[发明专利]一种纳米棒状Pt/CeO2负载型催化剂的制备方法及在CO催化反应中的应用

说明书

本发明公开一种纳米棒状Pt/CeO₂负载型催化剂的制备方法，采用含Ce的金属有机骨架作为模板/前驱体，利用金属有机骨架的多孔性和大比表面积，将金属Pt纳米颗粒负载到其表面，随后进行干燥和高温焙烧处理，从而获得用于CO低温催化氧化的纳米棒状Pt/CeO₂负载型催化剂。该制备方法简单，重复性好，所制备得到的催化剂具有金属Pt负载量低、分散性好、催化剂的微观形貌可控的优点，该催化剂还具备优异的CO低温催化氧化性能，将其应用于CO催化反应中，在合适的反应温度下，CO的转化率可达到100％，具有广泛的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及的是一种纳米棒状 Pt/CeO₂负载型催化剂的制备方法及该纳米棒状Pt/CeO₂负载型催化剂在一氧化碳(CO)低温催化氧化反应中的应用。

背景技术

一氧化碳(CO)是典型的可燃、有毒化合物，其很难在空气中与其他物质发生反应，却极易与人体中的血红素蛋白结合。当空气中的一氧化碳浓度达到400ppm时，就会发生CO中毒事件，严重的可造成人的死亡。目前，大量CO排放主要是来自石油、煤等含碳物质的不完全燃烧，包括火力发电厂、工业锅炉、冶金厂、炼油厂、化工厂、钢铁厂等工业行为都产生大量CO，另外汽车尾气也产生大量CO，使得CO年排放量居世界有害大气污染物的首位。因此，大量的CO 排放不仅对人体有害，同时会引发严重的环境问题。研究表明，CO 低温催化氧化是最有效、最可行的消除CO的方法。可见，发展低温消除CO的工业催化剂对环境保护具有重要意义，研发高效和低成本的CO低温氧化催化剂备受研究人员的重视和关注。

目前用于CO低温催化氧化的催化剂种类丰富，主要有贵金属催化剂(Pt、Pd、Au等)、非贵金属催化剂(Mn、Cu、Co等)和分子筛催化剂(ZSM-5、丝光沸石等类型)；其中负载型贵金属催化剂以其低温活性高、稳定性好、寿命长等优点而被广泛的研究，然而负载型贵金属催化剂的高成本是该类催化剂工业化应用不得不面对的问题，减少催化剂中贵金属的负载量同时保证催化剂良好的催化性能是负载型贵金属催化剂的主要研究方向。例如张等(Z.Zhang et al, Nature Communications 2017,8,16100)报道了负载型Pt/Al₂O₃单原子催化剂的制备(负载量0.2wt％)，该催化剂在长时间高温度下循环 60次后，依然保持着良好活性，但反应温度需高达200℃，才能达到 100％的CO转化率。

众多研究发现CeO₂具有优异的氧化性能和特殊的离子价态可控性，其能够提高催化剂的储氧能力和热稳定性，是一种良好的工业催化剂载体。例如，中国专利CN102744063A直接采用铈盐(六水硝酸铈)为前驱体高温焙烧(600℃,3h)制备CeO₂载体；中国专利CN104162424A采用铈盐(六水硝酸铈)在碱性条件下(氢氧化钠或氢氧化钾)沉淀获得CeO₂载体。这两种方法制备CeO₂载体后再负载 Pd纳米颗粒，虽然制备方法工艺流程简单，但是贵金属Pd纳米颗粒的分散性及其与载体的相互作用仍不能得到精确调控。

此外已有研究表明负载型贵金属催化剂催化CO氧化活性还受催化剂形貌影响，通过一定手段调控催化剂的形貌来增强催化剂的性能是催化剂研究领域的热点方向之一。例如Wang等(X.Wang et al, Journal of Materials Chemistry A 2014,2,5616)通过熔融盐合成法和水热法合成了单晶SnO₂纳米棒、SnO₂微球和SnO₂纳米粒子等不同形貌的纳米催化剂，研究发现单晶SnO₂纳米棒虽然因其结构紧密导致其比表面积较小，但SnO₂纳米棒的(110)晶面优先暴露，大大提高了其催化活性，对CO催化氧化的性能反而最好。

综上所述，通过改变催化剂的合成方法，合成具有一定形貌、高分散、低负载量的负载型贵金属催化剂是实现CO低温催化氧化工业化的关键前提。