[发明专利]一种高效的氢还原制备过渡金属氧化物缺陷的方法

说明书

本发明涉及一种高效的氢还原制备过渡金属氧化物缺陷的方法，包括：通过贵金属负载得到负载贵金属的过渡金属氧化物，将得到负载贵金属的过渡金属氧化物在还原性气氛下进行还原反应，得到所述含有缺陷的过渡金属氧化物。本发明将贵金属于过渡金属氧化物负载，可以很大程度上降低分子态氢变成原子态氢的反应势垒，之后就可以实现在常温常压的条件下用普通的氢氩气氛实现氢还原制备大量缺陷（包括所述过渡金属的低价还原态以及氧空位）的过渡金属氧化物材料，而且其缺陷能长期稳定的存在。本发明的方法简单易行，巧妙新颖，成本低，效率高，制备缺陷过渡金属氧化物具有较强的催化稳定性。

技术领域

本发明提供了一种在室温或者低温加热下在普通还原性气氛(例如氢氩气氛)中快速制备大量缺陷金属氧化物的方法，该制备方法简单易行，成本低，效率高，制备缺陷过渡金属氧化物具有较强的催化稳定性。属于纳米技术以及环境能源领域，涉及氢还原制备过渡金属氧化物缺陷的方法。

背景技术

过渡金属氧化物在催化领域中的地位很重要，它作为主催化剂、助催化剂和载体被广泛使用，而结构中的还原态以及氧空位等缺陷与其催化活性的关系一直受到广泛的关注。以氧化钛为例，其结构中的低价还原态Ti³⁺物质和氧空位等产生中间能级可以显著提高其对光能的吸收和利用，大大增加其的光催化活性。而氢原子由于其活性高，原子半径小，可在大多数过渡金属氧化物的晶格中扩散反应，生成大量低价还原态过渡金属离子和氧空位等结构缺陷。现在普遍通过高温(>400℃)高压(20.0bar)高纯氢的条件使氢气在过渡金属氧化物表面解离成氢原子，用于制备过渡金属氧化物的缺陷，其普遍存在能耗高，设备要求高，不经济实用等问题。因此新的绿色、高效、便捷实现氢还原过渡金属氧化物制备缺陷的方法亟需开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有缺陷的过渡金属氧化物的制备方法，所述缺陷包括所述过渡金属的低价还原态以及氧空位，所述制备方法包括：

(A)通过贵金属负载得到负载贵金属的过渡金属氧化物；

(B)所述负载贵金属的过渡金属氧化物在还原性气氛下进行还原反应，得到所述含有缺陷的过渡金属氧化物。

氢气在贵金属(Pt,Pd,Ru等)的表面上可以自发解离成高活性的氢原子，可以很大程度上降低分子态氢解离成原子态氢的反应势垒。于是将过渡金属氧化物贵金属与复合，利用氢气的自发解离并迁移到过渡金属氧化物的基体上与之发生反应，就可在室温或者低温加热下在普通的还原性气氛(例如氢氩气氛)中快速制备大量缺陷的金属氧化物。而且贵金属本身对很多催化反应都有促进作用，如氧化钛负载铂或者钯，其光催化产氢的效率可大大提高。

本发明这种首先将贵金属于过渡金属氧化物负载，可以很大程度上降低分子态氢变成原子态氢的反应势垒，之后就可以实现在常温常压的条件下用普通的氢氩气氛实现氢还原制备大量缺陷(包括所述过渡金属的低价还原态以及氧空位)的过渡金属氧化物材料，而且其缺陷能长期稳定的存在。这无疑是一种新型高效，绿色便捷的制备缺陷的过渡金属氧化物的方法。

本发明中，所述过渡金属氧化物可包括氧化钛、氧化铈、氧化钨、以及氧化钽。

本发明中，所述贵金属具有表面小分子吸附解离性质，可为铂、钯、铑、金中的至少一种。

较佳地，以所述过渡金属氧化物的质量为100wt％计，所述贵金属的负载量可为0.01～10wt％，优选0.5～3wt％，更优选1～3wt％。

本发明中，所述的还原性气氛由还原性气体和惰性气体组成，所述还原性气体可为H₂、CO、H₂S和NH₃中的至少一种。较佳地，所述还原性气氛可由氢气和氩气组成，其中氢气的体积百分比可为1～20％。

较佳地，所述的还原性气氛流速为1～1000cm³/min，优选100～300cm³/min，压力为0.5～2atm。