[发明专利]用于一氧化碳优先氧化催化剂Au/MnOx-CeO2及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及CO优先氧化催化剂的制备技术，特别是一种高活性的用于一氧化碳优先 氧化催化剂Au/MnO_x-CeO₂及其制备方法。

背景技术

近年来，为了缓解日益紧张的能源需求，推动以高纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池 (PEMFCs)的发展，有必要消除水蒸汽重整制氢过程中产生的少量CO至10ppm以下。 因此，开发富氢条件下有较高CO氧化活性和选择性的高效催化剂具有重要的理论意义和 应用前景。纳米Au由于具有优异的CO氧化活性、以及良好的抗水性、稳定性和湿度增 强效应被用作CO优先氧化(PROX)催化剂的活性组分，具有良好储存/释放O₂能力的 CeO₂作为分散活性组分的载体，与有助于形成组分间协同催化效应的过渡金属氧化物 MnO_x一起构成催化剂。但是传统沉积-沉淀方法制得的催化剂PROX活性不高，对CO的 选择性相对较低。因此，改善催化剂的制备方法，以此提高催化剂的PROX性能是十分必 要的。

发明内容

本发明目的是提供一种用于一氧化碳优先氧化催化剂Au/MnO_x-CeO₂及其制备方法。 将活性组分在沉积-沉淀过程中均匀分散在MnO_x-CeO₂载体表面，避免了传统沉积-沉淀法 制备催化剂时Au颗粒在沉积沉淀中产生的富集现象，焙烧不易发生Au粒子的烧结团聚， 使PROX催化活性和热稳定性较传统沉积-沉淀法制得的催化剂都得到较大幅度提高，能 更好地满足质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中将CO浓度降低至10ppm以下的要求。本 发明制备方法过程简单。

本发明提供的用于一氧化碳优先氧化催化剂Au/MnO_x-CeO₂是以Au为活性成分，复 合氧化物MnO_x-CeO₂为载体组成，复合氧化物载体与Au质量比为100∶0.5～5.0，复合氧 化物MnO_x与CeO₂的含量按Ce/Mn摩尔比为1∶1计，x＝1.5和2。催化剂比表面积104～118 m²/g。

本发明提供的用于一氧化碳优先氧化催化剂Au/MnO_x-CeO₂的制备方法包括以下步 骤：

1)按计量将Ce与Mn的前驱体化合物硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)和醋酸锰 (Mn(CH₃COO)₂·4H₂O)分别加水溶解得到载体前驱体溶液，氯金酸(HAuCl₄·4H₂O)加 水溶解得到活性组分Au的前驱体溶液。

2)向载体前躯体溶液中加入沉淀剂Na₂CO₃使之沉淀，pH＝10.5，沉淀液于50℃下保 温放置老化2h，过滤，沉淀物于120℃干燥12h，再以5℃/min的速率程序升温升至400℃， 焙烧4h，冷却至室温，得到复合氧化物载体。

3)将步骤2)得到的载体复合氧化物置于水中超声分散溶解得载体溶液，活性组分 Au的前驱体溶液加入到该载体溶液中(Au的负载量为0.5～5.0wt％)，混合均匀，加入 NaOH溶液，pH＝6～11，在70℃温度下沉淀，并于70℃下保温老化2h，过滤出沉淀，沉 淀物于80℃恒温干燥12h，再以2℃/min的速率程序升温升至150～350℃温度下焙烧3h， 冷却至室温，得到Au/MnO_x-CeO₂复合氧化物负载金催化剂。

步骤1)所述的Ce和Mn的摩尔浓度均为0.062mol/L。所述的Au质量浓度为1.30g/L。

步骤2)所述的Na₂CO₃溶液浓度为0.5M。程序升温速率为5℃/min。

步骤3)所述的NaOH溶液浓度为0.25M。程序升温速率为2℃/min。超声条件：功 率为100W、频率为40KHz，超声时间为2～30分钟。