[发明专利]一种单原子钯基催化剂及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种单原子钯基催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)将硅源和二氧化锆加入至有机溶剂中进行回流反应，干燥，得到无定形二氧化硅修饰的二氧化锆；B)将钯源和无定形二氧化硅修饰的二氧化锆在有机溶剂中混合后浸渍，使钯源负载于无定形二氧化硅修饰的二氧化锆上，再干燥后煅烧，得到单原子Pd/SiO₂‑ZrO₂催化剂。本发明提供的单原子钯基催化剂利用负载在二氧化锆上的硅源所具有的分子长链，对浸渍的钯源有很好的的分散作用，煅烧后贵金属钯形成单原子。本发明提供的制备催化剂的方法简单，不需要还原气氛还原，使催化剂在一个很低的负载量下对于低浓度甲烷等碳氢化合物催化燃烧反应具有优异的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种单原子钯基催化剂及其制备方法以及应用。

背景技术

碳氢化合物是大气中重要的污染物，分子量较小的烃类是光化学烟雾的主要参与者。并且其中甲烷的温室效应大约是二氧化碳的21倍，大量的排放将会对环境造成严重的破坏。随着人们对环境问题的更加重视和国家环保法规的日益严格，大气中碳氢化合物的净化面临更多的机遇和挑战。而甲烷是最稳定的碳氢化合物，具有高度的四面体对称性，其电离能高、不具有电子亲和性、没有永久电偶极矩且极化率低，其C-H键的键能高达434KJ/mol，极难在温和条件下活化。因此，有效地处理低浓度甲烷气体在大气中碳氢化合物的净化和环保方面将有重要意义。

目前全球贵金属钯的储量极低，提升钯的利用率在化学工业中可有效避免金属钯的浪费。在催化燃烧低浓度甲烷气体中，钯颗粒表面的钯原子一般在钯基催化剂中起活化中心的作用。每个钯原子都能起到催化作用，原子利用效率理论上可以达到100％，进而提高催化反应速率。因此寻找简易制备单原子钯基催化剂的方法具有重要的意义。

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单原子钯基催化剂及其制备方法以及应用，本发明提供的制备催化剂的方法简单，不需要还原气氛还原，使催化剂在一个很低的负载量(0.2～2wt％)下能够具有很高的稳定性以及催化性能。

本发明提供了一种单原子钯基催化剂，以无定形二氧化硅修饰的二氧化锆作为载体负载金属钯，所述钯元素的负载量为0.2～2wt％。

优选的，所述无定形二氧化硅与二氧化锆的质量比为1:(10～20)。

本发明还提供了一种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)将硅源和二氧化锆加入至有机溶剂中进行回流反应，干燥，得到无定形二氧化硅修饰的二氧化锆；

B)将钯源和无定形二氧化硅修饰的二氧化锆在有机溶剂中混合后，浸渍，使钯源负载于无定形二氧化硅修饰的二氧化锆上，再干燥后煅烧，得到单原子Pd/SiO₂-ZrO₂催化剂。

优选的，所述硅源选自正辛基三乙氧基硅烷，所述硅源和二氧化锆的质量比为1:(20～30)

优选的，步骤A)中，所述有机溶剂选自甲苯，乙醇，丙酮，正庚烷或正辛烷；

步骤B)中，所述有机溶剂选自甲苯，乙醇，丙酮，正庚烷或正辛烷。

优选的，所述回流反应的温度为60～200℃；所述回流时间为1～10h。

优选的，所述钯源选自醋酸钯。

优选的，所述煅烧为在空气气氛中进行，煅烧的温度为200～1000℃；煅烧时间为1～80h。

本发明还提供了一种单原子钯基催化剂在催化燃烧低浓度碳氢化合物中的应用，其特征在于，所述低浓度碳氢化合物的浓度为≤5vol％。所述单原子钯基催化剂选自上述单原子钯基催化剂或者上述制备方法制备得到的单原子钯基催化剂。