[发明专利]一种CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用，属于CO氧化催化剂技术领域。本发明采用溶液燃烧法制备CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂，与水热法或化学沉淀法相比，该方法反应条件简单，反应周期短，制备过程简单，无需模板，绿色环保，无需高温煅烧和洗涤，成本低，容易获得疏松多孔的过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂用于CO催化氧化；所制备的CO氧化过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂性能优异。

技术领域

本发明涉及CO氧化用催化剂技术领域，尤其涉及一种CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代化进程的脚步加快，环境问题变得日益突出。其中，气体污染包括碳氧化物、硫化物和氮氧化物等，一氧化碳(CO)由于无色无味且隐蔽性强，对生产生活有着较大的威胁。

近来，CO的消除手段主要大类分为物理吸附和化学消除两种。在传统的物理吸附法中，CO与吸附材料间的分子力是较弱的范德华力，当外界环境发生改变时(如温度升高)，CO会脱离吸附材料，再次排放到大气中，造成污染，同时CO的消除率降低。再者，当环境中的CO浓度较低时，物理吸附的作用也会大大降低。因此该方法会受到许多外界条件的影响，不利于科学有效地去除环境中的CO。而化学法则是利用催化氧化的手段，准确有效地将空气中的CO进行氧化，达到消除环境中CO的目的。但是，CO氧化成二氧化碳需要很高的温度，因此找到高效、廉价的CO氧化剂仍具有较大的挑战。

目前，催化氧化CO的催化剂大致分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂主要包括金、铑、铂等。该类催化剂有较高的催化活性，但是由于贵金属在自然状态下容易失活，在高温下较易烧结失活且贵金属成本高，因此该类催化剂难以进行商业推广。过渡金属氧化物催化剂主要有锰、铁、钴和镍等。该类催化剂能够有效提高催化剂的热稳定性，且储量丰富，其独特的变价特性使其氧化物具有储放氧的功能，因此在催化领域具有一定的应用前景，引起了人们的广泛关注。

镧系中的Ce元素，CeO₂由于其独特的储放氧能力，在催化领域有着较大的应用前景。标准的CeO₂为萤石结构，其布拉菲格子为面心立方晶格，空间群为Fm3m，晶格常数在此结构的CeO₂中有两种晶体构型的存在方式。一种是一个铈原子被八个氧原子包围的立方体构型，另一种是一个氧原子被四个铈原子包围的正四面体构型，CeO₂晶体结构中的缺陷主要为氧缺陷，Ce³⁺和Ce⁴⁺的转换过程往往伴随着氧空位的形成，而且在氧化铈中Ce³⁺存在浓度越高就会形成越多的晶格缺陷。因此，独特的储放氧功能及Ce³⁺和Ce⁴⁺间的相互转化且高度的化学稳定性等特点，使CeO₂广泛应用于电化学、催化氧化等技术领域。纯相CeO₂的催化性能十分有限，提高催化剂性能的手段通常有掺杂复合、提高材料比表面积等。过渡金属元素中，例如Cu、Fe和Ni等离子价态较多，其变价的特性也使得它们具有一定的催化能力。过渡金属氧化物同时相比于贵金属来说又具有成本低廉、晶体结构稳定等特点，目前在国内外受到了广泛的关注。

现有制备纳米材料催化剂的手段主要有共沉淀法、溶胶凝胶法和水热法等，但上述方法存在程序复杂制备周期较长、在低温状态下催化性能差(目前的CO催化氧化的温度范围为150～300℃)，制备工艺繁琐等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法周期短、工艺简单且制得的催化剂低温催化性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种CO氧化用过渡金属复合二氧化铈纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将铈盐、过渡金属盐和水混合，得到混合盐溶液；所述铈盐包括硝酸铈和醋酸铈；