[发明专利]一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂及其制备方法，该催化剂是由载体、活性组分、包覆壳层构成，所述载体为TiO₂或CeO₂纳米颗粒；所述活性组分为贵金属Au、Pt或Pd纳米颗粒；所述活性组分负载在载体表面；在载体纳米颗粒表面和活性组分贵金属纳米颗粒周围，包覆有包覆壳层，所述包覆壳层是SiO₂壳层。本发明方法简单、条件温和、周期较短，适合大规模合成，对环境影响小。

技术领域

本发明涉及一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

一氧化碳(CO)是常见的大气污染物之一，主要来源于化石燃料燃烧、工业废气及汽车尾气等。消除CO的方法有多种，其中，催化氧化法是在催化剂作用下将CO氧化生成无污染的二氧化碳(CO₂)。这种转化方式兼具操作温度低和转化效率高两大优点，对环境影响小，不仅可以用于环境保护，还广泛涉及能源、防护、工业等领域，成为CO最重要的消除方法。负载型贵金属催化剂(包括金、银和铂系金属)具有较高的CO催化氧化活性，但贵金属颗粒的表面能较高，在反应过程中极易发生团聚造成活性下降，该现象在高温下尤为明显，难以维持良好的催化稳定性。因此，寻找合适的方法提高负载型贵金属催化剂的耐高温烧结能力，成为提高其稳定性和使用性能的关键。

提高负载型贵金属催化剂耐高温烧结能力的方法主要分为两大类。一类是物理方法，也就是利用介孔碳、沸石分子筛等载体的特殊形貌，将贵金属颗粒限制在孔道中，阻碍其高温下的迁移和团聚，因此也称为孔道限域效应。Laursen等将Au纳米颗粒分散到非晶态SiO₂中，然后通过结晶化将非晶态SiO₂转化为沸石相，实现了沸石分子筛对Au纳米颗粒的限制作用(Anders B.Laursen et al.Angew.Chem.Int.Ed.2010,122,3582-3585.)。此类方法对载体的要求较高，不具备普适性。另一类是化学方法，也就是利用金属-载体间的强相互作用，甚至是载体对金属颗粒的半包覆作用来提高贵金属颗粒的耐高温烧结能力。Tang等使用羟基磷灰石复合二氧化钛作为载体制备Au催化剂，利用羟基磷灰石对Au的半包覆作用制备了高稳定的负载型Au催化剂(Hailian Tang et al.Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,1-7)。此类方法普适性较高，但是仅靠金属-载体强相互作用难以形成较长时间的耐高温烧结能力，而半包覆作用会对催化剂的活性带来不可避免的影响。综上所述，以往的研究成果难以制备兼具高活性和耐高温烧结能力的负载型贵金属催化剂，尤其是在CO催化氧化反应中，催化剂的使用性能需要进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂及其制备方法，该催化剂在CO催化氧化反应中兼具高活性和耐高温烧结能力，其制备方法简单、条件温和、周期较短，适合大规模合成，且该方法具有普适性，可广泛应用于多种负载型贵金属催化剂的制备。该催化剂在500℃焙烧后仍能保持良好的催化氧化活性，常温下即可实现CO完全转化，显示了良好的耐高温烧结能力。

本发明的具体技术方案是：一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂，由载体、活性组分、包覆壳层构成，其中载体为TiO₂或CeO₂纳米颗粒，活性组分为贵金属(Au、Pt、Pd)，并且在TiO₂表面，贵金属周围选择性包覆一层SiO₂，该壳层起到对贵金属颗粒的限制和保护作用。

本发明的目的在于提供一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂，所述载体为TiO₂或CeO₂纳米颗粒，粒径范围5～100nm。

本发明的目的在于提供一种用于一氧化碳催化氧化的耐高温烧结负载型贵金属催化剂，所述活性组分为贵金属(Au、Pt、Pd)纳米颗粒，尺度均一，负载量从0.01～25wt％。