[发明专利]多元金属氧化物负载金催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

多元金属氧化物负载金催化剂及其制备方法。

背景技术

相比Pd和Pt贵金属催化剂，Au作为贵金属催化剂除了具有明显的价格和资源优势外，还具有良好低温催化活性以及抗氧和湿度增强效应，因而成为近年来催化领域研究的热点。负载金催化剂在低温CO催化氧化、NOx选择性催化还原和VOCs的催化氧化消除等反应中显示出优异的催化性能。然而，有关负载Au催化剂的稳定性还有待进一步提高。

负载Au催化剂获得高的稳定性、选择性、活性和抗毒性的基本条件是具有高分散的Au超微粒子以及Au和载体间存在某种协同作用。这些因素均与Au催化剂的制备方法和载体的选择密切相关。

目前，金属氧化物（包括金属氢氧化物）是最常用的Au催化剂的载体。根据金属氧化物载体性质的不同，主要可分为可还原型氧化物（如Fe₂O₃， CeO₂等）和不可还原型氧化物（如Al₂O₃，SiO₂等）。相比不可还原氧化物载体，可还原氧化物载体能与Au发生明显的相互作用，有利于Au粒子在载体表面的分散、稳定和活性发挥。Al₂O₃虽然不可还原，但作为一种工业上常用的具有高比表面积和较好稳定性的氧化物仍是负载Au催化剂重点研究的载体。为了改善单一Al₂O₃载体性能，常用的方法是向其中引入其他金属氧化物，特别是过渡金属氧化物（如CuOx，MnOx，FeOx，CrOx，NiOx，CoOx等）。由此形成的多元氧化物载体因与Au可产生更适宜的协同作用，常常较单一氧化物负载Au催化剂具有更优越的催化性能。

负载Au催化剂制备方法不同，会导致Au与载体之间相互作用不同，从而影响载体表面Au颗粒大小及其分散情况。常见的多元氧化物负载Au催化剂前驱体制备方法有：沉积沉淀法、共沉淀法、浸渍法、化学气相沉积法、机械混合法等。在这些方法中，由于焙烧前驱体大多是通过湿法混合物共沉淀而得到的，使得原料混合均匀性无法保证。而且在后续的焙烧过程中复相反应主要在界面间进行，从而使焙烧产物的组成和结构往往呈现非计量性和非均匀性，导致催化剂组成和结构的多变性，难以实现催化剂的可控制备。这就有可能影响Au与金属氧化物之间到的协同作用，引起纳米Au颗粒的长大和聚集，进而降低催化剂的稳定性。因此，改善催化剂制备方法，开发一种操作简单、成本低廉、结构可控、Au可稳定均匀分布的负载Au催化剂制备方法是十分必要的。

水滑石及类水滑石材料（LDHs），是一种潜在的催化剂前驱物和层状功能材

料。其化学通式为                                                ，其中M²⁺和M³⁺分别是层板二价和三价金属离子，如Ni²⁺，Fe²⁺，Co²⁺，Zn²⁺，Cu²⁺等二价金属阳离子和Cr³⁺，Fe³⁺，Al³⁺，Mo³⁺等三价金属阳离子，A为层间阴离子，可以是CO₃^2-或NO^3-，Cl^-，SO₄^2-，PO₄^3-，C₆H₄(COO)₂^2-等无机和有机离子以及络合离子，m为层间结合水数目。通过分解层状活性前驱体制备催化剂具有显著优势，如：能够以单一前驱体经分解或进一步还原完成，很好地控制产物的理想配比及结构形态，实现材料的可控制备；同时由于LDHs在焙烧过程中结构的变化具有拓扑效应，使得焙烧产物中各阳离子能够保持分子水平上的分布均匀性特征，这一特征会使阳离子扩散受限，从而能大幅度提高活性组分稳定性，避免活性组分烧结，控制粒子大小，改善组分协同性和催化剂活性。低温分解后，金属氧化物表面残留有均匀分布的羟基点阵，也利于负载金属组分高度均匀分散。

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