[发明专利]利用基于溶液的纳米颗粒涂覆工艺制造的抗烧结低成本催化剂

说明书

技术领域

本公开涉及在高温下抗烧结的催化剂以及用于制备在高温下抗烧结的催化剂的低成本方法。

背景技术

本部分提供涉及本发明的背景信息，却不一定是现有技术。

金属纳米颗粒可以成为在各种应用(例如，用于燃料、化学制品和药品的生产，以及用于来自汽车、工厂和发电厂的排放物控制)中使用的催化剂的活性部位的组成部分。由于金属纳米颗粒倾向于聚集，这会减小它们的表面区域并降低活性部位的可接近性，因此，它们经常耦接到载体材料。该载体在物理上使得金属纳米颗粒分离，以防止其聚集，并用来增加它们的表面区域并增强活性部位的可接近性。因而，催化剂系统通常包括一种或多种化合物；多孔催化剂载体材料；以及一种或多种可选的活化剂。

在连续使用之后，尤其是在升高的温度下，包括被载金属纳米颗粒的催化剂系统由于烧结而失去催化活性，例如在高温下发生的热失活。通过各种机理，烧结导致金属颗粒在载体上的尺寸分布的变化以及平均颗粒尺寸的增大；因此，减小了活性催化剂化合物的表面区域。例如，颗粒迁移和聚结属于烧结的一种形式，其中，金属纳米颗粒的颗粒移动或扩散穿过载体表面，或通过蒸汽相，并与另一纳米颗粒聚结，引起纳米颗粒增长。烧结的另一种形式是奥斯特瓦尔德熟化，其中自由能的差异以及集中在载体表面上的局部原子驱动移动物质的迁移。在烧结过程发生之后，催化剂活性可能减少。因此，催化剂系统经常负载足够量的被载金属纳米颗粒，以补偿随时间的催化剂活性的损失，并继续能够，例如，在经过长时间高温下操作后符合排放标准。

采用多种技术，以减少金属纳米颗粒催化剂的烧结。例如，金属与其他金属形成合金；通过，例如，原子层沉积，无定型涂层将金属纳米负载颗粒包裹，并且试图将稳固金属纳米颗粒锚定在载体上。然而，这些基于化学处理的技术导致有限的成效。相应地，仍然存在改善抗烧结催化剂的需求。

发明内容

本部分提供对本发明的总的概述，其不是对其所有范围或全部特征的全面公开。

本技术提供一种制备抗烧结催化剂系统的方法。催化剂系统可以包括至少一种催化剂活性材料和多孔载体。该方法包括使结合至载体上的颗粒与包括金属盐的溶液接触；将金属盐沉积在颗粒和载体上；并且煅烧金属盐，以生成在颗粒和载体上的金属氧化物的多孔涂层。

本技术也提供另一种制备抗烧结催化剂系统的方法。该方法包括将纳米颗粒催化剂结合至包括金属氧化物的载体上；将金属盐涂覆在纳米颗粒催化剂和载体的表面；并且，以大于或等于约120℃且小于或等于约180℃的温度，加热纳米颗粒催化剂、载体和金属盐，时间大于或等于约2分钟且小于或等于约60分钟，从而生成包括金属氧化物纳米颗粒的多孔涂层。多孔涂层设置在纳米颗粒催化剂和载体上。

而且，本技术提供一种抗烧结的催化剂系统。该催化剂系统包括结合至金属氧化物载体的铂族金属催化剂；以及设置在铂族金属催化剂和金属氧化物载体上的金属氧化物纳米颗粒涂层。在一些变型中，涂层的孔隙率大于或等于约20％且小于或等于约70％。涂层的平均孔径大于或等于约0.5nm且小于或等于约30nm，可选择地大于或等于约10nm且小于或等于约30nm，在其他变型中，其平局孔径大于或等于0.5nm且小于或等于约20nm，可选择地大于或等于约10nm且小于或等于约20nm。催化剂是抗烧结的。

从这里所提供的描述来看，其它区域的应用显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅以示意性为目的，而不旨在限定本发明的范围。

附图说明

这里的所描述的附图仅以对所选实施例以及并非所有的可行实现形式的示意性为目的，不旨在限制本发明的范围。

图1是根据本技术某些方面制备的抗烧结催化剂系统的示意图。

图2是图1的一部分的分解图，示出了结合至金属氧化物载体的金属纳米颗粒催化剂以及设置在金属纳米颗粒催化剂和金属氧化物载体上的多孔涂层；以及

图3是示出了分散测试结果的图表。

在所有的附图中，相应的附图标记指代相应的部件。

具体实施方式

提供这些实施例，以使得本发明将是详尽且完整的且将把本发明的范围充分地传达给所属领域的技术人员。阐述了许多特定细节，诸如特定组分、成分、装置和方法的实例，以便提供本发明的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员明显的是，不需要使用具体细节，示例性实施例可以以不同形式而实现，并且这些形式都不应理解为对发明范围的限制。在一些示例性实施例中，不会详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。