[發(fā)明專(zhuān)利]一種含人造錒系元素單質(zhì)或化合物的鉑基催化劑

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010435609.7
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111659391A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王玲鈺;歐陽(yáng)應(yīng)根;肖松濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)原子能科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/63
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/63;B01J23/89;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 北京天悅專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;周敏毅

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含人造錒系元素單質(zhì)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(zhì)與催化輔助物質(zhì)，所述的催化活性物質(zhì)包含金屬鉑，所述的催化輔助物質(zhì)包含助催化劑，所述的助催化劑包含人造錒系元素鋦或镅的單質(zhì)或化合物中的一種或幾種。本發(fā)明的含人造錒系元素單質(zhì)或化合物的鉑基催化劑具有更好的催化性能與穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含人造錒系元素單質(zhì)或化合物的鉑基催化劑。

背景技術(shù)

催化劑材料與催化技術(shù)是當(dāng)今化學(xué)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的材料和技術(shù)之一。現(xiàn)代工業(yè)中，利用催化技術(shù)所產(chǎn)生的產(chǎn)值已占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的約30％。

貴金屬Pt外層電子排布是5d⁸6s²，其次外層共8個(gè)d電子，軌道未被填滿(mǎn)。且由于能級(jí)中含有未成對(duì)電子，故Pt在物理性質(zhì)中能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的鐵磁性或順磁性；而在化學(xué)吸附的過(guò)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(duì)，發(fā)生化學(xué)吸附，生成中間產(chǎn)物，從而使被吸附的分子活化。

現(xiàn)代工業(yè)中，鉑催化劑主要用于無(wú)機(jī)化工、石油精煉、有機(jī)化工、C1化工、精細(xì)化工、汽車(chē)尾氣和工業(yè)氣體的凈化治理，以及燃料電池與傳感器等領(lǐng)域，因而在工業(yè)催化、環(huán)境保護(hù)和綠色能源技術(shù)方面有著非常重要的地位，并顯示了廣闊的應(yīng)用前景。

但純Pt作為催化劑有3個(gè)主要的缺點(diǎn)，即利用率低、抗中毒能力低以及價(jià)格高昂。針對(duì)這些缺點(diǎn)，世界范圍內(nèi)大量的研究致力于開(kāi)發(fā)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(zhǎng)其壽命。

關(guān)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(yōu)良性能的催化劑載體及改變Pt顆粒的大小、表面狀態(tài)。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(jié)果表明，與單純聚苯胺為載體催化劑相比，該催化劑表現(xiàn)出較高的催化活性。又如Wu等制備了“殼核”結(jié)構(gòu)的納米碳材料，以炭黑顆粒為“核”負(fù)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(guò)無(wú)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(zhì)的金屬，制備合金型催化劑，將提高催化劑的抗中毒性，進(jìn)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(fù)合催化劑。

3、多元Pt基催化劑

研究者嘗試通過(guò)添加第三種甚至第四種金屬對(duì)Pt基合金改進(jìn)，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(guò)程中的電子效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)。又如Jeon等人合成了PtCoCr三元催化劑，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Pt₃₀Co₃₀Cr₄₀對(duì)甲醇電氧化性、穩(wěn)定性及催化效果十分良好，是非常優(yōu)異的甲醇電氧化催化劑。

綜上所述，雖然在貴金屬Pt催化領(lǐng)域科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)展了多項(xiàng)工作，但不同方法各有優(yōu)劣。且這些Pt催化材料工業(yè)化的應(yīng)用仍面臨著很多挑戰(zhàn)，比如大規(guī)模可控的合成方法、催化材料的穩(wěn)定性、金屬負(fù)載量的精確調(diào)控、催化劑抗中毒能力，以及如何更好地將金屬材料先進(jìn)的制備方法同碳負(fù)載材料有力的結(jié)合起來(lái)等等。因此，對(duì)貴金屬Pt催化開(kāi)發(fā)新的思路迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種含人造錒系元素單質(zhì)或化合物的鉑基催化劑，以能夠具有更好的催化性能與穩(wěn)定性。