[发明专利]一种具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂领域，特别提供了一种具有高温抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，负载型金铂钯三金属纳米催化剂以其多金属元素间的协同作用而具有独特的催化和光学、电学、磁学性能而备受重视。由于合金中金、铂、钯元素间的协同作用，负载型金铂钯三金属纳米催化剂体现出比单金属和双金属优良的性能。然而，在高温（≥700℃）反应下金属纳米颗粒极容易烧结长大，还伴随着相分离过程。此处烧结现象是指纳米颗粒在高温下出现颗粒迁移聚集,变为较大颗粒（Phys. Chem. Chem. Phys.,12，2010，13499-13510）。而相分离过程是指单相的金铂钯合金颗粒在烧结现象中出现原子迁移，转变为富金和富铂的两相颗粒,钯则分散在两相颗粒中（Chem. Mater.,22,2010,4282-4294.）。上述的烧结现象导致负载型三金属合金纳米颗粒结构无法保持，进而失去催化活性，极大地限制了其应用。提高负载型金铂钯三金属纳米催化剂高温下（≥700℃）的抗烧结性能是研究的难题，目前未见金铂钯催化剂能在高温（≥700℃）抗烧结的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂，所述的抗烧结性是指在高温（≥700℃）焙烧下保持金铂钯纳米颗粒尺寸和合金结构的稳定。

申请人在研究中发现，通过精确调控金铂钯三金属体系下不同金属的含量组成、并控制金铂钯合金纳米颗粒结构的尺寸（≤10nm），能使负载型金铂钯催化剂在高温（≥700℃）下的抗烧结性显著提高，制得具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂。

本发明采用如下的技术方案：

一种具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂，其特征在于，所述的催化剂由金铂钯合金纳米颗粒负载在多孔载体上组成，所述金铂钯合金纳米颗粒中铂与钯的重量比为1:4～2:1，所述的金铂钯合金纳米颗粒的尺寸为10nm以下。

其中，所述催化剂中的金铂钯合金纳米颗粒在700℃以上焙烧温度下保持均一的合金结构，所述均一的合金结构的尺寸为10nm以下，所述的每个均一的合金结构中金、铂、钯三种金属分布均匀、结构稳定，所述的三种金属均为金属价态，形成单相合金结构。

本发明所述的多孔载体均匀负载着尺寸为10nm以下的金铂钯合金纳米颗粒。在制备过程中，经过700℃以上高温焙烧，金铂钯核壳结构变为合金结构，每个金铂钯合金纳米颗粒中金、铂、钯三种金属分布均匀、结构稳定，尺寸均在10nm以下，形成单相合金结构，没有相分离为富金和富铂两相的现象出现。

本发明所述的金铂钯合金纳米颗粒中铂与钯的重量比为1:4～2:1，在这个范围内，金铂钯纳米颗粒在700℃以上焙烧温度下保持均一的合金结构，如图6所示，金铂钯三种元素信号在单个金铂钯纳米颗粒中完全均匀分布，而在这个组成范围外的金铂钯纳米颗粒，则会出现在700℃以上焙烧温度下无法抗烧结和相分离为两相结构的现象，如图8所示。通过精确调控三金属体系下不同金属的含量组成，并控制金铂钯合金纳米颗粒结构的尺寸（≤10nm），能使负载型金铂钯催化剂在高温下的抗烧结性显著提高。

进一步地，所述的金铂钯合金纳米颗粒中含有0.58～6.5wt%的金，0.07～2.8wt%的铂，0.14～2.8wt%的钯。

进一步地，本发明所述的催化剂在700℃～900℃焙烧温度下保持均一的合金结构。

多孔载体在限制高温焙烧中的颗粒迁移中起到重要作用，载体与金铂钯合金纳米颗粒协同作用，共同提高金铂钯催化剂的抗烧结性。

进一步地，本发明所述的多孔载体为介孔二氧化钛；更进一步地，所述介孔二氧化钛的比表面积大于400m²/g，并具有有序孔道结构，孔尺寸大于25nm。这种大比表面积和有序的孔道结构有利于金铂钯三金属的负载，将纳米颗粒固定在介孔孔道中，减少纳米颗粒之间的颗粒迁移，进而抑制纳米颗粒的长大，实现抗烧结的效果。

本发明还提供所述的具有抗烧结性能负载型金铂钯催化剂的制备方法，具体合成步骤如下：

1）、合成具有三维孔空穴结构的多孔载体；

2）、通过一步共同光沉积法将尺寸为10nm以下的金铂钯三金属纳米颗粒高度分散在多孔载体的孔道内，制得催化剂前体，所述金铂钯三金属纳米颗粒中铂与钯的重量比为1:4～2:1；

3）、将步骤2）制得的催化剂前体在700℃以上高温焙烧，制得具有抗烧结性能的负载型金铂钯催化剂。