[发明专利]铈锆纳米棒、纳米方块或纳米管担载铜基的催化剂及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一类铈锆复合氧化物纳米棒、纳米方块、纳米管担载铜催化剂及其制备 方法。

背景技术

铈锆复合氧化物在催化、燃料电池、陶瓷、气体传感、固态电极等领域有着广泛的 应用，特别在三效催化剂中起到非常重要的作用，常用于催化消除机动车尾气(CO， NOx，CxHy)。这与其良好的储释氧性能、高温稳定性和氧化还原性质是密切相关的。 掺杂Zr可以显著提高其储/释氧性能和热稳定性，这是由于锆周围亚晶格氧被取代从而 促进了氧迁移性和体相氧的还原。显然，这些结构性质受固溶体的制备方法、比例、焙 烧温度、助剂等因素影响。此外，铜基催化剂也表现出良好的CO氧化和NO还原活性 以及抗水抗硫效果。研究发现，纳米材料由于其独特的形貌效应、尺寸效应、量子效应 而表现出独特的结构和性质。例如，CeO₂纳米棒{110}{100})比普通粉末CeO₂({111}) 的活性要高很多。对于含铈纳米材料，目前主要集中在制备纯CeO₂纳米管、纳米棒、 纳米线、纳米多面体等，而对于合成具有规整形貌和小尺寸的掺杂型纳米铈锆复合物并 以其为载体负载氧化铜的催化剂却鲜见报道。传统的模板法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、 微乳法制备的铈锆固溶体是无规则的小粒子，并没有制备出较规整的铈锆纳米棒等。因 此，巧妙的设计构筑有可控尺寸、形貌和组成的负载型纳米铈锆复合催化剂依然是个挑 战。

目前合成纳米铈锆复合材料的方法主要是水热法和模板法，主要的形貌是单分散小 球、纳米管、有序介孔固溶体。如2008年JACS报道了Li课题组通过Kerkendall效应，以 乙二醇为分散剂，采用水热法在180℃制备了铈锆固溶体纳米笼(J.AM.CHEM.SOC. 2008，130，2736-2737)；Fuentes等人采用多孔聚碳酸酯为模板合成了铈锆复合物的纳米 管(Chem.Mater.2008，20，7356-7363)；Yuan等人通过P123模板合成了不同比例的有序 结构的介孔铈锆固溶体(J.AM.CHEM.SOC.2007，129，6698-6699)。这些方法也存在些 不足，如需要分散剂、表面活性剂。同时只是强调了铈锆材料的合成机理，并没有引入 活性组分和相关性质研究。我们通过Kerkendall效应，利用不同锆盐在不同溶剂体系中 扩散系数的差异(选择性改变锆盐前驱物和反应体系溶剂)，采用较简单的方法(不需 要分散剂和表面活性剂)成功地合成了铈锆纳米棒、纳米方块、纳米管，并且以其为载 体采用简单的浸渍法制备负载型纳米铜基催化剂用于NO的消除。

发明内容

本发明的目的：提供一种新的制备方法，合成铈锆复合物纳米棒、纳米管或纳米方 块，并以其为载体制备铜基催化剂。

本发明的原理如下：首先在强碱条件下水热控制合成二氧化铈纳米棒或纳米管，以 其为母体，再加入不同的锆盐前驱物，改变反应体系的溶剂。在强碱性条件下，通过晶 核的成型、生长以及氢氧化物之间的相互作用，形成复合物。洗涤去除碱液，干燥，焙 烧以后得到不同形貌的铈锆材料。利用活性组分和载体相互作用，在载体表明均匀分散 制备负载型铜基催化剂。

本发明的目的是这样实现的：

一种铈锆纳米棒、纳米方块或纳米管担载铜基的催化剂，它是以铈锆纳米棒、纳米 方块或纳米管为载体，担载氧化铜的铈锆纳米棒、纳米方块或纳米管担载铜基的催化剂， 其中铈与锆的摩尔比为8∶2，铜的负载量为0.3mmol/g载体(质量百分比2.4％)，该催 化剂表现出良好的催化还原NO的活性。