[发明专利]一种贵金属氧化物催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种高活性的贵金属氧化物催化剂的制备及其应用。该催化剂的活性组分为贵金属Ru、Ir、Rh的氧化物，载体为TiO₂或经TiO₂改性的SiO₂、Al₂O₃、SnO₂等廉价氧化物。本发明通过调变TiO₂的不同晶型组成，提高活性贵金属氧化物与TiO₂间的强相互作用，显著提高了贵金属氧化物的分散度，进而获得了在TiO₂或经TiO₂改性的廉价氧化物为载体上高分散的贵金属氧化物催化剂。本发明具有操作简单易行、便于工业生产、重复性极好等优点，所制备的贵金属氧化物颗粒的粒径较小、尺寸均一。本发明催化剂在N₂O分解反应中具有较低的起始反应温度，反应的稳定性高，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种以TiO₂或经TiO₂改性的廉价氧化物负载的纳米贵金属氧化物催化剂的制备方法，贵金属氧化物（氧化钌、氧化铱、氧化铑）为活性组分，并将其应用于氧化亚氮分解反应。

背景技术

氧化亚氮(N₂O)是一种主要的温室气体，对于人类赖以生存的环境造成了很大的破坏，因而寻求有效消除大气中的N₂O引起了科学家的极大关注；而且，N₂O可以作为一种新型的绿色推进剂，以其优越的性能，引起了航天领域的科学家们的极大兴趣。因此，在过去的几十年中，科学家做了大量的研究工作，直到现在，研发分解N₂O的高效催化剂仍然在环境保护和推进剂方面具有重要的意义。

贵金属（Ru、Rh、Ir）被公认为对N-O键解离的有效催化剂，因而成为寄予厚望的N₂O分解催化剂。然而，此类贵金属，尤其是Ru、Ir在氧化性气氛中容易氧化生成氧化物，继而发生聚集长大，而N₂O分解反应中又不可避免的有O₂产生，这极大限制了单质贵金属催化剂在N₂O分解的催化应用。已有大量文献报道，采用耐热材料、分子筛等稳定的晶体结构如钙钛矿、六铝酸盐、MCM-41等，但由于采用这些方法，使得大多数的作为活性物种的贵金属被包埋在这些材料中，极大降低了贵金属的利用效率，所得催化剂活性一般在高于400℃才能具有较好的催化活性。

此外，在N₂O分解反应中，反应的活性中心是金属态贵金属还是其氧化物，尚有争议。近来有研究表明，二氧化钛（TiO₂）担载的钌催化剂在HCl氧化制Cl₂的反应中具有较好的反应活性，作者归因于氧化钌能够均匀分散在TiO₂的表面，且TiO₂和氧化钌之间具有一定的相互作用。虽然本研究组报道过经H₂高温还原制得的Ir/TiO₂/Al₂O₃催化剂（CN201010522923.5），其活性组分为金属态Ir并且催化剂在温度低于250℃时没有任何活性。到目前为止，贵金属氧化物（氧化钌、氧化铱、氧化铑）作为活性组分，负载到以TiO₂或经TiO₂改性的廉价氧化物复合载体上应用于N₂O分解反应，尚未见报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，提供一种低温即具有活性、性能稳定的、以TiO₂或经TiO₂改性的廉价氧化物负载的纳米贵金属氧化物（氧化钌、氧化铱、氧化铑）催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：