[發明專利]一種用于低溫一氧化碳催化氧化的鈀基光熱協同催化劑的制備及應用

在審

• 申請號: 202110100624.0
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112916001A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 孫再成;董晨曦;曲丹;安麗
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01J35/00;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種用于低溫一氧化碳催化氧化的鈀基光熱協同催化劑的制備及應用，屬于環境保護和催化劑領域。該材料的制備方法包括CeO₂載體的制備以及氧化鈀和貴金屬鈀的負載。本發明中所得鈀/氧化鈀/CeO₂催化劑可以在光熱協同的條件下實現一氧化碳在較低的溫度區間的高效燃燒。其中，鈀/氧化鈀是反應活性中心，氧化鈀、CeO₂半導體性質使其具有很好的光吸收性能，在光照下產生光生電荷；通過電荷轉移，進一步活化鈀或氧化鈀，降低一氧化碳的活化能，提升該催化劑的反應活性，實現低溫的一氧化碳催化氧化。本發明的催化劑制備方法簡單，溫和可以實現大規模的生產，具有一定的實用價值。

技術領域

本發明涉及一種以CeO₂作為載體的鈀催化劑的制備方法及其光熱催化的應用。該制備方法包括CeO₂載體的制備以及鈀/氧化鈀的負載，本發明中所得到的鈀/氧化鈀/CeO₂催化劑能有效利用光，熱，具有光熱協同作用，實現低溫下一氧化碳催化氧化，屬于環境保護和催化劑領域。

背景技術

隨著經濟的不斷發展，汽車擁有量不斷提升，導致汽車尾氣大量排放，城市地區一氧化碳濃度已達到令人擔憂的水平。在工業上，燃料的燃燒，煤、石油生產過程，火力發電廠、鋼鐵廠、石油化工廠、水泥廠等排出的煙塵和廢氣都含有大量的一氧化碳氣體。一氧化碳是一種有毒有害氣體，無色無味，易與人體的血紅蛋白結合，使氧氣供應不足導致窒息死亡。一氧化碳的低溫(100℃)消除在許多方面都有重要的使用價值,在二氧化碳激光器中氣體的純化、一氧化碳氣體探測器材料、呼吸用氣體凈化裝置、煙草降害以及封閉體系(如：飛機，潛艇，航天器等)中微量一氧化碳的消除等方面都有重要的應用前景。另外在燃料電池研究中,通過低碳醇和烴類部分氧化或水蒸氣重整制得的富氫氣常含有約0.5-3％mol的一氧化碳，其存在不但會引起燃料電池電極中毒而且還會與氫氣競爭與氧的反應,從而導致燃料電池的效能大幅度降低,必須選擇性消除一氧化碳。因此實現一氧化碳較低溫度下氧化轉化已經成為催化研究的熱點問題之一。

熱催化通常在高溫下進行，能量消耗大，并且對于貴金屬負載型催化劑，在高溫下容易造成貴金屬的燒結，使催化活性下降。因此開發低溫高效一氧化碳脫除技術引起了人們廣泛關注并成為了一項重要的研究課題。

太陽能因其無污染、取之不盡用之不竭的特點而備受研究者們的關注。作為一種豐富的可再生能源，具有分布廣泛，儲量豐富，且易于開發等優勢。因此，太陽能向化學能的轉換被認為是解決全球能源和環境問題的重要手段之一，已在世界范圍內的科研界和工業界達成了共識。光催化在許多領域，如光催化產氫以及光降解有機物等方面都具有重要的應用。常見的光催化劑材料包括有機化合物，半導體材料，其中半導體材料是研究重點，當合適的光源(其能量與半導體的禁帶寬度相匹配或大于其禁帶寬度)照射到半導體材料上時，電子從價帶被激發到導帶上，形成電子空穴對(光生載流子)，然后一部分光生電子空穴對遷移到半導體材料表面與相應的氧化還原受體發生反應。而其余的光生電子或空穴則在半導體內部發生復合，以光或熱的形式釋放出能量。

由于地球上存在豐富的太陽能，將光和熱結合起來將會很大程度上提高太陽能的利用，并且節約能源，CeO₂由于其優異的光學性質，在污染物的降解，有機物的轉化方面CeO₂也是一種合適的光催化劑。本專利描述的一種鈀催化劑的制備方法，以半導體材料CeO₂為載體，鈀為活性中心，能夠在光熱條件下實現對一氧化碳的低溫高效轉化。

發明內容：

本發明提供了一種用于低溫一氧化碳催化氧化的鈀基光熱協同催化劑，解決了現有技術中一氧化碳催化氧化所需反應溫度高，消耗能源大的問題。

為解決上述問題，本發明的具體實施方法如下：