[发明专利]一种球状结构CexZr1‑xO2粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米材料制备技术领域。特别涉及一种球状结构Ce_xZr_1-xO₂粉体的制备方法，所制得的Ce_xZr_1-xO₂粉体可用作醇类水蒸气重整制氢催化剂载体，也可用作汽车尾气催化剂材料。

背景技术

人类进入21世纪就一直致力于洁净新能源研究与开发，其中氢能作为一种理想的清洁能源备受研究者关注。在目前众多的制氢方法中，有几种主流的制氢方式，主要有太阳能光催化制氢、生物制氢、等离子体制氢、电解水制氢、化学制氢等。然而，太阳能光催化制氢和生物制氢效率较低，等离子体制氢和电解水制氢能耗较高、价格昂贵，化学制氢多以不可再生的化石资源为原料，对环境污染较大，无法摆脱对化石能源的依赖。相比之下，乙醇（甲醇）水蒸气重整制氢以可再生资源为原料，制备乙醇的原料来源广，如木薯、淀粉等；综合而言，一方面，乙醇具有含氢量高、廉价、无毒、易储存、运输方便、来源广泛等优点；另一方面，乙醇水蒸气重整制氢解决燃料乙醇利用过程中因脱水提纯而带来的巨大能耗问题，而且可以通过水蒸气重整，将水中的氢元素释放出来，提高能量密度。从可持续发展与制氢效率角度考虑，乙醇水蒸气重整制氢具有前述几种制氢方法无可比拟的优势。ZrO₂-CeO₂固溶体是一种高效的乙醇重整制氢催化剂，也可作为搭载Ni、Co、Rh、Ir等活性金属的载体，其良好的储-释氧能力可消除积炭的生成，同时易于金属发生相互作用，有利于提高催化剂的稳定性。重要的是，ZrO₂在固溶体中可以促进催化剂的机械稳定性，因此，Ce_xZr_1-xO₂是一种催化活性与机械稳定性兼容的催化剂。

近期的研究表明，具有高比表面积及分散性良好的Ce_xZr_1-xO₂固溶体具有更好的催化性能。但是在目前报道的众多Ce_xZr_1-xO₂制备方法中，制备得到的Ce_xZr_1-xO₂粉体分散性不好，团聚较严重，团聚导致低的比表面积也就无法发挥Ce_xZr_1-xO₂材料本身良好的储-释氧能力，加之团聚体使材料本身的催化活性位点急剧减少，导致材料本身的催化能力下降。

发明内容

鉴于上述Ce_xZr_1-xO₂催化剂载体的制备技术缺陷，本发明的目的是提供一种低成本、高质量的球状结构Ce_xZr_1-xO₂粉体的制备方法，该制备方法不仅能让Ce_xZr_1-xO₂粉体分散均匀，而且制备的Ce_xZr_1-xO₂粉体拥有独特的球形结构，其良好的分散性使该粉体有大量的催化活性位点，球形结构能使粉体保持自身的结构稳定性，进而保证Ce_xZr_1-xO₂在乙醇水蒸气重整制氢过程中的催化稳定性。

本发明方法是采用溶剂热法，首先将反应混合液加入三口烧瓶中，将超声探头插入混合液中，控制溶液的搅拌速度、升温速率、反应温度、超声功率、反应时间得到的前驱浑浊液；随后将前述浑浊液转移至水热反应釜，控制反应温度和反应时间得到球状的Ce_xZr_1-xO₂固溶体粉末颗粒。

具体步骤为：

(1)量取20~80 mL去离子水加入三口烧瓶中，再将三口烧瓶移至磁力加热搅拌器上，向三口烧瓶中加入0.2~1 g聚乙烯吡咯烷酮、0.3~1g柠檬酸和0.1~0.7 g过硫酸钠，搅拌20~120分钟，然后加入2~8 mmol锆盐和2~8 mmol铈盐，再搅拌20~120分钟，最后加入氨水，制得pH值为4~9的混合溶液。