[发明专利]固定和附加纳米活性材料

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119（e）要求2009年12月15日提交的名称为“材料加工”的共同待审的临时美国专利申请No.61/284,329的优先权，所述申请的内容经此引用并入本文。

技术领域

本发明涉及催化剂领域。更具体地，本发明涉及将纳米活性材料固定和附加到纳米载体上的方法。

发明背景

催化剂用于促进和加速反应。例如，使用公知的湿化学法形成催化剂，将挤出物置于六氯铂酸（H₂PtCl₆）中。在一些实施方案中，挤出物是通过挤出法制成的圆柱形丸粒。挤出物100的一个实例显示在图1A中。挤出物100由氧化铝（Al₂O₃）制成或用氧化铝（Al₂O₃）涂布，因此在其表面上具有可用的氧（O）原子105。如图1B中所示，六氯铂酸110的铂（Pt）原子115被化学吸收到氧化铝表面上。特别地，干燥和煅烧（例如在炉中）能使铂原子115键合到氧原子105上，并以HCl分子为副产物。但是，铂原子115没有固定到它们的键合氧原子105上，并能如图1C-1D中所示移向其它可用的氧原子105。随着铂原子115移动，铂原子115开始与其它铂原子聚结，以产生如图1E中所示的较大粒子120和更积极的状态。要理解的是，随着铂粒子变大，其不利地影响该材料充当催化剂的能力。在高温用途中，如在老化催化转化测试中，铂原子的移动增强。需要防止铂原子聚结的界面和方法。

发明概述

一方面，用于将纳米活性材料固定到纳米载体上的界面包括被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动的化合物。该化合物是通过纳米活性材料与纳米载体表面的反应而形成的。在一些实施方案中，纳米活性材料是铂且纳米载体是氧化铝。在一些实施方案中，该纳米载体包含部分还原的氧化铝表面。在另一些实施方案中，所述化合物是铂氧化铝金属化合物。或者，该化合物是铂铜金属间化合物。

另一方面，将纳米活性材料附加到纳米载体上的固定方法使用高温冷凝技术。该高温冷凝技术是电子束、微波、RF或DC等离子体。集合纳米活性材料和纳米载体。在一些实施方案中，将原材料，包括一定量的催化剂材料和一定量的担载材料，加载到室中。使所述一定量的催化剂材料和所述一定量的担载材料气化，产生纳米活性材料和纳米载体。在一些实施方案中，向该室供应工作气体，并向该工作气体输送能量，以形成高反应性和高能的混合物，以致所述一定量的催化剂材料和所述一定量的担载材料气化。在一些实施方案中，也将一定量的铜加载到该室中以便气化。

然后提高纳米载体表面上的金属性质。形成各纳米活性材料和纳米载体之间的界面。该界面被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。在一些实施方案中，所述许多纳米活性材料各自是铂。在一些实施方案中，所述许多纳米载体各自是氧化铝。在一些实施方案中，所述许多纳米载体各自包含部分还原的氧化铝表面。在另一些实施方案中，该界面包括铂氧化铝金属化合物或铂铜金属间化合物。

再一方面，将纳米活性材料附加到纳米载体上的方法使用高温冷凝技术，在纳米活性材料与纳米载体材料之间形成层。该高温冷凝技术是电子束、微波、RF或DC等离子体。在一些实施方案中，将原材料，包括催化剂材料和担载材料，加载到室中并气化，产生纳米活性材料和纳米载体。在另一些实施方案中，也将铜加载到该室中以便气化。通常，纳米活性材料与纳米载体材料之间的层被构造成限制纳米活性材料在纳米载体表面上的移动。在一些实施方案中，该层包括铂氧化铝金属化合物。或者，该层包括铂铜金属间化合物。

附图简述

图1A-1E显示了现有技术中的湿催化剂及其性质。

图2显示了根据本发明将纳米活性材料固定和附加到纳米载体上的方法200。

图3A-3B显示了根据本发明的纳米粒子。

图4显示了新鲜和老化的等离子体催化剂的活性差与该等离子体催化剂中的铜与铂比率的关系的图。

发明详述