[發明專利]一種含鑭系元素單質或化合物的鉑基催化劑

在審

• 申請號: 202010435137.5
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111659386A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 王玲鈺;歐陽應根;肖松濤
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01J23/89;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;周敏毅

本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種含鑭系元素單質或化合物的鉑基催化劑。所述的鉑基催化劑包含催化活性物質與催化輔助物質，所述的催化活性物質包含金屬鉑，所述的催化輔助物質包含助催化劑，所述的助催化劑包含鑭系元素單一同位素鈰?144、釤?151、釓?153或鋱?157的單質或化合物中的一種或幾種。本發明的含鑭系元素單質或化合物的鉑基催化劑具有更好的催化性能與穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種含鑭系元素單質或化合物的鉑基催化劑。

背景技術

催化劑材料與催化技術是當今化學工業發展的基礎性、關鍵性的材料和技術之一。現代工業中，利用催化技術所產生的產值已占國民經濟總產值的約30％。

貴金屬Pt外層電子排布是5d⁸6s²，其次外層共8個d電子，軌道未被填滿。且由于能級中含有未成對電子，故Pt在物理性質中能夠表現出較強的鐵磁性或順磁性；而在化學吸附的過程中，Pt的這些d電子能夠與被吸附物中的p電子或s電子配對，發生化學吸附，生成中間產物，從而使被吸附的分子活化。

現代工業中，鉑催化劑主要用于無機化工、石油精煉、有機化工、C1化工、精細化工、汽車尾氣和工業氣體的凈化治理，以及燃料電池與傳感器等領域，因而在工業催化、環境保護和綠色能源技術方面有著非常重要的地位，并顯示了廣闊的應用前景。

但純Pt作為催化劑有3個主要的缺點，即利用率低、抗中毒能力低以及價格高昂。針對這些缺點，世界范圍內大量的研究致力于開發高活性鉑催化劑和降低鉑催化劑用量，以提高Pt催化劑的催化活性、選擇性，并延長其壽命。

關于Pt催化劑，目前主要的研究方向有：

1、一元Pt基催化劑

一元Pt基催化劑的研究方向集中在尋找具有優良性能的催化劑載體及改變Pt顆粒的大小、表面狀態。例如Zhu等采用功能化多壁碳納米管分散在聚苯胺中作為載體，合成了Pt/MWCNT/PAN分散性良好的催化劑。研究結果表明，與單純聚苯胺為載體催化劑相比，該催化劑表現出較高的催化活性。又如Wu等制備了“殼核”結構的納米碳材料，以炭黑顆粒為“核”負載，以型摻雜的石墨層為“殼”，這種催化劑具有較高的催化活性。又如Zhang等通過無模板電沉積法制備了形貌新穎的納米花，其形貌具有多孔性，能夠提供更大的活性中心。

2、二元Pt基催化劑

在純Pt催化劑中加入第二種易吸附含氧物質的金屬，制備合金型催化劑，將提高催化劑的抗中毒性，進而大大提高催化劑的性能。目前研究較多且催化效果較好的Pt基二元催化劑有PtRu、PtPd、PtSn、PtAu、PtNi、PtCo和金屬氧化物(Pt+MO_x，其中M＝Ti、W、Zr、Ce、Ta)等復合催化劑。

3、多元Pt基催化劑

研究者嘗試通過添加第三種甚至第四種金屬對Pt基合金改進，從而提高其催化活性。例如Park等研究了Pt/Ni、Pt/Ru/Ni納米催化劑在甲醇氧化過程中的電子效應與化學效應。又如Jeon等人合成了PtCoCr三元催化劑，其實驗結果表明Pt₃₀Co₃₀Cr₄₀對甲醇電氧化性、穩定性及催化效果十分良好，是非常優異的甲醇電氧化催化劑。

綜上所述，雖然在貴金屬Pt催化領域科學家們已經開展了多項工作，但不同方法各有優劣。且這些Pt催化材料工業化的應用仍面臨著很多挑戰，比如大規模可控的合成方法、催化材料的穩定性、金屬負載量的精確調控、催化劑抗中毒能力，以及如何更好地將金屬材料先進的制備方法同碳負載材料有力的結合起來等等。因此，對貴金屬Pt催化開發新的思路迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的是提供一種含鑭系元素單質或化合物的鉑基催化劑，以能夠具有更好的催化性能與穩定性。