[發明專利]基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑及制備與應用

有效

• 申請號: 202010142509.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111389412B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 王平;陳木華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/10;B01J37/16;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于催化材料技術領域，公開了一種基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑及制備與應用。所述催化劑由貴金屬活性相和金屬氧化物載體相組成，貴金屬活性相以細小納米顆粒形式彌散分布于金屬氧化物載體相表面。本發明通過貴金屬活性相與氧化物載體組合構筑協同催化活性位。同時，載體的十八面體結構提高了貴金屬在氧化物表面的分散度，使之以細小納米顆粒形式彌散分布于氧化物載體相表面。此外，載體氧化物部分還原所引入的氧空位，有助于提高催化劑對水分子的吸附解離產生羥基物種，提供大量的羥基吸附位點和反應活性羥基物種。從而協同地提高催化劑對氧氣分子的活化和對甲醛的吸附。綜合催化性能接近目前報道的相應負載型貴金屬催化劑。

技術領域

本發明屬于催化材料技術領域，具體涉及一種基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑及制備與應用。

背景技術

室內空氣的污染已成為世界各國廣泛關注的環境問題，甲醛(HCHO)作為一種主要來源于室內各種裝飾裝修材料的常見的空氣污染物，已被世界衛生組織確定為致癌和致畸物質，對其有效處理受到了國內外研究者們的普遍關注。在各類空氣凈化技術中，催化氧化法被認為是一種安全且高效的甲醛消除技術。該技術能夠在較為溫和的條件下將甲醛催化氧化為二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，具有能耗低和環境友好等優點，應用發展前景廣闊。發展室溫高效催化HCHO完全轉化為CO₂和H₂O是推進催化氧化消除甲醛技術實際應用的關鍵。

當前廣泛應用于甲醛催化氧化的催化材料主要分為：非貴金屬催化劑和負載型貴金屬催化劑兩類。對于非貴金屬催化劑一般需要在較高溫度的條件下(＞100℃)才能實現甲醛的完全氧化；而負載型貴金屬催化劑通常表現出優異的低溫催化性能，在室溫下就能實現甲醛的完全氧化，展現出非常好的應用前景。其中，貴金屬鉑(Pt)具有優異的活性，被公認為最具代表性的甲醛催化氧化催化劑，但其過高的材料成本嚴重制約其實際應用。近年來，通過設計合成高活性、低成本的負載型貴金屬催化劑已成為發展甲醛催化氧化技術的主流趨勢。根據文獻報道，對于負載型貴金屬催化劑的改性主要集中在對催化劑的組分調制和結構優化上，常采用摻雜和復合及結構納米化、形貌控制和缺陷調變等改性策略來改善催化性能。但總體而言，貴金屬催化劑仍普遍存在甲醛催化氧化催化活性偏低、長期工作穩定性和耐濕性欠佳等缺點，因此發展先進的負載型貴金屬催化劑設計理念與可控合成方法仍是推進甲醛催化氧化技術實用化進程中亟待解決的關鍵問題。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑。本發明催化劑同時具有高貴金屬分散和富含氧空位，兼具高本征催化活性和豐富的活性位點，可在室溫條件下高效且穩定地催化甲醛氧化分解，綜合催化性能接近目前報道的最優負載型貴金屬催化劑。

本發明的另一目的在于提供上述基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑的制備方法。該方法原料易得、操作簡便、便于量產。

本發明的再一目的在于提供上述基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑在甲醛催化氧化中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑，由貴金屬活性相和金屬氧化物載體相組成，貴金屬活性相以細小納米顆粒形式彌散分布于金屬氧化物載體相表面。

優選地，所述貴金屬是指Pt、Pd、Au、Ir中的至少一種；所述金屬氧化物載體相為中空十八面體三氧化二鐵。

優選地，所述貴金屬活性相的顆粒尺寸為2～4nm；所述金屬氧化物載體相的顆粒尺寸為340～370nm。

上述基于載體形貌改性的負載型貴金屬催化劑的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將鐵鹽、氟化鈉和氨水加入到水中，超聲混合后水熱反應，反應完成后自然冷卻至室溫，將沉淀物洗滌、干燥，得到中空十八面體三氧化二鐵載體；