[发明专利]一种暴露高活性{110}晶面纳米钯负载型催化剂的制备方法

说明书

一种暴露高活性{110}晶面纳米Pd负载型催化剂的制备方法，属于纳米催化剂技术领域。将一定量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)置于反应瓶中，加入葡萄糖溶液，在30～180℃油浴中回流搅拌10min后，将Na₂PdCl₄溶液加入反应体系中，继续反应6～30h，然后用丙酮和乙醇交替洗涤，得到暴露高活性{1 1 0}晶面的Pd纳米粒子。然后将钯纳米粒子负载在CeO₂上。所得催化剂具有较小的纳米尺寸、较大的比表面积、较多的活性位点。

技术领域

本发明涉及一种利用液相化学还原法得到暴露高活性{1 1 0}晶面的Pd纳米粒子负载型催化剂的制备方法，属于纳米催化剂，特别是汽车尾气催化剂的技术领域。

背景技术

目前，贵金属纳米材料由于其优越的化学、光学、电学和磁学性能受到人们的广泛关注。作为贵金属的一员，Pd纳米粒子由于其良好的储氢、传感、催化性能，而被广泛应用于化工、石油炼制、环境保护等工业催化领域，特别是作为三效催化剂用于汽车尾气净化处理领域。大量研究成果证实贵金属纳米材料的性能及应用不仅与其晶体结构、比表面积、尺寸大小有关，而且与材料暴露的晶面密切相关。各晶面的表面能顺序为：高指数晶面>>{1 10}>>{1 0 0}>{1 1 1}，晶面的表面能越高，越容易与反应物分子相互作用，打断化学键成为催化活性中心，因此，制备高表面能晶面的Pd纳米粒子催化剂是提高催化反应活性的有效途径。但是纳米材料所暴露的晶面趋向于表面能较低、生长速度较慢的晶面，所以制备出的Pd纳米粒子大多数为表面能较低的{1 0 0}晶面围成的立方体、{1 1 1}晶面围成的八面体，以及{1 0 0}和{1 1 1}共同围成的多面体，对于制备表面能较高的{1 1 0}晶面的纳米钯难度较大，研究也相对较少，尤其是在汽车尾气催化剂技术领域，目前还未见相关报道。

近年来，郑南峰课题组(Huang,X.et al,J.Am.Chem.Soc.2009,131,13916–13917)利用苯甲醇做溶剂通过水热反应合成了包含{1 1 1}和{1 1 0}两种晶面的用于电催化氧化甲酸反应的凹四面体Pd纳米催化剂，郑课题组研究发现得到{1 1 0}晶面比例越大，甲酸电催化氧化性能越好。但是，该报道中钯的制备方法较为复杂，所选用的反应溶剂-苯甲醇存在毒性高、污染环境等缺点，而且得到的Pd纳米粒子尺寸在40nm以上，致使其比表面积较小，暴露的活性位点较少，钯粒子利用率低，不能达到贵金属减量的效果。后来，徐国宝等人(Niu,W.et al,ACS Nano 2010,4,1987–1996)利用环境较为友好的试剂作为前驱体，通过调控温度和封端剂浓度等反应条件，制备了一系列不同形貌的Pd纳米粒子，从中发现了{11 0}晶面围成的菱形十二面体Pd纳米晶，对{1 1 0}晶面的Pd纳米催化剂的制备起到重要启示作用，但该方法得到的Pd纳米粒子尺寸仍然较大，高达100nm以上，限制了Pd催化活性的体现。因此，寻找一种操作简单、无毒性、无污染的反应体系，制备暴露高活性{1 1 0}晶面且具有较小纳米尺寸的纳米Pd催化剂是提高纳米催化剂，特别是提高汽车尾气催化剂催化活性的重要手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种操作简单、无毒性、无污染的反应体系，制备暴露高活性{1 1 0}晶面，且粒子尺寸小于20nm的Pd纳米粒子的制备方法，并将该方法制备的Pd纳米粒子制成负载型三效催化剂，用于汽车尾气催化净化反应。

本发明的技术方案是：一种暴露高活性{110}晶面Pd纳米粒子的制备方法，将一定量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)置于反应瓶中，加入葡萄糖溶液，在30～180℃油浴中回流搅拌10min后，将Na₂PdCl₄溶液加入反应体系中，继续反应6～30h，然后用丙酮和乙醇交替洗涤，得到暴露高活性{1 1 0}晶面的Pd纳米粒子。

上述优选：每0.0405g聚乙烯吡咯烷酮对应浓度为0.01～0.25M的葡萄糖溶液10ml、7.3mM Na₂PdCl₄溶液10ml。