[发明专利]二氧化铈负载高分散纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种二氧化铈负载高分散纳米催化剂的制备方法。

背景技术

二氧化铈(CeO₂)具有优异的储放氧性能，在氧化反应中得到广泛应用，比如Pd/CeO₂催化剂就被广泛应用在机动车尾气催化净化技术中，用于低碳烃类燃烧反应，即DOC催化剂；又比如Cu/CeO₂催化剂常被用作质子交换膜燃料电池中富氢条件下催化氧化微量一氧化碳，即CO-PROX催化剂。

众所周知，提高负载型纳米催化剂中活性位金属分散度有利于提高催化活性，同时可减少贵金属催化剂的用量，降低成本。目前制备高金属分散度，甚至单原子型的负载型催化剂主要有以下几类方法，一类是采用原子层沉积技术(ALD)，这是一种可以将目标金属以单原子膜形式一层一层的镀在基底(催化剂载体)表面的方法，通过控制沉积层数，来控制金属的负载量和分散度；一类是通过有机配体的方式，利用有机配体的强络合能力，与金属离子形成强相互作用，形成一种有机金属络合物，然后在高温分解有机配体形成单原子或核壳型结构等具有高金属分散度的催化剂；还有一类是通过金属离子与载体之间的强相互作用(SMSI)，制备高分散型催化剂，这种强相互作用下金属与载体之间会发生电子转移而成键，比如常见的M/CeO₂、M/TiO₂等负载型催化剂。其中对于CeO₂负载型催化剂，金属离子主要与CeO₂中表面Ce³⁺，即表面氧空位，发生电子转移，产生较强的相互作用。因此理论上来说，提高CeO₂载体中表面氧空位浓度可以促进金属离子的分散，但CeO₂表面氧空位极易在空气中吸附氧气而被氧化、消失。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种在无氧条件下利用还原的二氧化铈负载金属催化剂的制备方法，该方法制备的二氧化铈负载型纳米催化剂的分散度较高。

本发明提供了一种二氧化铈负载高分散纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1)将二氧化铈与还原性气体加热进行反应，然后在惰性气氛中冷却至室温，得到还原的二氧化铈；

S2)在无氧条件下，将金属盐类前驱体溶液与所述还原的二氧化铈混合，静置，干燥后进行焙烧，得到二氧化铈负载高分散纳米催化剂。

优选的，所述步骤S1)中反应的温度优选为200℃～700℃；所述反应的时间优选为1～4h。

优选的，所述加热的速率优选为1～10℃/min。

优选的，所述步骤S1)具体为：

将二氧化铈在通入惰性气体的条件下加热至反应温度，然后再通入还原性气体进行反应，再在惰性气氛中冷却至室温，得到还原的二氧化铈。

优选的，所述惰性气体的流速为20～100mL/min；所述还原气体的流速为20～100mL/min。

优选的，所述惰性气体选自氩气、氦气与氮气中的一种或多种；所述还原性气体选自氢气、一氧化碳与低碳烃类中的一种或多种。

优选的，所述静置的时间10～30h。

优选的，所述焙烧的温度300℃～600℃；所述焙烧的时间为2～6h；所述焙烧的升温速率为1～10℃/min。

优选的，所述焙烧在空气、惰性气体或还原性气体中进行。

优选的，所述空气、惰性气体或还原气体的流速为20～100mL/min。

本发明提供了一种二氧化铈负载高分散纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1)将二氧化铈与还原性气体加热进行反应，然后在惰性气体中冷却至室温，得到还原的二氧化铈；S2)在无氧条件下，将金属盐类前驱体溶液与所述还原的二氧化铈混合，静置，干燥后进行焙烧，得到二氧化铈负载高分散纳米催化剂。与现有技术相比，本发明利用还原性气体还原二氧化铈，制造表面氧空位，并在无氧环境下保护氧空位，再利用金属离子与氧空位强相互作用制备出高分散度的二氧化铈负载型纳米催化剂；同时通过控制载体二氧化铈的还原程度，获得高分散度的二氧化铈负载型纳米催化剂，提升催化性能；再者，本发明制备方法简单，重复性好，成本较低，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中新鲜二氧化铈粉末样片的照片；

图2为本发明实施例1中得到的300℃还原的二氧化铈纳米颗粒的照片；

图3为本发明实施例2中得到的400℃还原的二氧化铈纳米颗粒的照片；