg, Mn, Mo, Nb , Ni, Pd, Pr, Pt, Re, Rh, Sm, Sr, Ti, V, W, Zn and Zr, as well as their mixtures and alloys with each other. The catalytically active metals may be present in the form of their oxides or elementally (ie in the oxidation state zero). Likewise, binary, ternary, quaternary or even quintary metal oxides may be realized and / or alloys of two or more of said elements in metallic form. Due to the limited availability of the platinum group metals (PGM) and the associated high costs is provided in a preferred embodiment that the at least one catalytically active metal is selected from the aforementioned group, but excluding the platinum group metals Pd, Pt and Rh proved that many of the transition metals mentioned have a higher specificity than the PGM with respect to the catalyzed soot oxidation. The partial or preferably complete substitution of PGM by metals of higher specific catalytic activity allows a further reduction of the filter dimension and thus further weight and resource savings. Additionally or alternatively, the selection of catalytic metal doping may also be made excluding the alkali and alkaline earth metals Ca, Cs, Mg and Sr which, due to their high mobility and ease of leaching from the catalyst in the presence of water vapor, may lead to premature loss of activity of the DPF ,

Es lassen sich kaum generelle Angaben zu bevorzugten Kombinationen aus katalytischem Trägeroxid und katalytischer Metalldotierung machen, da ein und dasselbe Trägeroxid mit einer bestimmten Dotierung gut funktionieren und mit einer anderen weniger aktiv ist; letztere Dotierung jedoch auf einem anderen Trägeroxid eine ungewöhnliche hohe Aktivität aufweisen mag. Als eine vorteilhafte Kombination hinsichtlich niedriger Verbrennungstemperaturen hat sich beispielsweise das Trägeroxid Fe2O3 mit Dotierungen von Cr (bzw. Cr2O3) und gegebenenfalls weiteren Dotierungen erwiesen, insbesondere mit Cu (bzw. CuO) und/oder Co (bzw. CO3O4). Besonders bevorzugte katalytische Zusammensetzungen haben beispielsweise die (theoretische) Summenformel Fe94Cr3Cu3Ox und Fe94Cr3Co3Ox, wobei der Sauerstoffanteil x sich aus den Oxidationsstufen der Metalle ergibt. Weiterhin hat sich eine Dotierung des Trägeroxids Co3O4 mit Cr2O3 und gegebenenfalls weiteren Dotierungen sowie umgekehrt des Trägeroxids Cr2O3 mit Co3O4 und gegebenenfalls weiteren Dotierungen als besonders aktiv herausgestellt, wobei hier die theoretische Zusammensetzung Co0,75Cr0,25Ox besonders bevorzugt ist. Weitere vorteilhafte spezielle Zusammensetzungen der Erfindung können den Ausführungsbeispielen entnommen werden.It is difficult to give general information on preferred combinations of catalytic carrier oxide and catalytic metal doping, since one and the same carrier oxide works well with one doping and is less active with another; latter doping, however, on a different carrier oxide may have an unusual high activity. As an advantageous combination with regard to low combustion temperatures, for example, the carrier oxide Fe 2 O 3 with dopings of Cr (or Cr 2 O 3 ) and optionally further dopings has been found, in particular with Cu (or CuO) and / or Co (or CO 3 O 4 ). Particularly preferred catalytic compositions have, for example, the (theoretical) empirical formula Fe 94 Cr 3 Cu 3 O x and Fe 94 Cr 3 Co 3 O x , the oxygen content x resulting from the oxidation states of the metals. Furthermore, a doping of the carrier oxide Co 3 O 4 with Cr 2 O 3 and optionally further doping and vice versa of the carrier oxide Cr 2 O 3 with Co 3 O 4 and optionally further doping has been found to be particularly active, in which case the theoretical composition Co 0, 75 Cr 0.25 O x is particularly preferred. Further advantageous specific compositions of the invention may be taken from the embodiments.

Bezogen auf die Gesamtstoffmenge der in der katalytischen Zusammensetzung vorhandenen Metalle (d. h. der Summe der aus Trägeroxid/en und Dotierung/en stammenden Metallen, ohne Sauerstoff) weist das zumindest eine katalytisch aktive Metall vorzugsweise einen Molanteil von 0,01–50 mol-%, insbesondere von 0,1 bis 10 mol-%, vorzugsweise von 0,1–3 mol-% auf. Daneben hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das einzelne katalytisch aktive Metall zu höchstens 5 mol-%, insbesondere zu höchstens 3 mol-% bezogen auf die Summe der Metalle der katalytischen Zusammensetzung vorhanden ist (im Falle von Ir höchstens 1 mol-%, insbesondere höchstens 0,5 mol-%).Based on the total amount of substance in the catalytic composition metals present (i.e., the sum of carrier oxide (s) and doping / ene-derived metals, without oxygen) has that at least a catalytically active metal preferably a mole fraction of 0.01-50 mol%, especially from 0.1 to 10 mol%, preferably from 0.1 to 3 mol%. Besides, it has to be advantageous proven when the single catalytically active metal at most 5 mol%, in particular at most 3 mol% based on the sum of the metals of the catalytic composition is present is (in the case of Ir) at most 1 mol%, especially at most 0.5 mol%).

Die katalytische Zusammensetzung aus Trägeroxid/en und katalytischer/n Dotierung/en ist Bestandteil eines an sich bekannten Washcoats. Es versteht sich, dass die Washcoat-Beschichtung neben der erfindungsgemäßen katalytischen Zusammensetzung üblicherweise weitere Komponenten enthalten kann. Insbesondere umfassen übliche Washcoats bekanntermaßen oberflächenvergrößernde, insbesondere keramischen Materialien, beispielsweise Al2O3 oder dergleichen. Derartige Materialien weisen selbst keine katalytische Aktivität auf, sondern dienen ausschließlich der Oberflächenvergrößerung sowie der Immobilisierung der eigentlichen katalytischen Materialien. Zudem kann der Washcoat noch Bindemittel, Additive und andere Komponenten enthalten.The catalytic composition of Trägeroxid / en and catalytic / n doping / s is part of a known washcoat. It is understood that the washcoat coating in addition to the catalytic composition of the invention may usually contain other components. In particular, conventional washcoats comprise, as is known, surface-enlarging, in particular ceramic, materials, for example Al 2 O 3 or the like. Such materials themselves have no catalytic activity, but serve only the surface enlargement and the immobilization of the actual catalytic materials. In addition, the washcoat may contain binders, additives and other components.

Eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Washcoat-Beschichtung ferner eine sinterungshemmende Komponente enthält. Während im Stand der Technik zu diesem Zweck dem Platin als eigentlicher Katalysator Palladium zugesetzt wird, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung PGM-freie Formulierungen bevorzugt, insbesondere Kombinationen unterschiedlicher Übergangsmetallkomponenten.A particularly preferred embodiment of the invention provides the washcoat coating further comprises a sintering inhibiting component contains. While in the prior art to this Purpose added to the platinum as the actual catalyst palladium are in the context of the present invention, PGM-free formulations preferred, in particular combinations of different transition metal components.

Für das Substrat des Filters kommen herkömmliche Strukturen in Frage, beispielsweise metallische Strukturen, vorzugsweise jedoch keramische Körper, insbesondere aus Siliciumcarbid (SiC), Cordierit, Mullit, Aluminiumtitanat (AlTiOx) und andere.For the substrate of the filter conventional structures are suitable, for example metallic structures, but preferably ceramic bodies, in particular of silicon carbide (SiC), cordierite, mullite, aluminum titanate (AlTiO x ) and others.

Die erfindungsgemäße katalytische Zusammensetzung, zur Herstellung eines Washcoats für einen Filter, umfassend (A) zumindest ein in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen Größenstruktur vorliegendes katalytisches Trägeroxid sowie (B) zumindest eine Dotierung eines in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegenden, katalytisch aktiven Metalls, kann mit unterschiedlichen Methoden hergestellt werden, die weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung darstellen.The catalytic composition according to the invention, for producing a washcoat for a filter, comprising (A) at least one in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale Size structure of catalytic carrier oxide and (B) at least one doping of a nanoscale particle and / or a nanoscale porous structure present, catalytic active metal, can be prepared by different methods which are further objects of the present invention represent.

Gemäß einer ersten bevorzugten Variante erfolgt die Herstellung der katalytischen Zusammensetzung mit der Imprägnierungsmethode. Hierzu wird das katalytische Trägeroxid, welches bereits in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegt, mit einer Lösung eines Salzes des zumindest einen katalytischen Metalls in Kontakt gebracht, wobei eine Imprägnierung des (nicht gelösten) Trägeroxids mit dem Metallsalz erfolgt. Soll das katalytische Trägeroxid mit unterschiedlichen katalytischen Metallen mehrfachdotiert werden, so kann die Lösung eine Mischung der verschiedenen Metallsalze enthalten oder das Trägeroxid kann nacheinander mit den einzelnen Lösungen der jeweiligen Metallsalze in Kontakt gebracht werden. Im Anschluss an die Imprägnierung erfolgt eine Trocknung des so erhaltenen imprägnierten Trägeroxids, wobei das verwendete Lösungsmittel entfernt wird, und eine Kalzinierung unter Ausbildung des zumindest einen katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls in seiner nanoskaligen Form. Die Kalzinierung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 200–600°C, insbesondere von 300–500°C. Soll das katalytisch aktive Metall vorwiegend oxidisch vorliegen, so kann die Kalzinierung in Gegenwart von Sauerstoff erfolgen. Wird hingegen das elementare Metall bevorzugt, erfolgt die Kalzinierung vorzugsweise in einer reduktiven Atmosphäre, beispielsweise in Gegenwart von Wasserstoff H2. Insbesondere die aktiven Elemente Ca, Cr, Cs, Fe, In, La, Mg, Mn, Mo, Re, Sr, V und W können in einfacher Weise mit den Imprägnierungsverfahren in die gewünschte nanoskalige Struktur abgeschieden werden. Produkt der Imprägnierungsmethode ist ein Pulver, das nanoskalige Partikel und/oder eine nanoskalige poröse Struktur des zumindest einen katalytischen Trägeroxids sowie auf dessen Oberfläche immobilisierte nanoskalige Partikel des zumindest einen katalytischen Metalls enthält.According to a first preferred variant, the preparation of the catalytic composition is carried out with the impregnation method. For this purpose, the catalytic carrier oxide, which is already present in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure, is brought into contact with a solution of a salt of the at least one catalytic metal, with an impregnation of the (undissolved) carrier oxide with the metal salt. If the catalytic carrier oxide is to be multiply doped with different catalytic metals, the solution may contain a mixture of the various metal salts or the carrier oxide may be brought into contact successively with the individual solutions of the respective metal salts. After impregnation, the impregnated carrier oxide thus obtained is dried, the solvent used being removed, and a calcination to form the at least one catalytically active, metallic and / or oxidic metal in its nanoscale form. The calcination is preferably carried out at temperatures in the range of 200-600 ° C, in particular from 300-500 ° C. If the catalytically active metal is predominantly oxidic, the calcination can take place in the presence of oxygen. If, however, the elemental metal is preferred, the calcination is preferably carried out in a reductive atmosphere, for example in the presence of hydrogen H 2 . In particular, the active elements Ca, Cr, Cs, Fe, In, La, Mg, Mn, Mo, Re, Sr, V and W can be deposited in a simple manner with the impregnation method in the desired nanoscale structure. Product of impregnation tion method is a powder containing nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure of the at least one catalytic carrier oxide and on the surface of which immobilized nanoscale particles of at least one catalytic metal.

Entsprechend einer zweiten Methode erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen katalytischen Zusammensetzung durch so genannte Laser-Deposition. Dabei wird ein Target, welches das zumindest eine katalytisch aktive Metall in seiner metallischen und/oder oxidischen Form enthält, mit einer energiereichen, insbesondere gepulsten Laserstrahlung beschossen, so dass nanoskalige Partikel des Metalls in einer unter Unterdruck stehenden Kammer abgetragen werden (Laser-Ablation). Die Partikel werden dann auf das zumindest eine katalytische Trägeroxid abgeschieden, das bereits in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegt. Soll eine Mehrfachdotierung der Trägeroxide erfolgen, kann das Target eine Mischung oder Legierung der zwei oder mehr katalytisch aktiven Metalle enthalten. Alternativ können auch separate Targets durch parallelen Laserbeschuss gleichzeitig abgetragen werden und auf diese Weise eine Co-Abscheidung der Metallpartikel auf dem Trägeroxid erfolgen. In weiterer Abwandlung ist auch denkbar, unterschiedliche Targets verschiedener Metalle nacheinander mit Laserbeschuss abzutragen und so die Trägeroxide sukzessive mehrfach zu dotieren. Vorteil des Verfahrens der Laser-Deposition ist, dass durch Wahl der Laserenergie und/oder durch Wahl des Unterdrucks in der Kammer sowohl der mittlere Partikeldurchmesser des Metalls als auch die Porösität der abgeschiedenen Partikelcluster sich in großer Bandbreite einstellen lassen.Corresponding a second method, the preparation of the invention catalytic composition by so-called laser deposition. In this case, a target, which is the at least one catalytically active Contains metal in its metallic and / or oxidic form, with an energy-rich, in particular pulsed laser radiation bombarded so that nanoscale particles of the metal in a submerged Negative pressure chamber to be ablated (laser ablation). The particles are then applied to the at least one catalytic carrier oxide deposited, already in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure is present. Should one Multiple doping of the carrier oxides, the target can a mixture or alloy of the two or more catalytically active Contain metals. Alternatively, separate targets can be used be removed simultaneously by parallel laser bombardment and in this way a co-deposition of the metal particles on the carrier oxide respectively. In a further modification is also conceivable, different Targets of different metals successively laser ablation and thus successively multiply doping the carrier oxides. Advantage of the method of laser deposition is that by choice the laser energy and / or by choosing the negative pressure in the chamber both the mean particle diameter of the metal and the Porosity of the deposited particle clusters themselves can be set in a wide bandwidth.

In beiden vorgenannte Verfahren, dem Imprägnierungsverfahren sowie dem (gepulsten) Laser-Depositionsverfahren, werden bereits nanoskalig, insbesondere nanopartikulär vorliegende Trägeroxide eingesetzt. Diese sind teilweise kommerziell erhältlich oder können mit pyrogenen Prozessen hergestellt werden.In both of the aforementioned methods, the impregnation method as well as the (pulsed) laser deposition process, are already nanoscale, in particular nanoparticulate carrier oxides used. These are partly commercially available or can be made with pyrogenic processes.

In einer dritten alternativen Ausführung erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen katalytischen Zusammensetzung im Sol-Gel-Prozess. Hierzu wird ein Sol eines geeigneten Prekursors des zumindest einen katalytischen Trägeroxids und eines geeigneten Prekursors des zumindest einen katalytischen Metalls hergestellt. Geeignete Prekursoren sind beispielsweise Alkoholate der jeweiligen Metalle (beispielsweise Ethylate, Propylate oder Butylate), Carboxylate (beispielsweise Acetate), Nitrate und andere. Als Lösungsmittel kommen vor allem Wasser und alkoholische Lösungsmittel oder deren Mischungen in Frage. Bei der Herstellung des Sols kommt es zu einer Hydrolyse der Prekursor-Verbindungen unter Abspaltung von entsprechenden Gruppen, beispielsweise Alkoholmolekülen und deren Substitution durch OH-Gruppen an der Prekursor-Verbindung. Durch anschließende spontane Kondensationsreaktionen der so entstandenen Hydroxide entstehen Oligomere, aus denen sich schließlich Partikel und Partikelaggregate (Sekundärpartikel) bilden, was zu einem Anstieg der Viskosität und schließlich zur Gelbildung führt. Auf diese Weise wird das Sol in ein Gel überführt. Anschließend wird das so erhaltene Gel getrocknet, wobei ein Pulver erhalten wird. Die Trocknung kann beispielsweise durch Sprühtrocknung erfolgen. Schließlich wird das Pulver kalziniert, wie bereits im Zusammenhang mit der Imprägnierungstechnik beschrieben wurde. Der Sol-Gel-Prozess wird bevorzugt für die aktiven Elemente Fe, Co, Cr, Cu, Ce, Ti und Zr eingesetzt. Da bei der Sol-Gel-Methode beide nanoskaligen Komponenten der katalytischen Zusammensetzung parallel in einem gemeinsamen Prozess in situ erzeugt werden, kann die Struktur des Produktes etwas von denen der vorgenannten Methoden abweichen. Das Produkt ist hier ein Pulver, das nanoskalige Partikel und/oder eine nanoskalige poröse Struktur des zumindest einen katalytischen Trägeroxids enthält sowie das nanoskalige katalytische Dotierungsmetalls, das zum Teil auf der Oberfläche der Trägeroxidstrukturen immobilisiert vorliegt und teilweise von diesem eingeschlossen sein kann.In a third alternative embodiment, the production takes place the catalytic composition of the invention in the sol-gel process. This will be a sol of a suitable precursor the at least one catalytic carrier oxide and a suitable precursor of the at least one catalytic metal produced. Suitable precursors are, for example, alcoholates the respective metals (for example, ethylates, propylates or Butylates), carboxylates (e.g., acetates), nitrates, and others. The solvents are mainly water and alcoholic Solvent or mixtures thereof in question. In the production of the Sols undergo hydrolysis of the precursor compounds Cleavage of corresponding groups, for example alcohol molecules and their substitution by OH groups on the precursor compound. Subsequent spontaneous condensation reactions of the resulting hydroxides form oligomers, from which finally Form particles and particle aggregates (secondary particles), resulting in an increase in viscosity and eventually leads to gelation. That way, the sol gets into Gel transferred. Subsequently, the thus obtained gel to obtain a powder. The Drying can be done for example by spray drying. Finally, the powder is calcined, as already in Connection with the impregnation described has been. The sol-gel process is preferred for the active elements Fe, Co, Cr, Cu, Ce, Ti and Zr used. As with the sol-gel method both nanoscale components of the catalytic composition can be generated in parallel in a joint process in situ the structure of the product is slightly different from those of the aforementioned methods differ. The product here is a powder, the nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure of at least contains a catalytic carrier oxide and the nanoscale catalytic doping metal, partly on the surface of the Trägeroxidstrukturen immobilized is present and can be partially enclosed by this.

Die durch eines der genannten Verfahren hergestellte katalytische Zusammensetzung ist jeweils ein Pulver, das in eine üblicherweise wässrige Washcoat-Lösung eingearbeitet wird, die weitere Bestandteile, wie etwa ein keramisches, oberflächenvergrößerndes Material wie Al2O3 enthalten kann. Die Beschichtung des Filtersubstrats mit der Washcoat-Lösung erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise durch Tauchen des Substrats in die Lösung und anschließendem Trocknen gegebenenfalls gefolgt von einem Hochtemperaturprozess. Alternativ kann das Filtersubstrat auch zunächst nur mit dem Washcoat beschichtet werden und anschließend mit der erfindungsgemäßen katalytischen Zusammensetzung versehen werden, beispielsweise durch Imprägnieren.Each of the catalytic compositions prepared by one of said processes is a powder which is incorporated into a typically aqueous washcoat solution which may contain other ingredients such as a ceramic surface enlarging material such as Al 2 O 3 . The coating of the filter substrate with the washcoat solution is carried out in a known manner, for example by dipping the substrate in the solution and subsequent drying, optionally followed by a high-temperature process. Alternatively, the filter substrate can also initially be coated only with the washcoat and then provided with the catalytic composition according to the invention, for example by impregnation.

Durch die hohe spezifische katalytische Aktivität der katalytischen Beschichtung des erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilters, insbesondere bei einer partiellen oder vollständigen Substitution der Platingruppenmetalle durch die genannten Materialien, können in vorteilhafter Weise die Dimensionen des DPF verringert werden, wodurch nicht nur Ressourcen, sondern auch Gewicht und damit Kraftstoff eingespart werden können. Darüber hinaus kann durch die hohe Aktivität und das bei bereits niedrigen Temperaturen beginnende Arbeitstemperaturfenster eine praktisch kontinuierliche Regeneration des Filters während des Fahrzeugbetriebs aufrechterhalten werden. Auf diese Weise wird ein Anwachsen der Filterbeladung mit Ruß zwischen zwei Regenerationsintervallen gemäß Stand der Technik vermieden, wodurch einem temporären Anstieg des Abgasgegendrucks und der damit verbundene Kraftstoffmehrverbrauch entgegengewirkt wird.Due to the high specific catalytic activity of the catalytic coating of the diesel particulate filter according to the invention, in particular in a partial or complete substitution of the platinum group metals by said materials, advantageously the dimensions of the DPF can be reduced, thereby saving not only resources, but also weight and thus fuel can be. In addition, due to the high activity and starting at low temperatures operating temperature window, a virtually continuous regeneration of the filter during vehicle operation on be maintained. In this way, an increase in the filter load of soot between two regeneration intervals according to the prior art is avoided, whereby a temporary increase in the exhaust backpressure and the associated fuel consumption is counteracted.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below in embodiments the accompanying drawings explained. Show it:

1 Aktivierungstemperaturen verschiedener zweifach dotierter CeO2- und Fe2O3-basierter katalytischer Zusammensetzungen; 1 Activation temperatures of various dual-doped CeO 2 and Fe 2 O 3 -based catalytic compositions;

2 Aktivierungstemperaturen verschiedener katalytischer Zusammensetzungen gemäß der Erfindung; 2 Activation temperatures of various catalytic compositions according to the invention;

3 Aufbau einer Apparatur zur Excimer-Laser-Deposition; und 3 Construction of an apparatus for excimer laser deposition; and

4 TEM- und SEM-Aufnahmen von auf einem Trägeroxid abgeschiedenen Pd-Partikeln sowie daraus abgeleitete Partikeldurchmesser. 4 TEM and SEM images of deposited on a carrier oxide Pd particles and derived particle diameter.

Die erfindungsgemäße katalytische Zusammensetzung zur Verwendung in einer Washcoat-Beschichtung für einen insbesondere als Dieselpartikelfilter ausgestalteten Filter, umfasst

  • (A) zumindest ein katalytisches Trägeroxid, das in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegt, sowie
  • (B) zumindest eine Dotierung eines katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls, das in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegt.
The catalytic composition according to the invention for use in a washcoat coating for a filter designed in particular as a diesel particle filter
  • (A) at least one catalytic carrier oxide, which is in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure, as well as
  • (B) at least one doping of a catalytically active, metallic and / or oxidic metal present in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure.

Nachfolgend wird die Herstellung solcher katalytischer Zusammensetzungen nach verschiedenen Verfahren in Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei wurde die in N. E. Olong et al. „HT-search for alkaline- and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation” Catalysis Today 137 (2008), 110–118 sowie in N. E. Olong et al. „A combinatorial approach for the discovery of low temperature soot oxidation catalysts” Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19–25 beschriebene Strategie zum Screening nach geeigneten Zusammensetzungen und deren sukzessive Optimierung angewendet. Hierzu wurden ausgehend von relativ einfachen Systemen, bei der jede Zusammensetzung nur ein einziges Trägeroxid und nur zwei Dotiermetalle (bzw. Dotiermetalloxide) enthält, in jeder Optimierungsstufe (Generation) die hinsichtlich ihrer Arbeitstemperatur aktivsten Kandidaten selektiert und ihre Zusammensetzung durch weitere Dotierungen und/oder weitere Trägeroxide und/oder durch Variation der atomaren Anteile der einzelnen Komponenten (so genannter Composition-Spread) weiter optimiert.Hereinafter, the preparation of such catalytic compositions will be explained by various methods in embodiments. It was the in NE Olong et al. "HT-search for alkaline and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation" Catalysis Today 137 (2008), 110-118 as in NE Olong et al. "Applied combinatorial approach to the discovery of low temperature soot oxidation catalysts" Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19-25 described strategy for screening for suitable compositions and their successive optimization applied. For this purpose, starting from relatively simple systems, in which each composition contains only a single carrier oxide and only two doping metals (or doping metal oxides), in each optimization stage (generation) the candidates most active with respect to their working temperature are selected and their composition is further doped and / or further Carrier oxides and / or further optimized by varying the atomic proportions of the individual components (so-called composition spread).

Beispiel 1: Herstellung katalytischer Zusammensetzungen im Sol-Gel-VerfahrenExample 1: Preparation of catalytic Compositions in the sol-gel process

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde das Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen katalytischen Zusammensetzung in zwei Varianten eingesetzt, der Ethylenglykol-Route oder der Propionsäure-Route.in the Within the scope of the present invention, the sol-gel process was used for Preparation of the catalytic according to the invention Composition used in two variants, the ethylene glycol route or the propionic acid route.

Beispiel 1.1: Sol-Gel-Verfahren (Ethylenglykol-Route)Example 1.1: Sol-gel process (ethylene glycol route)

Im Molverhältnis 20:40:4:1 von EG:H2O:HNO3:Metall wurden die Proben zusammenpipettiert. Entsprechend dem dargestellten Reaktionsschema kommt es dabei zu einer Oxidation und Polykondensation des Ethylenglykols (EG) durch die Salpetersäure und nachfolgend zu einer Komplexierung der Metallkationen Mn+. Dabei bezeichnet in dem Reaktionsschema das Kürzel sowohl Metallkationen des/der als Trägeroxid bestimmten Metalls/Metalle (= Trägermetall) als auch Metallkationen des/der als Dotierungsmittel bestimmten Metalls/Metalle (= Dotierermetall). Sowohl Trägermetall/e als auch Dotiermetall/e wurden in Form geeigneter Salze eingesetzt.In the molar ratio 20: 40: 4: 1 of EG: H 2 O: HNO 3 : metal, the samples were pipetted together. According to the illustrated reaction scheme, this leads to oxidation and polycondensation of the ethylene glycol (EG) by the nitric acid and subsequently to a complexation of the metal cations M n + . In the reaction scheme, the abbreviation designates both metal cations of the metal / metals (= carrier metal) determined as carrier oxide and metal cations of the metal / metals (= dopant metal) determined as dopants. Both support metal and dopant metal (s) were used in the form of suitable salts.

Figure 00120001
Figure 00120001

Die Proben wurden im Ofen nach folgendem Temperaturprogramm getrocknet und kalziniert. Zunächst wurden die Proben beginnend mit Raumtemperatur auf 80°C mit einer Heizrate von 0,1°C/min aufgeheizt. Die Temperatur von 80°C wurde für 12 Stunden gehalten, bevor mit 0,1°C/min auf 105°C aufgeheizt wurde. Die Temperatur von 105°C wurde für 60 Stunden konstant gehalten und danach mit 0,2°C auf eine Temperatur von 400°C erhöht, welche anschließend für 5 Stunden gehalten wurde. Danach wurde auf Raumtemperatur mit einer Rate von –1°C/min abgekühlt.The Samples were oven dried according to the following temperature program and calcined. First, the samples were starting with Room temperature to 80 ° C with a heating rate of 0.1 ° C / min heated. The temperature of 80 ° C was for Held for 12 hours, before at 0.1 ° C / min to 105 ° C was heated up. The temperature of 105 ° C was for Held constant for 60 hours and then at 0.2 ° C to a Temperature of 400 ° C increases, which subsequently was held for 5 hours. After that, it was brought to room temperature cooled at a rate of -1 ° C / min.

Beispiel 1.2: Sol-Gel-Verfahren (Propionsäure-Route)Example 1.2 Sol-gel Method (Propionic Acid Route)

Es wurde ein Molverhältnis von M:KB:S:PS von 1:3:29:0,02 angesetzt mit

M
= Trägermetalle (1–2) + Dotiermetalle (2) (jeweils in Form eines geeigneten Salzes)
KB
= Komplexbildner (4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanon)
S
= Lösungsmittel (Methanol)
PS
= Propionsäure
A molar ratio of M: KB: S: PS of 1: 3: 29: 0.02 was used
M
= Carrier metals (1-2) + doping metals (2) (each in the form of a suitable salt)
KB
= Complexing agent (4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone)
S
= Solvent (methanol)
PS
= Propionic acid

Nach dem Zusammenpipettieren der Lösungen in Glasgefäßen wurden diese offen bei 40°C in einen Trockenschrank gestellt und dort für ca. 5–8 Tage belassen, solange bis Gelierung eintrat. Danach schloss sich eine weitere Trocknung und Kalzinierung in einem programmierbaren Ofen nach folgenden in Tabelle 1 zusammengefassten Temperaturprogrammen an. Nach der Trocknung gemäß Programm Nr. 1 wurden die erhaltenen Xerogele fein zermahlen und anschließend nach Temperaturprogramm Nr. 2 behandelt. Tabelle 1: Nr. T1 [°C] Heizrate1 [°C/min] T2 [°C] Dauer1 [min] Heizrate2 [°C/min] T3 [°C] Dauer2 [min] Heizrate3 [°C/min] T4 [°C] 1 20 0,2 65 300 0,2 250 300 1 20 2 20 0,2 400 300 3,0 20 - - - After pipetting together the solutions in glass vessels, these were placed open at 40 ° C in a drying oven and left there for about 5-8 days, until gelation occurred. Thereafter, further drying and calcination in a programmable furnace followed the following temperature programs summarized in Table 1. After drying according to program no. 1, the obtained xerogels were finely ground and then treated according to temperature program no. Table 1: No. T1 [° C] Heating rate1 [° C / min] T2 [° C] Duration1 [min] Heating rate2 [° C / min] T3 [° C] Duration2 [min] Heating rate3 [° C / min] T4 [° C] 1 20 0.2 65 300 0.2 250 300 1 20 2 20 0.2 400 300 3.0 20 - - -

Thermoanalytische Messungen:Thermoanalytical measurements:

Die mit den Sol-Gel-Verfahren hergestellten Proben wurden an der Universität des Saarlandes ferner thermoanalytisch untersucht (Mettler Toledo TGA/DSC1, großer Ofen). Als Abgasmodell wurde folgende Gasmischung gewählt: 8% O2, 250 ppm NO, 350 ppm CO, 50 ppm HC in N2.The samples prepared by the sol-gel method were further thermoanalytically analyzed at the University of the Saarland (Mettler Toledo TGA / DSC1, large furnace). The following gas mixture was selected as the exhaust gas model: 8% O 2 , 250 ppm NO, 350 ppm CO, 50 ppm HC in N 2 .

Im ersten Ansatz wurden die Trägeroxide CeO2, ZrO2 und Fe2O3 zweifach dotiert, wobei als Dotiermetalle Co, Cu, La, W, Cr, Ir, Mn, Nb, Re, In, Mo, V und Fe eingesetzt wurden. Dabei wurden die Dotiermetalle zu jeweils 3 mol-% eingesetzt (Ausnahme Ir: 0,5 mol-%). Für die Cer- und Zirkonium-Trägeroxide wurde die Propionsäureroute (Bsp. 1.2) und für das Eisenoxid die Ethylenglykolroute (Bsp. 1.1) gewählt. Die Ergebnisse der thermoanalytischen Untersuchungen dieser ternären Oxide der ersten Generation sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Dabei bezieht sich jeweils das in erster Position angegebene Element auf das Metall des Trägeroxids und die beiden folgenden Elemente auf die Dotiermetalle. Die Angaben T20, T50 und T75 bezeichnen diejenigen Temperaturen, bei denen 20%, 50% beziehungsweise 75% des Modellrußes verbrannt ist (ermittelt durch Masseverlust an Ruß oberhalb von 150°C). Die Aktivitäten der besten 14 Zusammensetzungen dieser Generation sind in 1 dargestellt. Tabelle 2: Im Sol-Gel-Verfahren hergestellte ternäre katalytische Zusammensetzungen Materialien T20 T50 T75 Materialien T20 T50 T75 Ce, Co, Cu 448 495 520 Ce, W, Nb 495 541 566 Ce, Co, Cr 487 548 579 Ce, W, Cr 465 521 548 Ce, Co, Ir 486 542 568 Ce, W, In 511 555 580 Ce, Co, Re 485 520 536 Ce, W, Fe 449 503 530 Ce, Co, In 482 538 566 Ce, W, Mo 462 514 539 Ce, Co, Fe 578 620 641 Ce, Cr, Ir 471 524 552 Ce, Co, Mo 495 553 581 Ce, Cr, Mn 481 536 561 Ce, Cu, Cr 472 502 517 Ce, Cr, Zn 485 542 572 Ce, Cu, Ir 470 509 525 Ce, Cr, Nb 477 515 533 Ce, Cu, Mn 506 540 553 Ce, Cr, In 474 527 554 Ce, Cu, Fe 444 502 532 Ce, Cr, Fe 470 522 550 Ce, Cu, Mo 476 534 565 Ce, Cr, Mo 478 529 556 Ce, La, Mn 448 504 533 Ce, Zn, Mo 487 535 561 Ce, La, Zn 466 521 548 Ce, Fe, Mo 453 503 528 Ce, La, Nb 471 515 538 Zr, Co, Cr 570 610 631 Ce, La, Re 456 509 536 Zr, Co, Fe 600 644 667 Ce, La, In 525 569 593 Zr, La, Mo 597 642 665 Ce, La, Fe, 451 502 527 Zr, W, Mo 591 624 624 Ce, La, Mo 475 525 551 Zr, Cr, Ir 574 612 630 In the first approach, the carrier oxides CeO 2 , ZrO 2 and Fe 2 O 3 were doped twice, the dopants used being Co, Cu, La, W, Cr, Ir, Mn, Nb, Re, In, Mo, V and Fe. The doping metals were used in each case 3 mol% (exception Ir: 0.5 mol%). For the cerium and zirconium carrier oxides, the propionic acid route (Example 1.2) and for the iron oxide the ethylene glycol route (Example 1.1) were chosen. The results of the thermoanalytical investigations of these ternary oxides of the first generation are summarized in Table 2. In each case, the element specified in the first position refers to the metal of the carrier oxide and the two following elements to the doping metals. The indications T20, T50 and T75 indicate those temperatures at which 20%, 50% and 75%, respectively, of the model black is burned (determined by mass loss of carbon black above 150 ° C). The activities of the best 14 compositions of this generation are in 1 shown. Table 2: Ternary catalytic compositions prepared by the sol-gel method materials T20 T50 T75 materials T20 T50 T75 Ce, Co, Cu 448 495 520 Ce, W, Nb 495 541 566 Ce, Co, Cr 487 548 579 Ce, W, Cr 465 521 548 Ce, Co, Ir 486 542 568 Ce, W, In 511 555 580 Ce, Co, Re 485 520 536 Ce, W, Fe 449 503 530 Ce, Co, In 482 538 566 Ce, W, Mo 462 514 539 Ce, Co, Fe 578 620 641 Ce, Cr, Ir 471 524 552 Ce, Co, Mo 495 553 581 Ce, Cr, Mn 481 536 561 Ce, Cu, Cr 472 502 517 Ce, Cr, Zn 485 542 572 Ce, Cu, Ir 470 509 525 Ce, Cr, Nb 477 515 533 Ce, Cu, Mn 506 540 553 Ce, Cr, In 474 527 554 Ce, Cu, Fe 444 502 532 Ce, Cr, Fe 470 522 550 Ce, Cu, Mo 476 534 565 Ce, Cr, Mo 478 529 556 Ce, La, Mn 448 504 533 Ce, Zn, Mo 487 535 561 Ce, La, Zn 466 521 548 Ce, Fe, Mo 453 503 528 Ce, La, Nb 471 515 538 Zr, Co, Cr 570 610 631 Ce, La, Re 456 509 536 Zr, Co, Fe 600 644 667 Ce, La, In 525 569 593 Zr, La, Mo 597 642 665 Ce, La, Fe, 451 502 527 Zr, W, Mo 591 624 624 Ce, La, Mo 475 525 551 Zr, Cr, Ir 574 612 630

Die aktivsten Kandidaten der ersten Generation wurden durch Zudosierung eines weiteren Trägeroxids (in gleichen Molbereichen wie das erste) sowie weiterer Dotiermetalle variiert. Die Ergebnisse der thermoanalytischen Untersuchungen dieser ternären, quaternären und quintären Oxide der zweiten Generation sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Dabei beziehen sich jeweils die beiden zuerst angegebene Elemente auf die Metalle der Trägeroxide (bei den ternären nur das erste Element) und alle folgenden Elemente auf die Dotiermetalle. Die ternären Oxide Fe94Cu3Cr3Ox und Fe94Co3Cr3Ox (die in den Summenformeln angegebenen Indices entsprechen den theoretischen Zusammensetzungen laut Ansatz, wobei der nicht bestimmte Sauerstoffanteil x sich aus den (unbekannten) Oxidationsstufen der Metalle ergibt) wiesen von den getesteten Proben der zweiten Generation die niedrigste Aktivierungstemperatur von T50 = 465°C bzw. 467°C auf. Tabelle 3: Im Sol-Gel-Verfahren hergestellte katalytische Zusammensetzungen der 2. Generation Material T20 T50 T75 Material T20 T50 T75 Fe, Cu, Cr 421 465 497 Fe, Ce, Cu, Ir 465 518 545 Fe, Co, Cr 419 467 502 Fe, Ce, Cr, V 467 518 542 Fe, Ce, Cu, Re 442 479 501 Fe, Ce, Zr, Cu, Mn 469 519 543 Fe, Ce, Re, Ir 444 481 498 Fe, Ce, Cu, Mo 470 520 546 Fe, Zr, Cr, V 431 482 514 Fe, Ce, Cu, Cr 474 522 547 Fe, La, Re 462 485 498 Fe, Zr, La, Ir 459 522 552 Fe, Cu, Ir 435 485 518 Fe, Ce, Zr, Cu, Ir 472 522 547 Fe, Zr, Co, Cr 440 488 515 Fe, Cr, Ir 462 523 552 Fe, Zr, Cu, Re 467 498 510 Fe, Ce, Zr, Mo, Mn 477 523 547 Fe, Ce, Cu, Zn 449 498 524 Fe, Co, Cu 466 524 551 Fe, Ce, Co, Cu 447 499 524 Fe, Co, Ir 469 524 552 Fe, Ce, Co, Cr 448 501 528 Fe, Ce, Zn, Ir 472 524 549 Fe, Ce, Mn, Ir 450 505 531 Fe, Ce, Mn, V 468 527 555 Fe, Ce, Co, Mo 448 505 534 Fe, Ce, In, Ir 470 527 558 Fe, Ce, Zr, Cr, Ir 459 506 528 Fe, Zr, Zn, Ir 468 528 557 Fe, Ce, Cr, Mn 457 506 532 Fe, Cu, Zn 473 529 556 Fe, Ce, Cr, Ir 459 507 531 Fe, Ce, Re, Mo 478 530 559 Fe, Ce, Mn, In 453 508 535 Fe, Co, Mn 468 531 561 Fe, Ce, Co, In 450 508 537 Fe, Co, Mo 477 532 560 Fe, Ce, Mn, Zn 458 509 537 Fe, Co, In 476 533 562 Fe, Ce, Co, Zn 457 510 538 Fe, Ce, Co, V 474 534 563 Fe, Ce, Cr, Mo 465 511 534 Fe, Ce, Cu, V 474 536 566 Fe, Ce, Zr, Co, Cr 465 512 536 Fe, Ce, Co, V 471 538 569 Fe, Ce, Zr, Cu, Ir 471 515 536 Fe, Ce, Co, Ir 480 538 568 Fe, Ce, Zr, Co, Cu 463 515 541 Fe, Cu, Mo 484 539 566 Fe, Ce, La, Zn 463 515 542 Fe, Ce, V, Ir 481 539 566 Fe, Ce, Zr, Co, Mo 465 515 540 Fe, Ce, Mo, V 477 540 570 Fe, Zr, Cr, In 469 517 540 Fe, Ce, Zr, Cr, V 491 546 573 Fe, Zr, Cr, La 467 517 544 Fe, Ce, Zr, Co, V 485 548 577 Fe, Ce, Zr, Co, Ir 463 517 543 Fe, Zr, La, In 508 559 586 The most active candidates of the first generation were varied by adding a further carrier oxide (in the same molar ranges as the first) and other doping metals. The results of the thermoanalytical investigations of these ternary, quaternary and quintary second generation oxides are summarized in Table 3. In each case, the two elements mentioned first refer to the metals of the carrier oxides (in the case of the ternary only the first element) and all the following elements to the doping metals. The ternary oxides Fe 94 Cu 3 Cr 3 O x and Fe 94 Co 3 Cr 3 O x (the indices given in the empirical formulas correspond to the theoretical compositions according to the approach, whereby the non-specific oxygen content x results from the (unknown) oxidation states of the metals ) of the second generation samples tested had the lowest activation temperature of T50 = 465 ° C and 467 ° C, respectively. Table 3: 2nd generation catalytic compositions prepared by the sol-gel method material T20 T50 T75 material T20 T50 T75 Fe, Cu, Cr 421 465 497 Fe, Ce, Cu, Ir 465 518 545 Fe, Co, Cr 419 467 502 Fe, Ce, Cr, V 467 518 542 Fe, Ce, Cu, Re 442 479 501 Fe, Ce, Zr, Cu, Mn 469 519 543 Fe, Ce, Re, Ir 444 481 498 Fe, Ce, Cu, Mo 470 520 546 Fe, Zr, Cr, V 431 482 514 Fe, Ce, Cu, Cr 474 522 547 Fe, La, Re 462 485 498 Fe, Zr, La, Ir 459 522 552 Fe, Cu, Ir 435 485 518 Fe, Ce, Zr, Cu, Ir 472 522 547 Fe, Zr, Co, Cr 440 488 515 Fe, Cr, Ir 462 523 552 Fe, Zr, Cu, Re 467 498 510 Fe, Ce, Zr, Mo, Mn 477 523 547 Fe, Ce, Cu, Zn 449 498 524 Fe, Co, Cu 466 524 551 Fe, Ce, Co, Cu 447 499 524 Fe, Co, Ir 469 524 552 Fe, Ce, Co, Cr 448 501 528 Fe, Ce, Zn, Ir 472 524 549 Fe, Ce, Mn, Ir 450 505 531 Fe, Ce, Mn, V 468 527 555 Fe, Ce, Co, Mo 448 505 534 Fe, Ce, In, Ir 470 527 558 Fe, Ce, Zr, Cr, Ir 459 506 528 Fe, Zr, Zn, Ir 468 528 557 Fe, Ce, Cr, Mn 457 506 532 Fe, Cu, Zn 473 529 556 Fe, Ce, Cr, Ir 459 507 531 Fe, Ce, Re, Mo 478 530 559 Fe, Ce, Mn, In 453 508 535 Fe, Co, Mn 468 531 561 Fe, Ce, Co, In 450 508 537 Fe, Co, Mo 477 532 560 Fe, Ce, Mn, Zn 458 509 537 Fe, Co, In 476 533 562 Fe, Ce, Co, Zn 457 510 538 Fe, Ce, Co, V 474 534 563 Fe, Ce, Cr, Mo 465 511 534 Fe, Ce, Cu, V 474 536 566 Fe, Ce, Zr, Co, Cr 465 512 536 Fe, Ce, Co, V 471 538 569 Fe, Ce, Zr, Cu, Ir 471 515 536 Fe, Ce, Co, Ir 480 538 568 Fe, Ce, Zr, Co, Cu 463 515 541 Fe, Cu, Mo 484 539 566 Fe, Ce, La, Zn 463 515 542 Fe, Ce, V, Ir 481 539 566 Fe, Ce, Zr, Co, Mo 465 515 540 Fe, Ce, Mo, V 477 540 570 Fe, Zr, Cr, In 469 517 540 Fe, Ce, Zr, Cr, V 491 546 573 Fe, Zr, Cr, La 467 517 544 Fe, Ce, Zr, Co, V 485 548 577 Fe, Ce, Zr, Co, Ir 463 517 543 Fe, Zr, La, In 508 559 586

Charakterisierung:Characterization:

Die beiden aktivsten Proben Fe94Cu3Cr3Ox und Fe94Co3Cr3Ox wurden mittels RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse), XPS und Stickstoff-Adsorptions-Messungen charakterisiert. Aus den RFA-Spektren (standardlose Analyse, Fundamentalparametermodell) ergaben sich für diese ternäre Oxide folgenden Ist-Zusammensetzungen: Fe94Cr3Cu3Ox: Fe 94,60 mol-%; Cr 2,33 mol-%; Cu 4,63 mol-% Fe94Cr3Co3Ox: Fe 93.04 mol-%; Cr 2.12 mol-%; Cu 3.28 mol-% The two most active samples Fe 94 Cu 3 Cr 3 O x and Fe 94 Co 3 Cr 3 O x were characterized by XRF (X-ray fluorescence analysis), XPS and nitrogen adsorption measurements. From the RFA spectra (standardless analysis, fundamental parameter model) the following actual compositions were obtained for these ternary oxides: Fe 94 Cr 3 Cu 3 O x : Fe 94.60 mol%; Cr 2.33 mol%; Cu 4.63 mol% Fe 94 Cr 3 Co 3 O x : Fe 93.04 mol%; Cr 2.12 mol%; Cu 3.28 mol%

Aus den Stickstoff-Adsorptions-Messungen wurden Daten hinsichtlich der Porenstruktur erhalten, die in Tabelle 4 zusammengefasst sind. Tabelle 4: Fe94Cr3Cu3Ox Fe94Cr3CoOx Cr0,2Co0,8 Isotherm Porenvolumen (p/p° = 0,95) [cm3/g] 0.2826 0.2771 0.2526 Oberfläche B. E. T. Monolagen Volumen [cm3/g] 29.936 26.465 8.4442 Monolagen Menge [mmol/g] 1.3356 1.1807 0.3767 BET-Oberfläche [m2/g] 130.3 115.19 36.754 Mesoporen Mittlerer Porenradius [nm] 4.3817 4.8218 7.3939 Maximaler Porenradius [nm] 3.2687 3.5095 5.9937 Kumulatives Porenvolumen [cm3/g] 0.2666 0.3177 0.4873 Kumulative Porenfläche [m2/g] 136.68 142.65 146.63 Mikroporen Mittlerer Porenradius [nm] 0.4744 0.4876 13.945 Maximaler Porenradius [nm] 0.57 0.6114 1.2633 Kumulatives Porenvolumen [cm3/g] 0.067 0.0581 0.0189 Kumulative Porenfläche [m2/g] 138.3 104.84 38.729 From the nitrogen adsorption measurements, pore structure data were obtained, which are summarized in Table 4. Table 4: Fe 94 Cr 3 Cu 3 O x Fe 94 Cr 3 CoO x Cr 0.2 Co 0.8 isothermal Pore volume (p / p ° = 0.95) [cm 3 / g] 0.2826 0.2771 0.2526 Surface BET Monolayers volume [cm 3 / g] 29936 26465 8.4442 Monolayers amount [mmol / g] 1.3356 1.1807 0.3767 BET surface area [m 2 / g] 130.3 115.19 36754 mesopores Mean pore radius [nm] 4.3817 4.8218 7.3939 Maximum pore radius [nm] 3.2687 3.5095 5.9937 Cumulative pore volume [cm 3 / g] 0.2666 0.3177 0.4873 Cumulative pore area [m 2 / g] 136.68 142.65 146.63 micropores Mean pore radius [nm] 0.4744 0.4876 13945 Maximum pore radius [nm] 12:57 0.6114 1.2633 Cumulative pore volume [cm 3 / g] 0067 0.0581 0.0189 Cumulative pore area [m 2 / g] 138.3 104.84 38729

Ausgehend von Fe94Cr3Co3Ox und Fe94Cr3Cu3Ox wurde ein quarternärer Composition-Spread mit Fe, Cr, Co und Cu angesetzt, bei dem die molaren Zusammensetzungen variiert wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5 zeigt außerdem die Ergebnisse eines Composition-Spreads des binären CrCo-Oxids, welches in einem Parallel-Screening ermittelt wurde. Der aktivste Bereich des quarternären Composition-Spread lag im Bereich von relativ hohen Chrom- und hohen Cobalt-Konzentrationen. Es wurden besonders aktive Zusammensetzungen im Bereich FeaCrbCocCudOx mit a = 0,1 – 0; b = 1 – 0; c = 1 – 0; d = 0,1 – 0 und a + b + c + d = 1 entdeckt. Es zeigt sich, dass die Aktivierungstemperatur T50 der in der dritten Generation entwickelten katalytischen Zusammensetzungen deutlich gegenüber der Vorgeneration abgesenkt wurde und viele der Mischoxide bereits bei Temperaturen um 400°C oder sogar niedriger 50% des eingesetzten Rußes verbrennen. Dies wird besonders aus 2 deutlich, wo die Aktivitäten der besten 10 Zusammensetzungen dieser Generation dargestellt sind (im Vergleich zu den zwei besten der ersten Generation). Diese Zusammensetzungen werden bevorzugt in DPF eingesetzt. Tabelle 5: Im Sol-Gel-Verfahren hergestellte katalytische Zusammensetzungen der 2. Generation Zusammensetzung T20 T50 T75 Zusammensetzung T20 T50 T75 Cr0,25Co0,75 331 372 400 Cr0,4Co0,6 367 407 435 Fe0,05Cr0,15Co0,8 332 372 401 Fe0,1Cr0,4Co0,5 369 409 435 Fe0,05Cr0,2Co0,75 333 373 402 Fe0,1Cr0,4Cu0,1Co0,4 378 418 444 Cr0,15Co0,85 333 375 406 Fe0,1Cr0,3Cu0,1Co0,5 376 418 445 Cr0,35Co0,65 338 378 402 Fe0,15Cr0,05Co0,8 359 419 466 Cr0,65Co0,35 340 380 403 Fe0,2Cr0,7Co0,1 388 428 453 Fe0,05Cr0,6Co0,3Cu0,05 340 381 404 Fe0,2Cr0,55Co0,25 385 428 450 Cr0,75Co0,25 344 382 403 Fe0,15Cr0,35Co0,4Cu0,1 382 429 457 Fe0,05Cr0,15Co0,75Cu0,05 341 383 414 Fe0,1Cr0,3Co0,5Cu0,1 390 439 467 Cr0,8Co0,2 344 384 409 Fe0,05Cr0,8Co0,1Cu0,05 414 458 480 Cr0,5Co0,4Cu0,1 344 385 408 Fe0,1Cr0,7Co0,1Cu0,1 415 458 480 Fe0,1Cr0,6Co0,3 343 385 408 Fe0,05Co0,9Cu0,05 440 506 533 Fe0,05Cr0,35Co0,55Cu0,05 346 386 409 Fe0,1Cu0,2Co0,7 440 509 539 Cr0,55Co0,45 344 386 409 Fe0,1Cu0,1Co0,8 442 511 541 Fe0,05Cr0,35Co0,5Cu0,1 348 388 412 Fe0,4Co0,6 436 514 548 Cr0,75Co0,2Cu0,05 347 388 414 Fe0,5,Co0,5 444 516 549 Fe0,05Cr0,4Co0,5Cu0,05 348 389 412 Fe0,1Co0,9 449 519 549 Fe0,05Cr0,4Co0,45Cu0,1 349 389 412 Fe0,5Cu0,1Co0,4 450 520 552 Cr0,15Co0,8Cu0,05 344 389 420 Fe0,3Co0,7 449 520 553 Cr0,2Co0,75Cu0,05 346 393 425 Fe0,3Cu0,2Co0,5 452 523 555 Cr0,2Co0,8 362 400 430 Fe0,4Cu0,2Co0,4 452 524 555 Cr0,5Co0,5 365 405 432 Fe0,3Cu0,3Co0,4 459 525 555 Cr0,35Co0,55Cu0,1 358 405 437 Fe0,4Cu0,1Co0,5 457 528 559 Fe0,1Cr0,7Co0,1 370 406 428 Fe0,3Cu0,1Co0,6 461 529 561 Fe0,1Cr0,3Co0,6 367 407 435 Fe0,9Cu0,1 486 548 576 Starting from Fe 94 Cr 3 Co 3 O x and Fe 94 Cr 3 Cu 3 O x , a quaternary composition spread was set up with Fe, Cr, Co and Cu, in which the molar compositions were varied. The results are shown in Table 5. Table 5 also shows the results of a composition spread of the binary CrCo oxide, which was determined in a parallel screening. The most active area of the quaternary composition spread was in the range of relatively high chromium and high cobalt concentrations. Particularly active compositions in the range Fe a Cr b Co c Cu d O x with a = 0.1-0; b = 1 - 0; c = 1 - 0; d = 0.1-0 and a + b + c + d = 1. It can be seen that the activation temperature T50 of the catalytic compositions developed in the third generation was lowered significantly compared to the previous generation and many of the mixed oxides burn even at temperatures around 400 ° C. or even lower 50% of the carbon black used. This will be special 2 clearly where the activities of the best 10 compositions of this generation are shown (compared to the two best of the first generation). These compositions are preferably used in DPF. Table 5: 2nd generation catalytic compositions prepared by the sol-gel method composition T20 T50 T75 composition T20 T50 T75 Cr0,25Co0,75 331 372 400 Cr0,4Co0,6 367 407 435 Fe0,05Cr0,15Co0,8 332 372 401 Fe0,1Cr0,4Co0,5 369 409 435 Fe0,05Cr0,2Co0,75 333 373 402 Fe0,1Cr0,4Cu0,1Co0,4 378 418 444 Cr0,15Co0,85 333 375 406 Fe0,1Cr0,3Cu0,1Co0,5 376 418 445 Cr0,35Co0,65 338 378 402 Fe0,15Cr0,05Co0,8 359 419 466 Cr0,65Co0,35 340 380 403 Fe0,2Cr0,7Co0,1 388 428 453 Fe0,05Cr0,6Co0,3Cu0,05 340 381 404 Fe0,2Cr0,55Co0,25 385 428 450 Cr0,75Co0,25 344 382 403 Fe0,15Cr0,35Co0,4Cu0,1 382 429 457 Fe0,05Cr0,15Co0,75Cu0,05 341 383 414 Fe0,1Cr0,3Co0,5Cu0,1 390 439 467 Cr0,8Co0,2 344 384 409 Fe0,05Cr0,8Co0,1Cu0,05 414 458 480 Cr0,5Co0,4Cu0,1 344 385 408 Fe0,1Cr0,7Co0,1Cu0,1 415 458 480 Fe0,1Cr0,6Co0,3 343 385 408 Fe0,05Co0,9Cu0,05 440 506 533 Fe0,05Cr0,35Co0,55Cu0,05 346 386 409 Fe0,1Cu0,2Co0,7 440 509 539 Cr0,55Co0,45 344 386 409 Fe0,1Cu0,1Co0,8 442 511 541 Fe0,05Cr0,35Co0,5Cu0,1 348 388 412 Fe0,4Co0,6 436 514 548 Cr0,75Co0,2Cu0,05 347 388 414 Fe0,5, Co0,5 444 516 549 Fe0,05Cr0,4Co0,5Cu0,05 348 389 412 Fe0,1Co0,9 449 519 549 Fe0,05Cr0,4Co0,45Cu0,1 349 389 412 Fe0,5Cu0,1Co0,4 450 520 552 Cr0,15Co0,8Cu0,05 344 389 420 Fe0,3Co0,7 449 520 553 Cr0,2Co0,75Cu0,05 346 393 425 Fe0,3Cu0,2Co0,5 452 523 555 Cr0,2Co0,8 362 400 430 Fe0,4Cu0,2Co0,4 452 524 555 Cr0,5Co0,5 365 405 432 Fe0,3Cu0,3Co0,4 459 525 555 Cr0,35Co0,55Cu0,1 358 405 437 Fe0,4Cu0,1Co0,5 457 528 559 Fe0,1Cr0,7Co0,1 370 406 428 Fe0,3Cu0,1Co0,6 461 529 561 Fe0,1Cr0,3Co0,6 367 407 435 Fe0,9Cu0,1 486 548 576

Beispiel 2: Herstellung katalytischer Zusammensetzungen im Imprägnierungs-VerfahrenExample 2: Preparation of catalytic Compositions in the impregnation process

Es wurden hoch-poröse katalytische Trägeroxide mit sehr großen spezifischen Oberflächen mit Dotiermetallen imprägniert. Dazu wurden Suspensionen der festen Trägeroxide in einem Überschuss an Lösungen von geeigneten Salzen der unterschiedlichen Dotiermetalle hergestellt. Um eine bessere Penetration der katalytisch aktiven Metalle in die Trägerporen zu erzielen, wurde ein Vakuum angelegt. Anschließend wurden die Proben für 5 h getrocknet, wobei eine homogene Verteilung der Dotiermetalle erreicht wurde. Die getrockneten Suspensionen wurden dann in drei Schritten kalziniert: Heizen bis 400°C mit 1°C/min, Halten bei 400°C für 2 h und Abkühlen auf Raumtemperatur mit 3°C/min.It were highly porous catalytic carrier oxides with very large specific surfaces with doping metals impregnated. These were suspensions of solid carrier oxides in a surplus of solutions of suitable Salts produced the different doping metals. To one better penetration of the catalytically active metals into the carrier pores to achieve a vacuum was applied. Subsequently, the Samples dried for 5 h, giving a homogeneous distribution the doping metals has been reached. The dried suspensions were then calcined in three steps: heating to 400 ° C at 1 ° C / min, hold at 400 ° C for 2 h and cooled to room temperature at 3 ° C / min.

Für die Herstellung der katalytischen Zusammensetzungen der ersten Generation wurden verschiedene Trägeroxide mit jeweils einem Alkali- oder Erdalkalimetall und zwei Redox-aktiven Übergangsmetallen gemäß Tabelle 6 nacheinander dotiert. Tabelle 6: Trägeroxide (91 mol-%) (Degussa-Evonik) TiO2, CeO2 (AdNano Ceria), ZrO2 (P25 Titania) Dotiermetalle: Alkali- und Erdalkalimetalle (3 mol-%) K, Ca, Ba, Rb, Cs, Sr 2 Übergangsmetalle (jeweils 3 mol-%) Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ta, Nb, Mo, Mn, Re, V, Co For the preparation of the first-generation catalytic compositions, various carrier oxides having one alkali metal or one alkaline earth metal and two redox-active transition metals according to Table 6 were doped in succession. Table 6: Carrier oxides (91 mol%) (Degussa-Evonik) TiO 2 , CeO 2 (AdNano Ceria), ZrO 2 (P25 Titania) doping metals: Alkali and alkaline earth metals (3 mol%) K, Ca, Ba, Rb, Cs, Sr 2 transition metals (3 mol% each) Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ta, Nb, Mo, Mn, Re, V, Co

Basierend auf Aktivitätsmessungen mit ecIRT wurden die besten Kandidaten der ersten Generation ausgewählt und weiteren Dotierungsmetallen (Na, Mg, In, Zn, Cd, B, Ga, Ge, Sn, Sb, Bi, Se, Te, La, Rh, Pt, Pd, Ir, Ag, Au) variiert, um so katalytische Zusammensetzungen der zweiten Generation zu erhalten (88 mol-% Trägeroxid, jeweils 3 mol-% der Dotiermetalle). Die thermogravimetrischen Ergebnisse ausgewählter Zusammensetzungen sind in Tabelle 7 gezeigt. (Zur Notation: beispielsweise CeO2Sr(3)W(3)Cr(3)Pt(3) entspricht Ce88K3Fe3Cr3Pt3Ox = formale Zusammensetzung). Tabelle 7: Katalysatorenmaterial T20 T50 T80 ZrO2Cs3Fe3Mo3 404 445 428 TiO2Ca3V3Re3 419 454 479 CeO2Sr3W3Cr3Pt3 425 460 485 CeO2Ba3V3Cr3Pt3 433 471 496 Based on activity measurements with ecIRT, the best candidates of the first generation were selected and further doping metals (Na, Mg, In, Zn, Cd, B, Ga, Ge, Sn, Sb, Bi, Se, Te, La, Rh, Pt, Pd , Ir, Ag, Au) to obtain second-generation catalytic compositions (88 mole% carrier oxide, 3 mole% each of dopant metals). The thermogravimetric results of selected compositions are shown in Table 7. (For notation: for example CeO 2 Sr (3) W (3) Cr (3) Pt (3) corresponds to Ce 88 K 3 Fe 3 Cr 3 Pt 3 O x = formal composition). Table 7: catalyst material T20 T50 T80 ZrO 2 Cs 3 Fe 3 Mo 3 404 445 428 TiO 2 Ca 3 V 3 Re 3 419 454 479 CeO 2 Sr 3 W 3 Cr 3 Pt 3 425 460 485 CeO 2 Ba 3 V 3 Cr 3 Pt 3 433 471 496

Beispiel 3: Herstellung katalytischer Zusammensetzungen mittels gepulster Laser-Deposition (PLD)Example 3: Preparation of catalytic Compositions by means of pulsed laser deposition (PLD)

3 zeigt schematisch den Aufbau der Apparatur, die zur gepulsten Laser-Deposition eingesetzt wurde. In einer Vakuumkammer wurde in Anwesenheit eines Puffergases (z. B. He im Druckbereich zwischen 10 und 100 mbar) ein rotierender monometallischer oder legierter Metallkörper (Target) mit einem intensiven gepulsten Laser (λ = 248 nm) bestrahl. Hiermit wird das Metall zerstäubt und eine gerichtete Plasmafahne erzeugt, die auf das unterhalb des Targets auf einem rotierenden Teller befindliche oxidische Trägermaterial gerichtet ist. Als Trägermaterialien wurden CeO2 (siehe Tabelle 8), ZrO2, TiO2, Fe2O3 und SiO2 eingesetzt. Wie in 4, linke Seite beispielhaft anhand von Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM) gezeigt, konnten unter Verwendung eines Pd-Targets bei einem He-Puffergasdruck von 10 mbar Pd-Dotiermetall-Partikel mit einer Größenverteilung von 5,3 bis 6,3 nm und einem mittleren Partikeldurchmesser von 5,8 nm abgeschieden werden. Weiterhin konnte durch Scanning-Tunneling-Mikroskopie (STM) gezeigt werden (4, rechte Seite), dass durch Variation des Puffergasdrucks die Partikelgrößenverteilung der auf dem Trägermaterial aus der Plasmafahne abgeschiedenen Dotiermetall-Partikel gezielt im Bereich von 6,5 bis 11 nm eingestellt werden kann. Als Dotiermetall-Target-Materialien wurden Pt, Pd, Rh, Pt/Rh, Pt/Pd, Fe, Cu, Mo, Nb, V, W, Cr eingesetzt. Als Puffergas wurde He, H2, und O2 eingesetzt. Tabelle 8: Thermogravimetrische Ergebnisse zum Rußabbrand ausgewählter mittels PLD erzeugter CeO2-geträgerter Katalysatorformulierungen. Trägermaterial T20 [°C] T50 [°C] T75 [°C] Dotiermaterial, [Gew.-%] CeO2 429 492 521 Pt [1,0] CeO2 445 503 529 Pt [0,1] CeO2 450 526 555 Cu [0,5] CeO2 467 536 566 Nb [0,5] CeO2 459 534 564 Cu [0,25], Fe [0,25] CeO2 474 547 577 W [0,5] CeO2 485 552 581 V [0,5] CeO2 495 560 592 Mo [0,5] CeO2 477 543 573 Fe [0,5] 3 shows schematically the structure of the apparatus which was used for pulsed laser deposition. In a vacuum chamber, in the presence of a buffer gas (eg He in the pressure range between 10 and 100 mbar), a rotating monometallic or alloyed metal body (target) was irradiated with an intense pulsed laser (λ = 248 nm). Hereby, the metal is atomized and generates a directional plasma flag, which is directed to the located below the target on a rotating plate oxide support material. CeO 2 (see Table 8), ZrO 2 , TiO 2 , Fe 2 O 3 and SiO 2 were used as support materials. As in 4 , left side exemplified by transmission electron microscopy (TEM) showed, using a Pd target at a He-buffer gas pressure of 10 mbar Pd-doped metal particles having a size distribution of 5.3 to 6.3 nm and a average particle diameter of 5.8 nm are deposited. Furthermore, it was shown by scanning tunneling microscopy (STM) ( 4 , right side) that by varying the buffer gas pressure, the particle size distribution of the dopant metal particles deposited on the carrier material from the plasma lane can be adjusted in a targeted manner in the range from 6.5 to 11 nm. As doping metal target materials, Pt, Pd, Rh, Pt / Rh, Pt / Pd, Fe, Cu, Mo, Nb, V, W, Cr were used. As a buffer gas He, H 2 , and O 2 was used. Table 8: Thermogravimetric results for soot burn-off of selected PLD-produced CeO 2 -supported catalyst formulations. support material T20 [° C] T50 [° C] T75 [° C] Doping material, [% by weight] CeO 2 429 492 521 Pt [1,0] CeO 2 445 503 529 Pt [0,1] CeO 2 450 526 555 Cu [0.5] CeO 2 467 536 566 Nb [0.5] CeO 2 459 534 564 Cu [0.25], Fe [0.25] CeO 2 474 547 577 W [0.5] CeO 2 485 552 581 V [0.5] CeO 2 495 560 592 Mo [0.5] CeO 2 477 543 573 Fe [0.5]

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - N. E. Olong et al. „HT-search for alkaline- and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation” Catalysis Today 137 (2008), 110–118 [0004] NE Olong et al. "HT-search for alkaline and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation" Catalysis Today 137 (2008), 110-118 [0004]
  • - N. E. Olong et al. „A combinatorial approach for the discovery of low temperature soot oxidation catalysts” Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19–25 [0005] NE Olong et al. "A combinatorial approach to the discovery of low temperature soot oxidation catalysts" Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19-25 [0005]
  • - N. E. Olong et al. „HT-search for alkaline- and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation” Catalysis Today 137 (2008), 110–118 [0034] NE Olong et al. "HT-search for alkaline and noble-metal-free mixed oxide catalysts for soot oxidation" Catalysis Today 137 (2008), 110-118 [0034]
  • - N. E. Olong et al. „A combinatorial approach for the discovery of low temperature soot oxidation catalysts” Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19–25 [0034] NE Olong et al. "A combinatorial approach to the discovery of low temperature soot oxidation catalysts" Applied Catalysis B: Environmental 74 (2007), 19-25 [0034]

Claims (13)

Filter zur Entfernung partikulärer Bestandteile aus Verbrennungsabgasen, umfassend ein Substrat, das eine Vielzahl von Gaskanälen ausbildet, sowie eine auf einer inneren Oberfläche des Substrats angeordnete Washcoat-Beschichtung umfassend eine katalytische Zusammensetzung, die in Gegenwart von Sauerstoff ohne Reaktionsbeteiligung von Stickoxiden eine Oxidation von unverbrannten oder teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen und Rußpartikeln katalysiert, wobei die katalytische Zusammensetzung zumindest ein katalytisches Trägeroxid sowie zumindest eine Dotierung eines katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine katalytische Trägeroxid sowie das zumindest eine katalytisch aktive Metall einzeln oder als Gefüge miteinander in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegt.A filter for removing particulate matter from combustion exhaust gases, comprising a substrate forming a plurality of gas passages, and a washcoat coating disposed on an inner surface of the substrate comprising a catalytic composition capable of oxidizing unburned oxygen in the presence of oxygen without reacting nitrogen oxides partially catalyzed hydrocarbons and soot particles, wherein the catalytic composition comprises at least one catalytic carrier oxide and at least one doping of a catalytically active, metallic and / or oxidic metal, characterized in that the at least one catalytic carrier oxide and the at least one catalytically active metal individually or is present as a structure in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine katalytisch aktive Metall auf einer Oberfläche des katalytischen Trägeroxids angeordnet ist und/oder von diesem ganz oder teilweise eingeschlossen ist.Filter according to claim 1, characterized in that the at least one catalytically active metal on a surface the catalytic carrier oxide is arranged and / or of this is included in whole or in part. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoskaligen Partikel und/oder die nanoskalige poröse Struktur des katalytischen Trägeroxids einen mittleren Partikeldurchmesser und/oder eine mittlere Strukturdimension im Bereich von 1 bis 200 nm, insbesondere von 2 bis 100 nm, vorzugsweise 5 bis 50 nm aufweisen.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoscale particles and / or the nanoscale porous structure of the catalytic carrier oxide a mean particle diameter and / or a mean structural dimension in the range from 1 to 200 nm, in particular from 2 to 100 nm, preferably 5 to 50 nm. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nanoskaligen Partikel und/oder die nanoskalige poröse Struktur des katalytischen Metalls einen mittleren Partikeldurchmesser und/oder mittlere Strukturdimensionen im Bereich von 1 bis 50 nm, insbesondere von 1 bis 20 nm, vorzugsweise 2 bis 10 nm aufweisen.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoscale particles and / or the nanoscale porous structure of the catalytic metal a mean particle diameter and / or average structural dimensions in the range of 1 to 50 nm, especially 1 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine katalytische Trägeroxid aus der Gruppe bestehend aus CeO2, ZrO2, TiO2, Fe2O3, SiO2, Cr2O3, Co3O4, CuO und V2O5 ausgewählt ist, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus CeO2, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4 und ZrO2.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one catalytic carrier oxide from the group consisting of CeO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Fe 2 O 3 , SiO 2 , Cr 2 O 3 , Co 3 O 4 , CuO and V 2 O 5 is selected, in particular from the group consisting of CeO 2 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Co 3 O 4 and ZrO 2 . Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine katalytisch aktive Metall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Cs, Fe, In, Ir, La, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Pr, Pt, Re, Rh, Sm, Sr, Ti, V, W, Zn und Zr sowie deren Mischungen und Legierungen untereinander.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one catalytically active Metal is selected from the group consisting of Ag, Ca, Ce, Co, Cr, Cu, Cs, Fe, In, Ir, La, Mg, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Pr, Pt, Re, Rh, Sm, Sr, Ti, V, W, Zn and Zr, and mixtures thereof and alloys with each other. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine katalytisch aktive Metall ausgewählt ist aus der genannten Gruppe unter Ausschluss der Platingruppenmetalle Pd, Pt und Rh und/oder unter Ausschluss der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle Ca, Cs, Mg und Sr.Filter according to claim 6, characterized in that the at least one catalytically active metal selected is from the named group excluding the platinum group metals Pd, Pt and Rh and / or excluding the alkali and / or alkaline earth metals Ca, Cs, Mg and Sr. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytischen Zusammensetzung 0,01 bis 50 mol-%, insbesondere 0,1 bis 10 mol-%, vorzugsweise 0,1 bis 3 mol-%, des zumindest einen katalytisch aktiven Metalls umfasst.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic composition is 0.01 to 50 mol%, especially 0.1 to 10 mol%, preferably 0.1 to 3 mol%, which comprises at least one catalytically active metal. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoat-Beschichtung neben der katalytischen Zusammensetzung als weitere Komponenten ein oberflächenvergrößerndes, insbesondere keramisches Material enthält.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the washcoat coating in addition to the catalytic composition as further components a surface enlarging, in particular contains ceramic material. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoat-Beschichtung ferner eine sinterungshemmende Komponente enthält.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the washcoat coating further comprises a Contains sinterungshemmende component. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein keramischer Körper, insbesondere aus Siliciumcarbid, Cordierit, Mullit und Aluminiumtitanat, ist.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is a ceramic body, in particular of silicon carbide, cordierite, mullite and aluminum titanate, is. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter ein Dieselpartikelfilter zur Entfernung partikulärer Bestandteile aus dieselmotorischen Abgasen, insbesondere zur Entfernung von Rußpartikeln ist.Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the filter is a diesel particulate filter for the removal of particulate matter from diesel engine Exhaust gases, in particular for the removal of soot particles. Verfahren zur Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung für einen Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die katalytische Zusammensetzung (A) zumindest ein in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegendes katalytisches Trägeroxid sowie (B) zumindest eine Dotierung eines in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegenden, katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls umfasst, mit einem der Methoden: – Imprägnierung des zumindest einen in Form nanoskaliger Partikel und/oder einer nanoskaligen porösen Struktur vorliegenden katalytischen Trägeroxids mit einer Lösung eines Salzes des zumindest einen katalytischen Metalls, Trocknung des so erhaltenen imprägnierten Trägeroxids und Kalzinierung unter Ausbildung des katalytisch aktiven, metallisch und/oder oxidisch vorliegenden Metalls in nanoskaliger Form; – Herstellung eines Sols eines Prekursors des zumindest einen katalytischen Trägeroxids und eines Prekursors des zumindest einen katalytischen Metalls, Überführung des Sols in ein Gel, Trocknung und Kalzinierung des Gels unter Ausbildung der katalytischen Zusammensetzung; und – Abtragung von nanoskaligen Partikeln durch Laserbeschuss eines Targets enthaltend das zumindest eine metallisch und/oder oxidisch vorliegende, katalytisch aktive Metall und Abscheidung der Metallpartikel auf das zumindest eine in Form der nanoskaligen Partikel und/oder der nanoskaligen porösen Struktur vorliegende katalytische Trägeroxid.Process for the preparation of a catalytic composition for a filter according to one of claims 1 to 12, wherein the catalytic composition (A) comprises at least one catalytic carrier oxide present in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure and (B) at least one Doping of a present in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure, catalytically active, metallic and / or oxidic metal present, with one of the methods: - impregnation of at least one present in the form of nanoscale particles and / or a nanoscale porous structure catalytic Trägeroxids with a solution of a salt of the at least one catalytic metal, drying of the thus obtained impregnated carrier oxide and calcination to form the catalytically active, metallic and / or oxidic metal present in nanoscale form; Preparing a sol of a precursor of the at least one catalytic carrier oxide and a precursor of the at least one catalytic metal, converting the sol into a gel, drying and calcining the gel to form the catalytic composition; and ablation of nanoscale particles by laser bombardment of a target containing the at least one metallically and / or oxidically present catalytically active metal and deposition of the metal particles onto the at least one catalytic carrier oxide present in the form of the nanoscale particles and / or the nanoscale porous structure.
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