[發明專利]還原鈣鈦礦前驅體的高分散Pt基催化劑及制備方法與對CO氧化的應用

在審

• 申請號: 202010129184.7
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111266117A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 劉源;金武;張斯然;王嘉明
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/08;B01J37/02;B01J37/18;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種還原鈣鈦礦前驅體的高分散Pt基催化劑及制備方法與對CO氧化的應用；催化劑化學式為LaFe_1?xCo_xPt_yO₃/SiO₂，其中x取值范圍為0～0.4，y取值范圍為0.08～0.15。將硝酸鑭、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鉑、檸檬酸和乙二醇配置混合鹽溶液；超聲溶解后等體積浸漬到SiO₂載體上；得到的樣品轉移至恒溫干燥箱中干燥；然后在馬弗爐中煅燒；得到催化劑前驅體；將催化劑前驅體置于反應器中通入還原反應氣，得到Pt基納米金屬催化劑。催化劑可在較低溫度可以實現一氧化碳的完全氧化，表現出較好的穩定性和抗燒結性。在24000mL/(g_cat·h)空速下，在50～200℃可獲得100％的CO轉化率。

技術領域

本發明涉及一種新型的還原鈣鈦礦前驅體的高分散Pt基催化劑及制備方法與對CO氧化的應用，屬于金屬催化劑的應用領域。

背景技術

隨著工業化的進展，CO排放量與日俱增，控制和消除CO已經刻不容緩。一氧化碳(CO)排放現已成為嚴重的環境問題，含碳燃料不完全燃燒的排放氣、礦井中的氣體等均含有大量的CO。其中，汽車尾氣排放的CO約占全球CO排放的半數以上。CO是一種無色無味的氣體，被人體吸入后極易與血液中的血紅蛋白結合，導致血紅蛋白無法與氧結合，使人體呼吸困難、缺氧、死亡。當空氣中CO的含量超過30mg/m³時，可以使人中毒；當含量超過12.5％，就有爆炸的危險。

CO的氧化在很多方面都有重要的應用意義。如：應用于封閉式CO₂激光器、防毒面具、空氣凈化及載人航天、潛艇等密閉系統內部；另外，在燃料電池系統中，富氫氣體中CO的優先氧化可以避免電池電極的CO中毒。目前，CO氧化反應的催化劑體系主要分為貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。其中使用較多且效果較好的是貴金屬如鉑、鈀、金等催化劑。

負載型貴金屬催化劑由于其極好的催化活性在工業廣泛應用。就催化活性而言，金屬顆粒尺寸是一個關鍵因素。對于一般的金屬催化劑而言，只有部分的金屬原子或離子在反應中作為活性位扮演催化中心角色。為了提高貴金屬的利用率，更高的金屬活性位分散度是值得期待的。最近，理論和實驗結果表明高分散催化劑比普通金屬催化劑有更高的活性和選擇性，尤其對于貴金屬催化劑而言，高分散催化劑不僅可以提高原子利用率、減少花費而且使在分子水平上研究多相催化機理成為可能。

鈣鈦礦類型氧化物是一種擁有立方晶格結構的混合氧化物，化學式是ABO₃(r_Ar_B)，其中A位是占據立方體晶胞頂點的稀土元素、堿土元素、堿元素或Bi³⁺、Pb²⁺等，B位是占據氧八面體中心的具有催化活性的過渡金屬元素。鈣鈦礦多變的性能一方面是由于大量的不同種類金屬離子取代A位和B位，另一方面是由于過渡金屬元素多變的價態。鈣鈦礦化合物具有以下性質：(1)組成和結構的可調變性。鈣鈦礦是具有體心立方結構的化合物，這一結構十分穩定且具有很大程度的容忍度，A位和B位可以根據研究人員的需要選擇合適種類的金屬離子，從而獲得不同類型的鈣鈦礦化合物，這一特點使鈣鈦礦應用十分廣泛。(2)熱穩定性。(3)催化特性。由于具有高度可調變性和穩定性，以鈣鈦礦類型氧化物為前驅體制備出的催化劑具有活性位分布均勻、晶粒小、抗燒結等特點。

貴金屬由于價格昂貴、儲量有限，因此如何最大化的利用貴金屬成為催化劑設計過程中的難題。通過課題組之前的工作中可知，貴金屬直接負載在載體上時，貴金屬容易發生燒結和遷移，而且活性組分不能達到均勻分散的目的。當把貴金屬預先引入鈣鈦礦結構中使其均勻分散，還原之后能實現貴金屬的高度分散，而且還原過程中形成的新的鈣鈦礦結構能為氧氣的吸附活化提供活性位點