[发明专利]一种氧化和/或燃烧催化剂、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及用于氧化和还原反应的一种催化剂。此外，本发明还涉及一种新的催化组合物。

燃烧催化剂包括，例如车辆排气系统中所使用的一般催化剂，这些催化剂降低作为排放到大气的烟雾成分的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量。这种车辆排气体系通常都由铂和铑组成。虽然这种催化剂在将NOx和CO转化成N₂和CO₂方面有效，但是铂金属很贵，因此提高了车辆排气催化剂的制造费用。

并且，Pt/Rh催化体系在达到其特征“点火”温度前，在催化方面是不活泼的。在实验室条件下，传统的Pt/Rh车辆用催化剂的点火温度为约157℃。但是在实际条件下，在正常运行标准下的点火温度为200-250℃。车辆用催化剂的温度提高到约200-250℃要求约8-10分钟的加热期间，在此期间，催化剂无效，而不希望的NOx和CO被释放到大气中。

因此，非常需要生产低起燃温度的车辆排气催化剂体系。

传统的Pt/Rh车辆催化剂体系的另一缺点是，如发动机出现不着火(在发动机中未消耗的燃料可用于在排气体系中的燃烧)，催化剂的温度可以上升到高达500℃-600℃。在这些温度下，传统的催化剂开始不可逆地被破坏。

车辆排气催化的一个重要研究领域是开发一种Pd基催化剂体系，以代替在今天的传统车辆催化剂中所使用的昂贵的Pt/Rh体系。但是，至今实现Pd基催化剂控制车辆排放物的主要困难是Pd金属在中等高的温度下易于与氧反应，其结果是Pd金属从催化剂的修补基面涂层上洗脱，而且催化剂失活。引起催化剂失活的过程包括1)不易变的物料在催化剂表面上的沉积，2)催化剂表面的重新构建，特别是负载金属的烧结和3)通过在催化期间所产生活性物质的化学键合使负载金属氧化。通过金属的氧化使催化剂失活就使催化剂的金属特征从其零价态改变到局部的正电荷价态。

UK专利申请9404802.2公开了在卤代烃中用于卤素置换的催化反应的催化体系的用途。该反应催化剂是除去卤原子并用氢原子置换它，因此归类于加氢反应。

在化学上人们已知，催化剂倾向于只催化很特定的反应，特别是氧化和加氢反应的确被认为是很不同的反应。

与预期的相反，现在已经发现，UK9404802.2中公开的催化剂在氧化和燃烧反应中也有效。

所以，本发明提供了用于氧化或燃烧反应的一种催化剂，所述的催化剂包括选自Pd、Ni、Pt、Rh、Ag、Ru、Co、Fe、Mo和W的一种催化金属和与之组合的一种电子给体或电子给体的前体的材料。

所述的材料的作用是稳定催化金属。理想的是，该材料应当是能使催化金属稳定在其零价氧化状态。

例如，该材料可以是一种金属或该金属的一种氧化物。该材料的金属可以与催化剂中催化金属不同。该材料也可以是能给予电子的有机基团，例如是带有给电子基团的配位体或聚合物。

可以用于本发明所述的材料的适宜的金属和金属氧化物的实例包括(但是不限于)Ga、Zn、Al、Au、Ag、Pt、Ni、Hg、Cd、In或Tl或这些金属中的任意金属的氧化物。

在一优选的实施方案中，催化剂包括一种金属外加Zn(例如Pd/Zn)。

催化剂的材料希望是锌或锌氧化物。

在催化氧化和燃烧反应中钯与锌或锌氧化物的组合特别有效。

催化金属：材料的比例可按所要求的变化。已经发现1∶2是满意的，但是其它的比率也可使用，而且这些比率的最佳化通过常规方法即可得出。

催化剂的各组分可为合金态，或其它紧密的混合物，但是其它类型的组合也证明是有用的。

本发明的催化剂中的所述材料抑制可破坏催化剂的氧化或其他反应。因此，已经发现本发明催化剂的有效的催化寿命比传统的燃烧或氧化催化剂的寿命长得多。

与理论上不同，看来似乎在形成催化剂合金的各金属之间存在着协同关系，从而每个金属对它的合作金属成分提供化学稳定性。

按照本发明的催化剂，特别是含Pd的催化体系，已经表明比传统催化剂显示更低的点火温度。

同样，与传统的Pt/Rh车辆催化剂体系相反，本发明的催化剂，特别是含Pd的催化体系，在将催化剂于空气中在600℃焙烧后显示出了催化活性。

在进一步的实验中，已经证明本发明的Pd/ZnO的催化剂中，Pd组分的离子化能只有333.4ev，这个值同传统的催化剂的335ev离子化能比较起来很有利。因此，在本发明的催化剂中，催化金属(在这里是Pd)比传统的催化剂能更易离子化。此外，已经证实催化金属的周围环境高度均匀并且已证实实现了催化金属与所述材料非常紧密的掺合。