CN112892530B - 原子级分散贵金属三效催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
原子级分散贵金属三效催化剂及其制备方法，催化剂包含活性贵金属及其担载材料、催化助剂，活性贵金属为铂、钯和/或铑，活性贵金属呈原子级分散于担载材料或催化助剂表面，铂、钯、铑的质量百分含量分别为0.1％～1.5％、0.1％～2.5％、0.02％～0.8％；担载材料为改性氧化铝，其氧化铝的质量百分含量为25.2％～95％；催化助剂包括钡化合物、氧化锆和/或稀土氧化物，其质量百分含量为0.2％～70％。制备方法包括前驱体添加过程中浆料的pH值在1.0～9.5以及催化剂在氧化性气流中进行热处理等步骤。本发明具有绿色环保、成本低、易实施生产等优点，催化剂可用于汽油车、燃气车、混合动力车的尾气排放净化处理，对贵金属高效利用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，涉及面向汽车尾气治理应用的高分散贵金属三效催化剂及其制备方法，具体涉及一种原子级分散贵金属三效催化剂及其制备方法。
背景技术
以铂、钯、铑为代表的铂族金属是全球较为稀缺的战略储备金属资源，其主要的工业用途是催化剂。2019年全球汽车尾气治理催化剂产业对铂、钯、铑的需求分别占总需求量的34.0％、84.2％、88.2％，其中，中国汽车尾气治理催化剂产业对铂、钯、铑的需求量分别为4.7吨、83.0吨、9.9吨，分别占全球产业总需求量的5.3％、27.7％、31.5％。中国已于2020年开始全面实施国六排放标准，对铂、钯、铑的需求量还会继续增加，然而，我国矿产铂、钯产量仅约3.0吨/年，高度依赖进口，产业安全令人担忧。
近几年来，汽车三效催化剂对钯、铑需求量的逐渐增加，导致资源供需矛盾日益突出、金属价格持续走高，中国汽车工业对三效催化剂的成本控制要求尤为迫切。目前，汽车三效催化剂产品中的活性贵金属多呈纳米级、或微米级分散，原子利用效率极低，贵金属颗粒尺寸分布极不均匀而容易导致高温烧结。因此，亟待开发活性贵金属的高效、均匀分散技术和高温稳定技术，降低贵金属用量，实现低成本、高性能三效催化剂的开发和应用。
在催化剂技术领域，已公开报道了大量的负载型贵金属单原子催化剂制备方法，先添加含氮、磷、硫元素的无机、或有机试剂配制贵金属前驱体络合物溶液，然后负载于载体氧化物表面，再通过特定的还原、热处理过程而制备得到工业单原子催化剂。然而，磷、硫元素容易导致三效催化剂的失活，已公开技术方案的制备工艺复杂、要求苛刻，不适用于原子级分散贵金属三效催化剂的制备。为了回避磷、硫等元素对三效催化剂的中毒作用，授权号为CN107970922B的文件公开了原子级分散的铂族金属催化剂制备方法，通过添加碱金属化合物或碱土金属化合物配制原子级分散的铂族金属络合物，再负载到非改性金属氧化物载体上，但钠、钾等金属元素的添加会大大降低蜂窝状堇青石载体的机械强度，该技术方案对汽车贵金属三效催化剂制备也并不实用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种面向汽车尾气治理应用的原子级分散贵金属三效催化剂及其制备方法，该催化剂其中绝大部分活性贵金属处于原子级高分散状态，适用于呈粉末状或颗粒状的三效催化剂，也适用于涂覆于蜂窝状载体的整体式三效催化剂，能够实现活性贵金属的高效利用；该制备方法绿色环保且成本低廉，易于实施，适用于工业化生产。
本发明的原子级分散贵金属三效催化剂包括活性贵金属及其担载材料、催化助剂。
所述活性贵金属为铂、钯、铑中的一种或多种，且处于原子级高分散或全分散状态，具体表现为呈单个原子或2～5个原子簇分散于改性氧化铝或催化助剂表面，其金属分散度为30％～100％。
其中铂的质量百分含量为0.1％～1.5％，钯的质量百分含量为0.1％～2.5％，铑的质量百分含量为0.02％～0.8％。
所述活性贵金属担载材料为改性氧化铝，以氧化铝计的质量百分含量为25.2％～95％。
所述催化助剂包括钡化合物、氧化锆、稀土氧化物中的一种或多种，其质量百分含量为0.2％～70％，其中，稀土氧化物可自由选自氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕中的一种或多种，钡化合物的质量百分含量以氧化钡计，稀土氧化物的质量百分含量以最高金属价态的氧化物计。
所述改性氧化铝，可以是在热处理过程可全部祛除的有机酸、或有机碱、或表面活性剂改性的氧化铝，也可以是所述催化助剂改性的氧化铝。
所述钡化合物可选自氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、草酸钡、氢氧化钡、碳酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多种。
所述改性氧化铝、氧化锆、稀土氧化物可选自单一金属氧化物，或其二元、三元、四元、五元、六元、七元、八元金属复合氧化物。
进一步的，本发明适用于呈粉末状或颗粒状的三效催化剂，也适用于涂覆于蜂窝状载体的整体式三效催化剂。
本发明所述的质量百分含量直接适用于粉末状或颗粒状的三效催化剂，但对于整体式三效催化剂，需要根据实际涂覆量进行核算。
本发明可应用于汽油车、燃气车、混合动力车的尾气排放净化处理。
本发明的制备方法具体包括以下步骤：
(1)氧化物载体浆料的配制
将改性氧化铝、催化助剂均匀分散于一定量的去离子水中进行配制氧化物载体浆料。
或将改性氧化铝、催化助剂分别均匀分散于一定量的去离子水中，分开配制氧化物载体浆料。
或将改性氧化铝、氧化锆和稀土化合物(或二者复合氧化物)分别均匀分散于一定量的去离子水中，分开配制氧化物载体浆料。
或将改性氧化铝和钡化合物、氧化锆和稀土化合物(或二者复合氧化物)分别均匀分散于一定量的去离子水中，分开配制氧化物载体浆料。
或将改性氧化铝和氧化铈、催化助剂分别均匀分散于一定量的去离子水中，分开配制氧化物载体浆料。
其中，钡化合物可自由选自氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、草酸钡、氢氧化钡、碳酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多种。
改性氧化铝、氧化锆、稀土氧化物可自由选自单一金属氧化物，或其二元、三元、四元、五元、六元、七元、八元金属复合氧化物。
稀土氧化物可自由选自氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕中的一种或多种。
充分搅拌后测定浆料pH值，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5。
(2)活性贵金属的分散
将贵金属前驱体溶液慢慢滴加到(如以每分钟20滴～300滴的速率)已配制好的氧化物载体浆料中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，继续充分搅拌后直接干燥、研磨得到粉体材料。
或直接涂敷于蜂窝状载体，干燥后得到整体式催化剂。
或添加催化助剂后再充分搅拌，经干燥、研磨得到粉体材料，或涂敷于蜂窝状载体得到整体式催化剂，催化助剂添加后各组分含量仍保持在步骤(1)所述的范围。
或添加改性氧化铝后再充分搅拌，经干燥、研磨得到粉体材料，或涂敷于蜂窝状载体得到整体式催化剂，改性氧化铝添加后各组分含量仍保持在步骤(1)所述的范围。
其中，贵金属前驱体可自由选自任一水溶性贵金属化合物，优选环境pH值在1.0～9.5之间不易水解的水溶性贵金属化合物。
所得到的粉体材料也可以再次制浆后涂敷于蜂窝状载体，经干燥得到整体式催化剂。
(3)催化剂的热处理
将步骤(2)制备得到的粉体材料或整体式催化剂放置于特制的煅烧炉中，通入包含氧气、水蒸气、二氧化碳中的一种或多种的氧化性气流，其中，氧气和水蒸气含量均不超过25％，二氧化碳含量不超过5％，氮气作为平衡气，然后将煅烧炉热处理温度为400℃～850℃，恒温时间不少于10分钟。
或通过特制传送带将步骤(2)制备得到的粉体材料或整体式催化剂连续通过催化剂煅烧炉，且在煅烧炉中持续通入包含氧气、水蒸气、二氧化碳中的一种或多种的氧化性气流，其中，氧气和水蒸气含量均不超过25％，二氧化碳含量不超过5％，氮气作为平衡气，并保证恒温区温度为400℃～850℃，通过调节传送带的传送速度使粉体材料或整体式催化剂在恒温区的停留时间不少于10分钟。
所选用的催化剂热处理条件，容易在工业化生产过程中实现，可直接选用压缩空气带载水蒸气作为氧化性气流，成本低廉且绿色环保。
氧化性气流中的氧气、二氧化碳含量，可通过在压缩空气带载水蒸气的基础上补充工业纯气进行调配。
氧化性气流中的水蒸气含量，可通过调节带载气流流量或汽化罐温度进行调配，也可以通过液相质量流量计精准控制液态水进料量进行调配。
粉体材料或整体式催化剂在氧化性气流进行热处理后，绝大部分活性贵金属铂、钯、铑组分呈单个原子或2～5个原子簇分散于改性氧化铝或催化助剂表面，得到原子级分散贵金属三效催化剂。
(4)化学组分及金属分散度的测定
对于粉末状或颗粒状的三效催化剂，经精细研磨后直接进行化学组分及金属分散度测定，其中，贵金属组分含量采用电感耦合等离子体光谱仪进行测定，其它组分含量采用X射线荧光光谱仪进行测定，采用探针分子脉冲吸附法或其它方法测定1克催化剂的活性贵金属表面原子数Ns，再根据公式(I)计算金属分散度D。
式中，Nt表示根据贵金属组分含量测定结果计算得到的1克催化剂活性贵金属总原子数，按公式(II)进行计算。
式中，WPt、WPd、WRh分别表示催化剂铂、钯、铑活性组分质量百分含量的实际测定结果。
对于整体式催化剂，取一定量的超纯水于内径略大于催化剂直径的烧杯中，再放入催化剂浸泡不少于2小时，超声不少于30分钟，取出催化剂后将烧杯中的悬浊液干燥、研磨后得到粉体样品，用于化学组分及金属分散度的测定。
在含量测定结果中，包含氧化铝，以及氧化钡、氧化锆、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕中的一种或多种，且所包含氧化铝的质量百分含量为25.2％～95％，其它金属氧化物的质量百分含量为0.2％～70％。其中，对于具有实际里程数的催化剂样品，检测到磷、钙、锌等来自汽车排气组分元素时，不认定为催化剂组分。
在含量测定结果中，还包含铂、钯、铑中的一种或多种，且所包含铂的质量百分含量为0.1％～1.5％，钯的质量百分含量为0.1％～2.5％，铑的质量百分含量为0.02％～0.8％。
在金属分散度测定结果中，活性贵金属分散度为30％～100％，其中，对于经850℃～1050℃(不包括850℃)热老化、水热老化、或发动机台架老化不超过240小时的催化剂样品，其金属分散度不低于5％；对于实际催化剂里程数不超过10万公里的样品，其金属分散度不低于8％。
本发明的制备方法的实现原子级分散的关键在于：贵金属前驱体吸附过程的pH控制和催化剂的热处理条件，其中贵金属前驱体添加过程中浆料的pH值严格控制在1.0～9.5之间，催化剂在氧化性气流中进行热处理，热处理温度为400℃～850℃，热处理时间不低于10分钟，氧化性气流为氧气、水蒸气、二氧化碳中的一种或多种，其中，氧气和水蒸气含量均不超过25％，二氧化碳含量不超过5％，氮气作为平衡气。
本发明提供了一种面向汽车尾气治理应用的原子级分散贵金属三效催化剂，该催化剂其中绝大部分活性贵金属处于原子级高分散状态，适用于呈粉末状或颗粒状的三效催化剂，也适用于涂覆于蜂窝状载体的整体式三效催化剂，能够实现活性贵金属的高效利用；本发明的制备方法容易在工业化生产过程中实现，可直接选用压缩空气带载水蒸气作为氧化性气流，成本低廉且绿色环保；氧化性气流中的氧气、二氧化碳含量，可通过在压缩空气带载水蒸气的基础上补充工业纯气进行调配；氧化性气流中的水蒸气含量，可通过调节带载气流流量或汽化罐温度进行调配，也可以通过液相质量流量计精准控制液态水进料量进行调配。
附图说明
图1是本发明的原子级分散贵金属三效催化剂的简要制备流程的示意图。
图中：10-氧化物载体浆料，12-贵金属前驱体溶液，14-催化剂涂层浆料，16-蜂窝状载体，18-整体式催化剂，20-粉末状催化剂，22-氧化性气流，24-粉末状原子级分散贵金属三效催化剂，26-整体式原子级分散贵金属三效催化剂。
具体实施方式
本发明按图1所示的制备流程示意图制备原子级分散贵金属三效催化剂。
根据拟制备催化剂的化学组成和总质量，计算确定贵金属前驱体、改性氧化物、各催化助剂的用量，并称取备用。
称取与拟制备催化剂总质量等量的蒸馏水于烧杯或搅拌釜中，启动搅拌器并连续搅拌，加入改性氧化铝和(或)各催化助剂，充分搅拌后测定浆料的pH值，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，得到氧化物载体浆料10。
将称取的贵金属前驱体在一定质量的蒸馏水中充分溶解，得到贵金属前驱体溶液12。
将贵金属前驱体溶液12慢慢滴加(例如，以每分钟20滴～300滴的速率滴加，下同)到已配制好的氧化物载体浆料10中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，根据实际需要还可以继续添加改性氧化铝或催化助剂，研磨至合适粒度，充分搅拌后得到催化剂浆料14。
将调配好的催化剂浆料14直接涂敷于蜂窝状载体16，干燥后得到整体式催化剂18；也可以将催化剂浆料14干燥、研磨后得到粉末状催化剂20。
利用空气压缩机或合成空气、工业纯氮气、液态水汽化罐配制氧化性气流22，其中，可借助空气或氮气带载的方式调配氧化性气流中的水蒸气含量，也可以通过液相质量流量计精准控制液态水进料量的方式调配氧化性气流中的水蒸气含量。
将粉末状催化剂20、或整体式催化剂18在400℃～850℃的氧化性气流22中进行热处理不少于10分钟，可分别得到粉末状原子级分散贵金属三效催化剂24、整体式原子级分散贵金属三效催化剂26。
将粉末状原子级分散贵金属三效催化剂24再次制浆后涂覆于蜂窝状载体16，也可以得到整体式原子级分散贵金属三效催化剂26。
将整体式原子级分散贵金属三效催化剂26放入盛有超纯水的烧杯中浸泡不少于2小时，超声不少于30分钟，取出催化剂后将烧杯中的悬浊液干燥、研磨后得到粉体样品。
对粉末状原子级分散贵金属三效催化剂24、或取至整体式原子级分散贵金属三效催化剂26的粉体样品进行化学组分及金属分散度测定。
为了使本发明实现的技术手段和创作特征更加清楚并易于理解，下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1：
称取3千克La2O3-Al2O3复合氧化物均匀分散于3千克蒸馏水中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，慢慢滴加钯前驱体溶液，搅拌2小时以上，得到催化涂层料A。
分别称取1.2千克CeO2-ZrO2-La2O3复合氧化物、1.5千克CeO2-ZrO2-Y2O3复合氧化物、0.3千克ZrO2-Y2O3复合氧化物均匀分散于3千克蒸馏水中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，慢慢滴加铑前驱体溶液，搅拌2小时以上，得到催化涂层料B。
将催化涂层料A和催化涂层料B混合，研磨至合适粒度后涂敷于蜂窝状载体，经干燥得到整体式催化剂A。
将整体式催化剂A在650℃的氧化性气流中热处理30分钟，氧化性气流由氧气、水蒸气和氮气组成，其中，氧气含量为12％、水蒸气含量为10％，得到整体式原子级分散贵金属三效催化剂A。
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂A的化学组成如表1所示,表中其它组分为在催化剂制备过程不可控制的杂质。
表1
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂A的金属分散度为42.7％。
实施例2：
分别称取2.5千克CeO2-ZrO2-La2O3-Nd2O3复合氧化物、3.5千克Nd2O3-CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物均匀分散于6千克蒸馏水中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，慢慢滴加钯前驱体溶液，搅拌2小时以上后研磨至合适粒度，再涂敷于蜂窝状载体，干燥后得到整体式催化剂B。
称取3.2千克La2O3-Al2O3复合氧化物均匀分散于4千克蒸馏水中，充分搅拌，慢慢滴加铑前驱体溶液和铂前驱体溶液，搅拌2小时以上，继续添加2.6摩尔钡化合物和0.4千克CeO2粉末，选用酸溶液调节pH值至1.0～9.5，搅拌30分钟以上后研磨至合适粒度，再涂敷于整体式催化剂B，干燥后得到整体式催化剂C。
将整体式催化剂C在750℃的氧化性气流中热处理20分钟，氧化性气流由氧气、水蒸气和氮气组成，其中，氧气含量为8％、水蒸气含量为15％，得到整体式原子级分散贵金属三效催化剂B。
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂B的化学组成如表2所示,表中其它组分为在催化剂制备过程不可控制的杂质。
表2
| 组成 | Pt | Pd | Rh | BaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CeO<sub>2</sub> | ZrO<sub>2</sub> | La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 其它 |
| 含量(wt.％) | 0.26 | 0.83 | 0.09 | 4.2 | 41.0 | 29.5 | 17.8 | 3.7 | 2.3 | 0.32 |
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂B的金属分散度为61.3％。
实施例3：
分别称取0.2千克Al2O3粉末、3.9千克CeO2-Al2O3复合氧化物均匀分散于5千克蒸馏水中，充分搅拌，加入3.9摩尔钡化合物，搅拌60分钟以上，选用酸溶液调节pH值至1.0～9.5，慢慢滴加铂前驱体溶液，搅拌2小时以上，继续添加0.3千克CeO2粉末，研磨自合适粒度后涂敷于蜂窝状载体，经干燥得到整体式催化剂D。
将整体式催化剂D在820℃的氧化性气流中热处理60分钟，氧化性气流由氧气、水蒸气、二氧化碳和氮气组成，其中，氧气含量为8％、水蒸气含量为12％、二氧化碳含量为2％，得到整体式原子级分散贵金属三效催化剂C。
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂C的化学组成如表3所示,表中其它组分为在催化剂制备过程不可控制的杂质。
表3
| 组成 | Pt | BaO | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CeO<sub>2</sub> | 其它 |
| 含量(wt.％) | 0.91 | 11.8 | 58.3 | 27.3 | 1.13 |
经测定，整体式原子级分散贵金属三效催化剂C的金属分散度为82.2％。
分别称取0.3千克Al2O3粉末、0.09千克La2O3粉末、3千克CeO2-ZrO2-Al2O3复合氧化物、2.4千克CeO2-ZrO2-La2O3-Pr6O11复合氧化物、0.21千克ZrO2-Pr6O11复合氧化物均匀分散于6千克蒸馏水中，充分搅拌，选用酸、或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，慢慢滴加铑前驱体和钯前驱体溶液，搅拌2小时以上，经干燥、研磨得到粉末状催化剂A。
将所得到的粉末状催化剂A在600℃的氧化性气流中热处理30分钟，氧化性气流由氧气、水蒸气和氮气组成，其中，氧气含量为5％、水蒸气含量为5％，得到粉末状原子级分散贵金属三效催化剂A。
经测定，粉末状原子级分散贵金属三效催化剂A的化学组成如表4所示,表中其它组分为在催化剂制备过程不可控制的杂质。
表4
| 组成 | Pd | Rh | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CeO<sub>2</sub> | ZrO<sub>2</sub> | La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Pr<sub>6</sub>O<sub>11</sub> | 其它 |
| 含量(wt.％) | 0.51 | 0.13 | 37.2 | 22.7 | 31.5 | 3.5 | 3.8 | 0.66 |
经测定，粉末状原子级分散贵金属三效催化剂A的金属分散度为50.6％。
将粉末状原子级分散贵金属三效催化剂A分散于一定质量的蒸馏水中，研磨至合适粒度后涂敷于整体式原子级分散贵金属三效催化剂C，经干燥得到整体式原子级分散贵金属三效催化剂D。
实施例4：
对整体式原子级分散贵金属三效催化剂A进行热老化试验，老化温度为950℃，老花时间为48小时，得到老化催化剂样品A。
经测定，老化催化剂样品A的金属分散度为16.7％。
需要特别说明的是，本发明提供的具体实施方式及相关实施例仅是说明性的，而不是限制性的。
Claims (10)
1.一种原子级分散贵金属三效催化剂，包括活性贵金属及其担载材料、催化助剂；其特征在于：
所述活性贵金属为铂、钯、铑中的一种或多种，所述活性贵金属呈原子级分散于担载材料或催化助剂表面，其金属分散度为30%～100%；其中：铂的质量百分含量为0.1%～1.5%，钯的质量百分含量为0.1%～2.5%，铑的质量百分含量为0.02%～0.8%；
所述活性贵金属担载材料为改性氧化铝，以氧化铝计的质量百分含量为25.2%～95%；
所述催化助剂包括钡化合物、氧化锆、稀土氧化物中的一种或多种；其质量百分含量为0.2～70%；
所述原子级分散贵金属三效催化剂的制备方法为：
步骤(1) ，氧化物载体浆料的配制
将改性氧化铝、催化助剂均匀分散于去离子水中，配制成氧化物载体浆料；
或将改性氧化铝、催化助剂分别均匀分散于去离子水中，分开配制成氧化物载体浆料；
或将改性氧化铝、氧化锆和稀土化合物或二者复合氧化物分别均匀分散于去离子水中，分开配制成氧化物载体浆料；
或将改性氧化铝和钡化合物、氧化锆和稀土化合物或二者复合氧化物分别均匀分散于去离子水中，分开配制成氧化物载体浆料；
充分搅拌后测定氧化物载体浆料pH值，采用加入酸或碱溶液调节pH值至1.0～9.5；
步骤(2)，活性贵金属的分散
将贵金属前驱体溶液以每分钟20滴～300滴的速率滴加到已配制好的氧化物载体浆料中，充分搅拌，选用酸或碱溶液调节pH值至1.0～9.5，继续充分搅拌后直接干燥、研磨得到粉体材料；
或直接涂敷于蜂窝状载体，干燥后得到整体式催化剂；
或添加催化助剂后再充分搅拌，经干燥、研磨得到粉体材料，或涂敷于蜂窝状载体得到整体式催化剂，催化助剂添加后各组分含量仍保持在铂的质量百分含量为0.1%～1.5%、钯的质量百分含量为0.1%～2.5%、铑的质量百分含量为0.02%～0.8%、改性氧化铝以氧化铝计的质量百分含量为25.2%～95%、催化助剂的质量百分含量为0.2～70%；
或添加改性氧化铝后再充分搅拌，经干燥、研磨得到粉体材料，或涂敷于蜂窝状载体得到整体式催化剂，改性氧化铝添加后各组分含量仍保持在铂的质量百分含量为0.1%～1.5%、钯的质量百分含量为0.1%～2.5%、铑的质量百分含量为0.02%～0.8%、改性氧化铝以氧化铝计的质量百分含量为25.2%～95%、催化助剂的质量百分含量为0.2～70%；
所得到的粉体材料再次制浆后涂敷于蜂窝状载体，经干燥得到整体式催化剂；
步骤(3) ，催化剂的热处理
将所述步骤(2)制备得到的粉体材料或整体式催化剂放置于特制的煅烧炉中，通入包含氧气、水蒸气、二氧化碳中的一种或多种的氧化性气流，其中，氧气和水蒸气含量均不超过25%，二氧化碳含量不超过5%，氮气作为平衡气，然后将煅烧炉热处理温度为400℃～850℃，恒温时间不少于10分钟；
或通过特制传送带将所述步骤(2)制备得到的粉体材料或整体式催化剂连续通过催化剂煅烧炉，且在煅烧炉中持续通入包含氧气、水蒸气、二氧化碳中的一种或多种的氧化性气流，其中，氧气和水蒸气含量均不超过25%，二氧化碳含量不超过5 %，氮气作为平衡气，并保证恒温区温度为400℃～850℃，通过调节传送带的传送速度使粉体材料或整体式催化剂在恒温区的停留时间不少于10分钟；
粉体材料或整体式催化剂在氧化性气流进行热处理后，所述活性贵金属铂、钯、铑组分呈单个原子或2～5个原子簇分散于改性氧化铝或催化助剂表面，得到原子级分散贵金属三效催化剂。
2.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述活性贵金属呈单个原子或2～5个原子簇分散于担载材料或催化助剂表面，以保证金属分散度为30%～100%。
3.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述改性氧化铝是在热处理过程能够全部去除 的有机酸或有机碱或表面活性剂改性的氧化铝，或者是所述催化助剂改性的氧化铝。
4.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述钡化合物为氧化钡、硝酸钡、醋酸钡、草酸钡、氢氧化钡、碳酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多种，其质量百分含量以氧化钡计。
5.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述稀土氧化物为氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕中的一种或多种，其质量百分含量以最高金属价态的氧化物计。
6.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述改性氧化铝、氧化锆、稀土氧化物为单一金属氧化物，或其二元、三元、四元、五元、六元、七元、八元金属复合氧化物。
7.根据权利要求1所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述的贵金属前驱体为任一水溶性贵金属化合物。
8.根据权利要求1-7任一项所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述氧化性气流中的氧气、二氧化碳含量，通过在压缩空气带载水蒸气的基础上补充工业纯气进行调配。
9.根据权利要求1-7任一项所述的原子级分散贵金属三效催化剂，其特征在于：
所述氧化性气流中的水蒸气含量，通过调节带载气流流量或汽化罐温度进行调配，或者通过液相质量流量计精准控制液态水进料量进行调配。
10.根据权利要求1至9任一项所述的原子级分散贵金属三效催化剂在汽油车、燃气车、混合动力车的尾气排放净化处理中的应用。
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