[發明專利]一種負載型二元金屬氧化物納米催化劑的制法

有效

• 申請號: 201210546390.3
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102962076A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 董林;姚小江;湯常金;高飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01D53/86;B01D53/94;B01D53/56;B01D53/62
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域：

本發明涉及一種負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑的制備方法及其應用，它屬于三效催化技術領域。

背景技術：

氮氧化物（NO_x）主要來源于燃煤電廠和機動車尾氣，其作為主要的大氣污染物之一，通過形成酸雨、光化學煙霧和溫室效應等嚴重污染環境和損害人類健康。因此，NO_x的催化消除已勢在必行。一氧化碳催化還原一氧化氮（CO+NO）是機動車三效催化轉換器中發生的主要反應之一。近幾十年來，眾多研究者將一系列貴金屬催化劑用于此模型反應進行了細致的研究。但是貴金屬催化劑存在高溫熱穩定性差、資源匱乏、價格昂貴、抗二氧化硫（SO₂）中毒性能差等不足，因此開發一類高效的非貴金屬催化劑用于機動車尾氣凈化已成為該領域的研究熱點?；趯Ψ琴F金屬催化劑的研究，負載型銅（Cu）基催化劑因其獨特的氧化還原性質和出色的催化性能而得到了研究者的極大關注。

錳（Mn）作為一個具有多種可變價態的過渡金屬元素容易形成Mnⁿ⁺/Mn^(n-1)+電子對。研究表明，在Cu-Mn二元金屬氧化物催化劑中Mn不同價態之間的轉換有效地提高了Cu物種在氧化還原反應中的催化性能。隨后，研究者從動力學角度證實氧化還原平衡的存在對CO+NO反應的活性有明顯的促進作用。

稀土金屬氧化物二氧化鈰（CeO₂）由于具有優異的氧化還原性能和較高的儲/釋氧能力（這主要源于氧空位的形成以及較低的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化還原電勢）而被廣泛用于三效催化領域。因此，結合CuO、MnOx和CeO₂三者的優勢制備出的負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑勢必會在CO+NO反應中顯示出優異的催化性能，這為尋找低溫催化凈化汽車尾氣的廉價、高效非貴金屬催化劑提供了一條可行的途徑。

眾所周知，催化劑的性能強烈地受其制備方法的影響。在本發明中，我們報道了一種一步法制備負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑的方法，其中銅物種和錳物種都能夠很好地分散在二氧化鈰的表面上。通過與其他方法相比較，發現一步法制得到的負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑具有更好的氧化還原性質和催化性能，且活性組分銅物種、助劑錳物種與載體二氧化鈰之間的相互作用明顯增強。由于該方法制備原料易得，操作簡便快捷，對設備無特殊要求，附加環境污染少，使其在三效催化領域有著良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的：提供一種制備負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑的方法，從而有望在三效催化中得到一定的應用。

本發明的原理如下：將硝酸銅和硝酸錳溶液混合均勻，使其充分接觸，然后浸漬到二氧化鈰的表面，最后經過烘干、研磨、焙燒即可制得分散良好、相互作用較強的負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑。

本發明的技術方案如下：

一種負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑的制法，它包括如下步驟：

將Cu(NO₃)₂·3H₂O和Mn(NO₃)₂以浸漬法負載到CeO₂上，其負載量分別為0.1-1.2mmol?CuO/100m²CeO₂表面積和0.1-6.0mmol?MnO₂/100m²CeO₂表面積，經烘干和研磨后，在空氣氣氛下500℃焙燒5h即可制得分散良好、相互作用較強的負載型二元金屬氧化物CuO-MnO₂/CeO₂納米催化劑。

上述的納米催化劑的制法，所述的CeO₂可以采用市售的或自制的CeO₂。

上述的納米催化劑的制法，所述的自制的CeO₂可以是下法制備：