[发明专利]一种稳定性好的纳米金属催化剂及其应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种纳米金属催化剂及其制备方法和应用。本发明首创性地使纳米金属氧化物的粒子分散于每个贵金属纳米粒子的周围，或者是在每个贵金属纳米粒子的外部包覆一层由纳米过渡金属氧化物形成的壳体，这样便可使贵金属纳米粒子始终保持高度分散的状态，一方面能够避免贵金属纳米粒子的团聚和烧结，提高了催化剂的稳定性，另一方面由于纳米过渡金属氧化物自身也具有良好的催化性能，并且还会与贵金属纳米粒子产生一定的协同作用，因而有利于提高催化剂的催化活性，使得本发明的纳米金属催化剂兼具稳定性好和催化活性高的优点，因此可用于汽车尾气净化、CO氧化、催化甲烷燃烧等领域。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种纳米金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

一直以来，催化剂在众多化学工业中都起到了至关重要的作用，催化剂的活性、选择性及稳定性是设计催化剂时重点考虑的因素。近些年随着纳米技术的蓬勃发展，研究与开发纳米尺度催化剂和纳米结构催化剂成为获得高效催化剂的有效途径，目前越来越多的胶体金属纳米粒子已被应用到催化领域。

在胶体金属纳米粒子的制备过程中，通常使用一些稳定剂例如聚合物、表面活性剂等来阻止金属纳米粒子的团聚，但这些稳定剂会部分覆盖金属催化剂的活性位，导致催化活性降低。此外，要想除去上述稳定剂，常用的方法是高温焙烧，而高温焙烧过程又会导致金属纳米粒子的团聚、烧结及流失，从而也会降低催化剂的活性。因此，如何解决金属纳米粒子的稳定性已成为当前纳米催化领域亟需解决的一个技术问题。

为此，研究者们提出采用SiO₂等惰性无机材料包裹金属纳米离子的表面修饰技术来提高金属纳米粒子的抗烧结性，例如中国专利文献CN103212413A公开了一种热稳定核壳结构纳米三效催化剂及其制备方法，该方法首先制得贵金属纳米粒子溶胶，再将此溶胶置于冰水浴中以使过量的保护剂析出，过滤后得到的滤液进一步与正硅酸乙酯溶液反应三天，才制得具有核壳结构的贵金属纳米粒子，即在贵金属纳米粒子外包覆SiO₂壳层。上述技术制备得到的纳米催化剂中由于高温稳定的SiO₂壳层的存在，有效抑制了贵金属纳米粒子的高温烧结和流失，从而提高了催化剂的热稳定性，但该技术在制备贵金属纳米粒子溶胶时，仍需要使用保护剂如十六烷基三甲基溴化铵，这势必会降低催化剂的活性，可见，现有技术中的纳米金属催化剂依然无法达到稳定性好的同时催化活性高的要求。另外，上述技术在制备核壳结构时的操作较为繁琐，且耗时又长。

鉴于此，如何对纳米金属催化剂的结构及制备工艺进行改进，以获得催化活性高且稳定性好的纳米金属催化剂，这对于本领域技术人员而言依旧是一个尚未解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的纳米金属催化剂所存在的无法兼顾催化活性高与稳定性好的缺陷，进而提供一种催化活性高且稳定性好的纳米金属催化剂及其制备方法和应用。

为此，本发明实现上述目的的技术方案为：

一种纳米金属催化剂，包括活性组分，所述活性组分为贵金属纳米粒子，其特征在于，还包括纳米过渡金属氧化物，所述纳米过渡金属氧化物将相邻两个所述贵金属纳米粒子分隔开。

在每个所述贵金属纳米粒子的外部包覆一层由所述纳米过渡金属氧化物形成的壳体；或者

在每个所述贵金属纳米粒子的周围均分散有若干所述纳米过渡金属氧化物的粒子。

所述贵金属为Pd、Pt或Rh；所述过渡金属为Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni或Cu。

一种制备所述的纳米金属催化剂的方法，包括如下步骤：

(1)将贵金属盐和过渡金属盐溶解于去离子水中，形成混合盐溶液；

(2)向所述混合盐溶液中加入还原剂以发生反应，待反应完成后，将反应体系离心，收集固相，并对所述固相进行有氧焙烧，即得所述稳定性好的高效纳米金属催化剂。