[發明專利]介孔介晶氧化鈰負載貴金屬催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410084537.0
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103920492B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 陳志剛;陳豐;劉成寶;錢君超;于雷;劉燦斌
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院相城研究院
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01D53/94
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,郭曉敏

技術領域

本發明涉及一種制備納米薄片材料的方法，尤其是涉及一種制備多組分氧化鈰基納米薄片材料的方法，屬于材料科技技術領域。

背景技術

汽車尾氣是眾所周知的一種廢氣污染物，其含有大量的不完全燃燒產物——一氧化碳、各種輕質烴、以及氮氧化物等燃燒副產物。近年來，隨著社會的不斷進步和汽車工業的發展，世界各國對汽車尾氣排放的標準要求越來越嚴格，而作為尾氣凈化催化劑中活性組分的貴金屬價格則在不斷上升，使得全球范圍內對汽車尾氣凈化用的催化劑材料的研究不斷加強。目前汽車尾氣凈化催化大多為以Pt為主要成分的Pt-Rh或Pt-Rh-Pd貴金屬三效催化劑，但這類催化劑的低溫活性不夠理想，并且需要使用較多貴金屬。由于貴金屬儲量很少，因此價格昂貴，進而提高經濟效益，減少貴金屬的用量，并且還同時保持良好的三效催化活性和高的低溫活性和高的熱穩定性，這已成為研究汽車尾氣凈化技術的專家們努力追求的目標。

目前國內外已經有少量報道利用介孔材料負載貴金屬作為汽車尾氣三效催化劑材料：如中國專利CN1438070A公布了一種有氧化鋯和磷酸基團構成的介孔材料，組裝了貴金屬鉑作為活性組分，并摻雜入少量的鈰離子，用于汽車尾氣的凈化處理。由于該合成過程復雜，鋯鹽價格較高，資源少。目前作為載體的介孔材料都為多晶，孔道結構的熱穩定性較差，故而較難廣泛應用于汽車尾氣凈化處理。

氧化鈰是一種常見的價格較便宜的稀土氧化物材料，其具有獨特的儲放氧功能，在汽車尾氣凈化方面顯示出了廣闊的應用前景。但在現有的介孔氧化鈰基催化劑中，由于構成其孔道的一般都為無規則的多晶顆粒，反應物氣體的擴散動力學較差，從而使得催化劑需在較高溫度下才有催化活性。如在文獻1：Li?Xiazhang，Chen?Feng，Lu?Xiaowang，Journal?of?rare?earths，2009，27(6)，943-947中，公開了一種用于介孔氧化鈰材料，將經300℃煅燒的、性能最好的介孔CeO₂用于特征的CO氧化反應，反應溫度在320℃時，轉化率僅能達到50%，說明介孔氧化鈰作為催化劑，在低溫下的催化活性仍較低，不能滿足實際應用時的需要。

而據我們研究選用乙酸鈰為無機源，P123嵌段共聚物為模板劑，得到了介孔介晶CeO₂材料，材料孔道直徑約10nm，材料孔壁晶粒高度擇優取向高度定向排列的結構。在600oC-800oC高溫加熱狀態下，孔壁完整性得到了很好的維持，提高了介孔氧化鈰材料的熱穩定性。該實驗結果已經發表在Microporous?and?Mesoporous?Materials，2008，115(12)，247-252和無機材料學報，2008，23(5)，986-990上。

在使用三效催化劑凈化處理汽車尾氣時，如果將氧化鈰作用載體，負載貴金屬，得到的金屬-氧化鈰復合材料作為催化劑，可以有效的降低反應溫度。在反應過程中氧化鈰具有如下的多重作用：（1）促進貴金屬的分散；（2）加速水汽轉移和蒸汽重整反應；（3）有利于界面金屬與支撐位的催化活性提高；（4）利用晶格氧通過氧化加速CO的去除；（5）在貧氧和富氧狀態下分別儲存和釋放氧。經研究表明，對于很多氧化還原反應，金屬-氧化鈰體系比金屬-氧化鋁或者其它氧化物載體的活性要高數個數量級。

利用介孔介晶氧化鈰材料所具有的高比表面積、良好的熱穩定性和有序的孔道結構，采用一步原位還原法，經少量的貴金屬均勻的分散在介孔介晶氧化鈰材料的孔道內，形成復合介孔催化材料，從而最大限度地提高這類材料的催化活性，特別是低溫活性；同時能有效的減少貴金屬的用量，從而有望成為一種優良的可用于汽車尾氣凈化用的三效催化劑材料，該類研究在外內外至今未見報道。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種反應條件溫和、工藝簡單易行、產品具有比表面積高、對空氣中的CO和NO都具有很好的低溫氧化活性的介孔介晶氧化鈰負載貴金屬催化劑及其制備方法和應用。

為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案來實現的：

一種介孔介晶氧化鈰負載貴金屬催化劑，其特征在于，包括載體和貴金屬活性組分，所述的載體為介孔介晶氧化鈰材料，且所述的載體的孔道直徑為10nm，而所述的貴金屬活性組分為貴金屬Pt、Rh、Pd中的至少一種，且所述的活性組分在介孔介晶氧化鈰負載貴金屬催化劑中的質量百分含量為0.1~5%。

一種介孔介晶氧化鈰負載貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：