[发明专利]具有高活性和强抗烧结性能贵金属金催化剂及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其是涉及一种高活性强抗烧结性的贵金属金催化剂及制备方法和应用。

背景技术

自从20世纪80年代Haruta等发现担载型纳米级金催化剂在低于室温下对一氧化碳催化氧化具有优异的活性后，纳米金催化剂的高活性受到人们的广泛认同，金催化剂的研究开始成为催化领域的热点，并在有机物加氢反应，有机物的氧化、选择性氧化、环氧化，以及CO氧化、NO还原等反应中取得了很好的活性。但是金催化剂有一个致命的缺点，其高温抗烧结性以及反应稳定性很差，从而限制了金催化剂的应用。因此，提高金催化剂的高温抗烧结性以及反应稳定性成为一个亟待解决的问题。目前提高金纳米粒子稳定性的方法主要有：

载体限制法：利用介孔氧化硅的孔道效应限制金纳米粒子的聚集长大，从而提高金催化剂的稳定性。

表面修饰法：用PO₄^3-，NO₃^-，SO₄^2-等离子进行催化剂/载体表面修饰，限制金纳米粒子的流动性，从而限制金纳米粒子的聚集长大，提高金催化剂的稳定性。

混合载体法：在载体中掺杂另一种与金相互作用较弱的载体，限制原载体的聚集，从而限制金纳米粒子的聚集长大，提高金催化剂的稳定性。

合金催化剂：将金与过渡金属制备成合金，改善金的性质，提高金催化剂的稳定性。

新型载体：寻找新的具有稳定金催化剂作用的载体如各种磷酸盐等，提高金催化剂的稳定性。

这些方法在一定程度上确实改善了催化剂的高温抗烧结性能或者是反应稳定性，但是同时是以降低金催化剂的低温活性为代价。目前还没有任何可以在维持金催化剂的低温活性的同时提高金催化剂的高温抗烧结性能和反应稳定性的报道。因此开发一种方法使金催化剂能够在维持低温活性的同时具有高温抗烧结性能和反应稳定性依然是一种挑战。

发明内容

本发明的目的在于发明一种具有高活性和强抗烧结性能贵金属金催化剂及制备和应用，使金催化剂能够在维持低温活性的同时具有很好的高温抗烧结性能和反应稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高活性强抗烧结性能的贵金属金催化剂，是以金为活性组分的担载型催化剂，载体是羟基磷灰石和氧化铁的混合物。两种载体的协同使得催化剂在具有很好的低温活性的同时拥有很好的高温抗烧结性能和反应稳定性；其中羟基磷灰石含有具稳定金纳米粒子作用的PO₄^3-和OH^-等官能团，主要起稳定金纳米粒子的作用，氧化铁主要起提高金催化剂的活性的作用。

本发明的高活性强抗烧结性的贵金属金催化剂，贵金属Au含量范围为0.5-5wt％；氧化铁和羟基磷灰石的质量比为3∶97-25∶75。

本发明的高活性强抗烧结性的贵金属金催化剂的制备方法如下：

1)载体的制备：(参考文献：Kohsuke Mori，Satoko Kanai，Takayoshi Hara，Tomoo Mizugaki，Kohki Ebitani，Koichiro Jitsukawa，and Kiyotomi Kaneda，Chem.Mater.，2007，19，1249.)

在搅拌条件下于氧化铁纳米粒子浑浊液中加入Ca源和P源，在形成羟基磷灰石的同时使氧化铁纳米粒子掺杂于其中；将上述浑浊液在60-100℃下反应2-6小时，静置老化过夜；将得到的沉淀过滤、去离子水洗涤，冷冻干燥，300-600℃煅烧4-8小时。

2)催化剂制备：沉积沉淀法制备高活性强抗烧结性能的贵金属金催化剂，将上述载体加入到氯金酸溶液中，调节溶液pH值维持在8-10，50-70℃反应1-3小时，离心、去离子水洗涤，60-100℃干燥，300-600℃煅烧3-6小时；制备成高活性强抗烧结性能的贵金属金催化剂。

3)氧化铁纳米粒子的制备：

γ-Fe₂O₃：直接将摩尔比为1∶2的Fe²⁺和Fe³⁺的可溶性盐混合均匀后，搅拌条件下恒速滴加到氨水溶液中形成磁性γ-Fe₂O₃纳米粒子。