[发明专利]一种金属负载型铈基核壳结构催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气环境治理领域中一种金属负载型铈基核壳结构催化剂及其制备方法。

背景技术

在现代工业快速发展的背景下，大气环境污染已经直接威胁到人类的生存和健康。其中，一氧化碳作为一种常见的大气污染物，具有低浓度，高毒性等特点，其消除和转化已经受到了世界各国的大力关注。随着催化技术的发展并逐渐形成一个独立的研究领域，这项技术在环境净化与新物质的合成等方面发挥出了重要作用。其中，高效催化剂的研发和利用一直是环保领域内的重点研究对象，在众多的一氧化碳催化剂中，铈基催化剂以其催化活性高、氧存储能力强、化学稳定性好、成本低而倍受人们的青睐，是目前最广泛使用的催化剂。特别是金属负载型铈基催化剂，由于其良好的催化活性已经被广泛研究。但是这些金属负载型催化剂仍然面临着一些挑战，特别是催化剂的结构不稳定，容易失活等问题。这些缺陷使其广泛的工业应用受到极大的制约。因此，开发催化活性高，结构稳定的催化剂是当前研究的热点。已有文献表明，催化剂中金属颗粒和载体颗粒的尺寸大小，以及两者之间的界面作用严重影响着催化剂的性能。但目前已有金属负载型催化剂的结构设计和合成方面仍存在很大问题，这严重制约了催化剂性能的改善及应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属负载型铈基核壳结构催化剂及其制备方法。

本发明所述催化剂的特征在于：其为金属负载型铈基催化剂，化学通式为M/CeO₂，(M＝Ag、Cu、Pd)，形貌为球形核壳结构颗粒，其颗粒直径为100～200nm，外壳层由晶粒尺寸为5～40nm的面心立方相二氧化铈纳米颗粒组成，壳层厚度约为10～40nm，内核部分为金属单质颗粒，粒径大小为15～25nm。

该金属负载型铈基核壳结构催化剂可按照包括下述步骤的方法制备：

(1)在室温条件下，将三价铈盐和金属盐按铈离子/金属离子摩尔比＝2∶3的比例溶于20～50mL去离子水中，剧烈搅拌配成三价铈离子和金属阳离子M^x+的混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的溶液迅速加入过量的氨水稀溶液中得到胶状沉淀；

(3)将步骤(2)所得的胶状沉淀装入聚四氟乙烯内衬中，填充度为40％～90％，将内衬放入不锈钢水热釜，然后放入程序控制烘箱中进行水热处理，得到沉淀物；

(4)将步骤(3)所得的沉淀物用去离子水洗涤数次，在烘箱中进行干燥处理，获得固体粉末；

(5)将步骤(4)得到的固体粉末置于马弗炉中进行焙烧处理，即得到不同粒径的核壳结构催化剂。

上述步骤(1)中所使用的三价铈盐为硝酸铈、三氯化铈、硫酸亚铈中的一种或几种；金属盐为硝酸银、硝酸铜、氯化铜、氯化钯中的一种或几种；M^x+＝Ag⁺、Cu²⁺、Pd²⁺中的一种或几种。

上述步骤(2)中氨水的物质摩尔量为金属离子的3倍以上，体积为10～40mL。

上述步骤(3)中的水热处理温度为100～200℃，热处理时间为30～300分钟。

上述步骤(4)中的干燥温度为40～80℃，干燥时间为5～20小时。

上述步骤(5)中的焙烧温度为400～800℃，焙烧时间为3～8小时。

本发明采用结合水热法和高温焙烧法制备具有核壳结构的金属负载型二氧化铈催化剂，首先采用水热法制备出具有核壳结构的二氧化铈/金属催化剂，之后通过高温焙烧增强载体与金属之间的相互作用，提高催化剂的催化活性。核壳结构中壳层的二氧化铈能够阻止金属颗粒在高温焙烧过程中粒径过度增大，从而避免催化剂的催化活性下降或者失活，同时也使制备出的催化剂粒径大小均一，分散性好。本发明不仅优化了载体、金属颗粒以及两者之间的界面等主要影响催化剂活性的因素，而且工艺过程简单，操作方便，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成。

本发明提供的核壳结构催化剂，可用作一氧化碳催化氧化。

附图说明

图1为实施例1中金属银负载的二氧化铈核壳结构催化剂的X射线衍射图谱。

图2为实施例1中金属银负载的二氧化铈核壳结构催化剂的扫描电镜照片。

图3为实施例1中金属银负载的二氧化铈核壳结构催化剂的透射电镜照片。

图4为实施例1中金属银负载的二氧化铈核壳结构催化剂催化一氧化碳氧化的活性曲线。

具体实施方式