[发明专利]一种纳米复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种纳米复合催化剂及其制备方法。

背景技术

催化剂在化工生产过程中有着非常广泛的应用，如：燃料、高温润滑剂、聚合物、橡胶和药物等合成过程中催化剂是必不可少的。在汽车尾气等污染物消除等环保领域中，催化剂也发挥着巨大的作用。纳米催化是近几年来在催化领域发展迅速的一个分支，与传统催化相比，纳米催化由于可以改变活性组分及载体的组成，特别是催化剂的尺寸和形貌，进而可以大幅度改善催化剂的活性与选择性。已有的纳米催化剂的制备方法：一般包括两部分，首先纳米粒子即活性组分的合成，然后将纳米粒子负载在载体上。众所周知，大部分纳米粒子的合成过程中，会引入表面活性剂作为保护剂以限制纳米粒子的长大，但这些表面活性剂会吸附在纳米粒子的表面，不易除去。只有在极少数的例子中，残留的表面活性剂对反应活性没有影响或有促进作用，绝大多数的表面活性剂会覆盖掉催化剂的活性位，甚至使催化剂中毒。能有效除去纳米粒子表面的保护剂又能保证活性不受影响的方法很少，已证明最有效的方法是热处理，而热处理会导致纳米粒子因烧结长大，进而改变其大小和形貌，最终导致活性的下降。除此之外，等离子体处理，紫外线辐射，臭氧处理等方法也可用于除去纳米粒子上的表面活性剂，但是这些特殊方法通常仅限于实验室规模，不易大规模应用。并且用现有方法制备的负载型纳米复合氧化物催化剂，其复合程度是由随机的复合几率决定的，纳米复合程度较低，通常通过后处理增加复合程度，但这都会在一定程度上降低催化剂的效率和增加工艺成本。

中国专利CN200910249944.1公开了一种采用纳米级CuO、ZnO、La₂O₃、Ce₂O₃中的一种或几种与纳米级Al₂O₃混合而成得催化剂，可用于甲醇水蒸气制氢，大大提高了甲醇的转化率和二氧化碳的选择性。但是该催化剂尺寸较大，纳米复合程度低。中国专利CN201010297748.4公开了一种Ir及Ir-Pt合金纳米催化剂的制备方法，得到一种高分散性、高负载量的纳米Ir/C或Ir-Pt/C催化剂。由于合成过程中所用的保护剂PVP未除去，影响了催化剂的活性。中国专利CN201010543066.7公开了一种无溶剂微波辅助热解法制备负载型贵金属纳米催化剂的方法，该方法具有工艺简单，无溶剂，过程能耗低等优点，制备的催化剂中Ru、Rh、Re、Pd和Pt等粒子均匀分布在载体外表面，提高了贵金属粒子的利用率，有效降低催化剂成本，具有潜在的工业应用价值。但是这种方法在制备纳米合金及纳米复合氧化物催化剂方面存在一定的局限性。

发明内容

本发明为了解决现有负载型纳米复合氧化物催化剂纳米复合程度低，催化性能差的问题，提供了一种纳米复合催化剂及其制备方法。

一种纳米复合催化剂，该纳米复合催化剂是首先通过还原复合氧化物晶格或晶格中掺杂的第一类金属离子，得到含有第一类金属的纳米金属颗粒，然后通过伽凡尼取代反应将第二类金属引入到第一类金属表面而得到的；

所述的第一类金属为Co、Ni、Cu、Bi中的一种或几种，第二类金属为Ag、Au、Ru、Pt、Rh、Pd中的一种或几种；优选第一类金属为Co、Ni、Cu中的一种或几种，第二类金属为Pt、Pd中的一种或两种。

一种纳米复合催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：制备含有第一类金属的复合氧化物；

步骤二：将步骤一中制备的复合氧化物放入容器中，加入还原剂，在还原气氛中还原复合氧化物晶格或晶格中掺杂的第一类金属离子，得到含有第一类金属的纳米金属颗粒；

步骤三：将还原后的纳米金属颗粒浸泡入含第二类金属离子的盐溶液中，制得纳米复合催化剂；

所述的第一类金属为Co、Ni、Cu、Bi中的一种或几种，第二类金属为Ag、Au、Ru、Pt、Rh、Pd中的一种或几种；

所述步骤一中的复合氧化物为化学计量或非化学计量的具有尖晶石、钙钛矿、六铝酸盐、水滑石、烧绿石结构的复合氧化物，包括负载型的和非负载型的复合氧化物；

所述步骤二中的还原剂为氢或氨；

所述步骤二中的还原温度为500℃-1000℃，还原时间为0.5h-1h；

所述步骤三中的浸泡时间为0.5h-24h。

本发明的有益效果：

(1)通过调节第一类金属离子浓度、还原时间、第二类金属离子溶液浓度及浸泡时间，可以制备组成可控，粒径可控的纳米合金；