[發(fā)明專(zhuān)利]二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710249500.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106824165A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃偉新;尤瑞;曹天;李兆銳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/10
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/10;B01J23/63;B01J23/83
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

二氧化鈰(CeO₂)具有優(yōu)異的儲(chǔ)放氧性能，在氧化反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用，比如Pd/CeO₂催化劑就被廣泛應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣催化凈化技術(shù)中，用于低碳烴類(lèi)燃燒反應(yīng)，即DOC催化劑；又比如Cu/CeO₂催化劑常被用作質(zhì)子交換膜燃料電池中富氫條件下催化氧化微量一氧化碳，即CO-PROX催化劑。

眾所周知，提高負(fù)載型納米催化劑中活性位金屬分散度有利于提高催化活性，同時(shí)可減少貴金屬催化劑的用量，降低成本。目前制備高金屬分散度，甚至單原子型的負(fù)載型催化劑主要有以下幾類(lèi)方法，一類(lèi)是采用原子層沉積技術(shù)(ALD)，這是一種可以將目標(biāo)金屬以單原子膜形式一層一層的鍍?cè)诨?催化劑載體)表面的方法，通過(guò)控制沉積層數(shù)，來(lái)控制金屬的負(fù)載量和分散度；一類(lèi)是通過(guò)有機(jī)配體的方式，利用有機(jī)配體的強(qiáng)絡(luò)合能力，與金屬離子形成強(qiáng)相互作用，形成一種有機(jī)金屬絡(luò)合物，然后在高溫分解有機(jī)配體形成單原子或核殼型結(jié)構(gòu)等具有高金屬分散度的催化劑；還有一類(lèi)是通過(guò)金屬離子與載體之間的強(qiáng)相互作用(SMSI)，制備高分散型催化劑，這種強(qiáng)相互作用下金屬與載體之間會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而成鍵，比如常見(jiàn)的M/CeO₂、M/TiO₂等負(fù)載型催化劑。其中對(duì)于CeO₂負(fù)載型催化劑，金屬離子主要與CeO₂中表面Ce³⁺，即表面氧空位，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用。因此理論上來(lái)說(shuō)，提高CeO₂載體中表面氧空位濃度可以促進(jìn)金屬離子的分散，但CeO₂表面氧空位極易在空氣中吸附氧氣而被氧化、消失。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種在無(wú)氧條件下利用還原的二氧化鈰負(fù)載金屬催化劑的制備方法，該方法制備的二氧化鈰負(fù)載型納米催化劑的分散度較高。

本發(fā)明提供了一種二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1)將二氧化鈰與還原性氣體加熱進(jìn)行反應(yīng)，然后在惰性氣氛中冷卻至室溫，得到還原的二氧化鈰；

S2)在無(wú)氧條件下，將金屬鹽類(lèi)前驅(qū)體溶液與所述還原的二氧化鈰混合，靜置，干燥后進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑。

優(yōu)選的，所述步驟S1)中反應(yīng)的溫度優(yōu)選為200℃～700℃；所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為1～4h。

優(yōu)選的，所述加熱的速率優(yōu)選為1～10℃/min。

優(yōu)選的，所述步驟S1)具體為：

將二氧化鈰在通入惰性氣體的條件下加熱至反應(yīng)溫度，然后再通入還原性氣體進(jìn)行反應(yīng)，再在惰性氣氛中冷卻至室溫，得到還原的二氧化鈰。

優(yōu)選的，所述惰性氣體的流速為20～100mL/min；所述還原氣體的流速為20～100mL/min。

優(yōu)選的，所述惰性氣體選自氬氣、氦氣與氮?dú)庵械囊环N或多種；所述還原性氣體選自氫氣、一氧化碳與低碳烴類(lèi)中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述靜置的時(shí)間10～30h。

優(yōu)選的，所述焙燒的溫度300℃～600℃；所述焙燒的時(shí)間為2～6h；所述焙燒的升溫速率為1～10℃/min。

優(yōu)選的，所述焙燒在空氣、惰性氣體或還原性氣體中進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述空氣、惰性氣體或還原氣體的流速為20～100mL/min。

本發(fā)明提供了一種二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：S1)將二氧化鈰與還原性氣體加熱進(jìn)行反應(yīng)，然后在惰性氣體中冷卻至室溫，得到還原的二氧化鈰；S2)在無(wú)氧條件下，將金屬鹽類(lèi)前驅(qū)體溶液與所述還原的二氧化鈰混合，靜置，干燥后進(jìn)行焙燒，得到二氧化鈰負(fù)載高分散納米催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用還原性氣體還原二氧化鈰，制造表面氧空位，并在無(wú)氧環(huán)境下保護(hù)氧空位，再利用金屬離子與氧空位強(qiáng)相互作用制備出高分散度的二氧化鈰負(fù)載型納米催化劑；同時(shí)通過(guò)控制載體二氧化鈰的還原程度，獲得高分散度的二氧化鈰負(fù)載型納米催化劑，提升催化性能；再者，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，成本較低，具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中新鮮二氧化鈰粉末樣片的照片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中得到的300℃還原的二氧化鈰納米顆粒的照片；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中得到的400℃還原的二氧化鈰納米顆粒的照片；