从专利申请看我国汽车废气处理催化剂发展
国家知识产权局专利局  吕慧敏
1   前言
　　汽车尾气中主要的有害成分为燃烧或燃烧不完全的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、硫化合物等。尾气可
以造成严重的大气污染，或者在某些特殊的地形、天气等原因的促进下会产生光化学烟雾，严重影响人体健康。开
发废气处理催化剂最直接的意义在于从尾气的排放出口控制其对大气的污染；从经济的角度来看，开发有效、经济
的废气处理催化剂对于汽车行业发展的独立性也具有重要的作用。
　　尽管目前以电、氢气、太阳能作为汽车能源的研究开发已取得诸多成绩，但以汽、柴油为主的能源状况将长期
存在。在过去的50年中，欧美、日本地区逐渐提高的尾气排放标准对尾气处理催化剂的发展起着明显的推动作用。
在国内，汽车排放标准的引入在一定程度上刺激了尾气处理催化剂的发展，但是总体发展状况并不乐观，本文从发
明专利申请的角度对比我国与日本的情况，分析我国在汽车废气处理催化剂领域的发展。
2    我国与日本废气处理催化剂的发明专利申请状况
　　1．申请人的分布状况
　　从中国开始施行专利制度开始，国内申请人在尾气处理催化剂领域的申请量呈现出逐年增多的趋势。随着我国
汽车行业的兴旺、汽车产量的扩张、对于自主知识产权的愿望日益迫切，国内申请人在该领域的研究热情颇高，到
目前为止涉及废气处理催化剂的发明专利申请接近800件，其申请人主要集中在以下几类单位：
　　华东化工学院（后更名为华东理工大学）、北京工业大学等高等院校；中科院的大连化学物理研究所、金属研究
所、生态环境研究中心、兰州化学物理研究所、山西煤炭化学研究所、中国石油化工总公司石油化工科学研究院等
科研院所；无锡威孚力达催化净化器有限责任公司、贵研铂业股份有限公司、山西净土实业有限公司、比亚迪股份
有限公司等生产企业。
　　从申请人的分布状况大致可以看出，中国在该领域的申请人分布较广，高校、科研院所、催化剂生产企业、汽
车生产企业对于废气处理催化剂都有不同程度的重视。其中高校、科研院所的申请量所占比例约为75%，处于主导
地位；催化剂生产企业的申请量约为20%；而国内的汽车生产企业如一汽、上汽、北汽、东风等则鲜有关于尾气处
理催化剂的发明专利申请，不足5%。
　　与我国毗邻的日本汽车行业在全球具有重要地位，对我国汽车行业的生产、销售都具有直接、重要的影响。日
本的申请人主要包括：丰田自动车株式会社、本田技研工业株式会社、三井金属矿业株式会社、五十铃自动车株式
会社、日产自动车株式会社、三菱重工业株式会社、缉斐电株式会社、日本触媒化学工业株式会社等。此类发明专
利的申请人几乎全部是汽车生产企业和催化剂生产企业。
　　从上述对比可以看出，日本与我国申请人的分布状况具有截然不同的特点，日本在该领域的申请人以汽车生产
企业为主，汽车企业排名前几位的丰田（TOYOTA）、日产（NISSAN）、本田（HONDA）、马自达（MAZDA）、三菱（MITSUBISHI）、
铃木（SUZUKI）是该领域的主要申请人，而高校和科研院所几乎没有相应的专利申请，汽车生产企业是日本推动废
气处理催化剂发展的核心力量。
　　2．申请主要涉及的技术
　　目前在汽车上最常使用的废气处理催化剂是三效催化剂（也称为三元催化剂），其是通过氧化还原反应将汽车尾
气中的CO、HC、NOx转化为无害的CO2、N2等，从而减少环境污染。无论是国内还是国外，对废气处理催化剂的研
究大部分集中在对这种催化剂的改进上。常用的三效催化剂的主要构成为：蜂窝结构体作为载体、活性氧化铝为涂
层、贵金属作为活性组分，为了提高催化剂的储氧能力会加入钙钛矿复合氧化物。日本目前的研究重点集中在对载
体结构的改进、用更有价格优势的钯代替铂、从理论上来解释废气的催化反应过程从而指导进一步有目的的研究等
方面。我国目前较多研究集中在催化剂中活性组分如碱金属、碱土金属、稀土金属的选择，这也是由我国申请人是
从尽量减少催化剂的生产成本的角度出发所决定的。
3    废气处理催化剂的发展趋势
　　首先，对通常使用的蜂窝结构体载体的选择。选择恰当的原材料来获得具有良好孔隙率的蜂窝壁以使其更适于
被处理物质在催化剂内的扩散；需要在提高其比表面积、保证载体强度的同时不过分增加生产成本和使生产工艺复
杂化；提高载体的高温耐热性。
　　第二，以钯为活性组分的催化剂的完善。铂是目前用于废气处理催化剂的较为成熟的活性组分，钯与铂同属于
贵金属元素，由于其价格偏低，近十年来在业内的关注程度有所提高，但是使用性能和催化活性上还有待进一步完
善。
　　第三，碱土金属、稀土金属作为常用的助剂，含有这些金属的钙钛矿复合氧化物在废气处理催化剂中的使用有
待更多理论上的研究和具体实践的应用。
4    我国废气处理催化剂的研究主体有待改变
　　在商品经济社会，市场的需求决定了供给的方向，而对于市场的需求以及汽车产品自身配套设施的需求最为敏
感和能够准确把握的当属生产企业。应当说，从日本该领域的专利申请可以看出，废气处理催化剂作为控制汽车尾
气排放的重要组成部分已经成为汽车生产企业的开发重点之一，事实也证明日本的汽车行业在全球范围内的扩张与
其重视自身产品的研究开发是分不开的。相比之下，从近三十年来我国生产企业的发明专利申请状况可以看出其对
废气处理催化剂的重视程度则相当不足，追其根本有两个主要的原因：一是由于重视程度不足导致生产企业在废气
处理催化剂方面投入不多。二是我国在该领域的整体研究能力偏低，始终跟随在欧美、日本等发达国家身后，具有
新颖性、创造性的发明不多。而科研院所即使申请量较多，但无论是从研究经费的投入、产品的工业化试运行、甚
至于最终得到汽车生产企业的认可等各个方面都不具备完善的条件，导致的结果就是申请量多，但是最终能够产生
明显经济价值的屈指可数。
　　如果汽车生产企业能够与科研院所有着更加紧密的联系和交流，充分发挥科研院所所具备的丰富科研力量，将
废气处理催化剂的研究主体逐渐从科研院所过渡到汽车生产企业同科研院所紧密合作的道路上来，进而培养出既了
解汽车企业自身的需求、同时又具备将研究能力转化为产品的高科技人才，将成为改变我国废气处理催化剂研究和
生产现状的一条可行之路。
5    结束语
　　我国自上世纪八十年代末开始采用欧洲排放标准体系之后，分别于1993年、1997年两次发布了汽车排放国家
标准，到九十年代末基本达到了欧洲九十年代初期水平；进入本世纪后，我国更是加快了对汽车排放标准的制定和
颁布，与欧洲的汽车尾气排放标准的距离也在拉近，2011年又颁布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国
Ⅲ、Ⅳ阶段）》即“国Ⅳ标准”。但是，国内日益严格的尾气排放标准并未明显刺激我国汽车生产企业在汽车尾气处
理催化剂的科研生产，国内汽车生产企业在该领域的研发能力还远落后于欧美、日本的汽车生产企业。尽管国内一
些研究院、高校等科研院所在汽车尾气处理催化剂领域做了很多对催化剂改性的改进工作，但是这些研究工作距离
最终生产、成为汽车生产企业信赖的工业化产品还有很长的路要走。