[發(fā)明專(zhuān)利]用于阻止催化劑燒結(jié)的氧化層的離子吸附

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711421454.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108273568A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·齊;楊銘;R·J·戴;肖興成;李偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J37/02
• 分類(lèi)號(hào): B01J37/02;B01J37/08;B01J23/42;B01J23/44
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

提供了耐高溫?zé)Y(jié)的催化劑以及制備此類(lèi)耐高溫?zé)Y(jié)的催化劑的方法。可以通過(guò)使包括離子物質(zhì)的溶液與催化劑載體的一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域接觸來(lái)制備該催化劑。催化劑載體的表面進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒，一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒設(shè)置為鄰近一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域。離子物質(zhì)具有與一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域的第二電荷相反的第一電荷。接著，使離子物質(zhì)與一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域締合，以便在一個(gè)或多個(gè)選擇表面區(qū)域上形成層。煅燒該層，以便在一個(gè)或多個(gè)選擇表面區(qū)域上產(chǎn)生包括金屬氧化物的涂層，其中涂層形成為鄰近一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒。

引言

本部分提供與本公開(kāi)相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

本公開(kāi)涉及耐高溫?zé)Y(jié)的催化劑體系以及制備耐高溫?zé)Y(jié)的催化劑的低成本方法。

金屬納米顆粒可以構(gòu)成用于各種應(yīng)用的催化劑的活性部位，例如用于生產(chǎn)燃料、化學(xué)品和藥品，以及用于汽車(chē)、工廠和發(fā)電廠的排放控制。由于金屬納米粒子容易聚集，而這減少了它們的表面積和獲得活性部位的可能性，因此它們常常與載體材料偶聯(lián)。這些載體以物理方式分離金屬納米顆粒，以防止聚集并增加它們的表面積和獲得活性部位的可能性。因此，催化劑體系通常包括一種或多種催化劑化合物；多孔催化劑載體材料；以及一種或多種任選的活化劑。

連續(xù)使用后，特別是在高溫下連續(xù)使用后，包括負(fù)載型金屬納米顆粒的催化劑體系由于燒結(jié)而失去催化活性，例如在高溫下發(fā)生的熱失活。通過(guò)各種機(jī)制，燒結(jié)導(dǎo)致載體上金屬粒度分布發(fā)生變化，平均粒度增加；由此，活性催化劑化合物的表面積減小。例如，顆粒遷移和聚結(jié)是燒結(jié)的一種形式，其中金屬納米顆粒的顆粒移動(dòng)或擴(kuò)散穿過(guò)載體表面，或移動(dòng)或擴(kuò)散通過(guò)氣相，與另一納米顆粒聚結(jié)，導(dǎo)致納米顆粒生長(zhǎng)。奧斯特瓦爾德熟化是燒結(jié)的另一種形式，其中自由能的差異以及載體表面上的局部原子濃度導(dǎo)致流動(dòng)物質(zhì)發(fā)生遷移。燒結(jié)過(guò)程發(fā)生后，催化劑活性可能降低。因此，催化劑體系通常負(fù)載有足夠量的負(fù)載型金屬納米顆粒，以便解決隨時(shí)間推移催化活性的損失，并且繼續(xù)具備滿(mǎn)足例如在高溫下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間操作排放標(biāo)準(zhǔn)的能力。

已經(jīng)利用各種技術(shù)來(lái)減少金屬催化劑的燒結(jié)。例如，使金屬與其他金屬合金化，通過(guò)例如原子層沉積用非晶態(tài)涂層包封金屬納米顆粒，并試圖將強(qiáng)金屬納米顆粒固定在載體上。然而，這些基于化學(xué)的技術(shù)只取得了有限的成功。由此，仍需要耐燒結(jié)的改進(jìn)催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本部分對(duì)本公開(kāi)進(jìn)行了總體介紹，并非全面或全部披露其全部?jī)?nèi)容或其全部特征。

在各個(gè)方面，本公開(kāi)提供了制備耐燒結(jié)的催化劑體系的方法。催化劑體系可以包括至少一種催化劑活性材料、催化劑載體和涂層。在一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種制備耐燒結(jié)催化劑體系的方法，其中該方法包括使包括離子物質(zhì)的溶液與催化劑載體的一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域接觸。催化劑載體的表面進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒，一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒設(shè)置為鄰近該一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域。而且，該離子物質(zhì)具有與該一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域的第二電荷相反的第一電荷。因此，該方法包括使離子物質(zhì)與一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域締合，以便在一個(gè)或多個(gè)選擇表面區(qū)域上形成層。可以對(duì)煅燒該層，以便在一個(gè)或多個(gè)選擇表面區(qū)域上產(chǎn)生包括金屬氧化物的涂層。涂層形成為鄰近一個(gè)或多個(gè)催化劑顆粒。

在一個(gè)變型中，離子物質(zhì)的第一電荷是負(fù)電荷，并且一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域的第二電荷是正電荷，由此帶負(fù)電荷的離子物質(zhì)與催化劑載體的帶正電荷的表面區(qū)域結(jié)合。

在另一個(gè)變型中，離子物質(zhì)的第一電荷是正電荷，并且一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域的第二電荷是負(fù)電荷，由此帶正電荷的離子物質(zhì)與催化劑載體的帶負(fù)電荷的表面區(qū)域結(jié)合。

在一個(gè)變型中，在接觸之前，該方法進(jìn)一步包括用前體預(yù)處理催化劑載體表面的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，以增加一個(gè)或多個(gè)帶電荷的表面區(qū)域中的零電荷點(diǎn)(PZC)。前體包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的元素：鉀(K)、鈉(Na)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鋅(Zn)、鑭(La)、鈰(Ce)、鈷(Co)、釔(Y)及其組合。

在一個(gè)變型中，溶液的pH值可以小于一個(gè)或多個(gè)帶電荷區(qū)域的PZC。