[发明专利]一种具有多核共壳结构的微米氧化铈颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多核共壳结构的微米氧化铈颗粒，其包括：氧化铈壳层，该壳层由晶态和/或非晶态纳米氧化铈颗粒构成；和位于所述壳层内部的多个纳米氧化铈晶粒核聚集体。本发明还涉及具有多核共壳结构的微米氧化铈颗粒的制备方法。以本发明的微米氧化铈颗粒为载体的负载型催化剂水热稳定性好、抗硫性好且负载的催化剂活性组分不易被包埋，在CO、NO或挥发性有机物等的尾气催化氧化领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及无机先进纳微米材料技术领域，尤其涉及催化剂载体技术领域。

背景技术

氧化铈是一种重要的稀土氧化物,其作为催化剂载体及载体的添加剂具有许多优良的性能，在催化研究中已得到人们的充分肯定。在后续的研究中，人们发现氧化铈以其良好的储放氧性能及较强的三价铈离子和四价铈离子之间的氧化还原性能，作为催化剂载体时在氧化反应、甲醇裂解及氮氧化物的还原等反应中显示了其独特的优势。

氧化铈的物理和化学性能极大地依赖于本身的微观结构,如尺度、形貌、比表面积等,具有微纳米分级多孔结构的氧化铈材料不仅能很好的满足高效吸附材料对自身微观结构的要求,同时也可以通过增大比表面积来增加表面催化活性位点,从而提高氧化铈的催化性能,因此研究制备此类材料具有重要的现实意义。但采用目前已有方法制得的具有大比表面积的纳微米氧化铈颗粒、氧化铈气凝胶等作为催化剂载体，在使用过程中又发现其机械强度和耐高温性能差，容易在高温状态下发生烧结及中空结构塌陷的情况。

当应用于含有CO、NO或挥发性有机物等的尾气催化后处理领域时，以常规结构的氧化铈作为催化剂载体制备的负载型催化剂具有以下缺点：

1)水热稳定性差；载体本身容易在高温状态下发生烧结及中空结构塌陷的现象，造成比表面积和孔隙率降低；

2)所负载的贵金属或过渡金属等活性组分在高温水热老化过程中易被包埋；

3)抗硫性差，长期暴露在含硫气氛中会导致催化剂失活。

上述问题严重限制了氧化铈材料在包括固定源和移动源在内的尾气催化后处理领域的应用。因此，如何在维持纳米氧化铈载体的高比表面积的同时又保证其机械强度和耐高温等性能成为目前值得关注的课题。

发明内容

为了解决上述问题，提出本发明。

本发明第一方面涉及一种具有多核共壳结构的微米氧化铈颗粒，其包括：

氧化铈壳层，该壳层由晶态和/或非晶态纳米氧化铈颗粒构成；和

位于所述壳层内部的多个纳米氧化铈晶粒核聚集体。

优选地，所述壳层由晶态纳米氧化铈颗粒构成。所述纳米氧化铈晶粒核的数目可以是数千个、数万个、甚至数百万个。本发明的具有多核共壳结构的微米氧化铈颗粒，其中的壳层可以对内部的纳米氧化铈晶粒核聚集体进行保护，从而提高其各方面性能。

在优选的实施方案中，所述微米氧化铈颗粒为球型或类球形颗粒，平均粒径为0.5μm-50μm，优选1-10μm；BET比表面积为50-200m²/g，孔体积为0.1-0.8cm³/g，平均孔径为2-40nm；其中所述壳层内部的多个纳米氧化铈晶粒核聚集体的质量占所述微米氧化铈颗粒总质量的99-85％，所述氧化铈壳层的质量占所述微米氧化铈颗粒总质量的1-15％，其中，所述壳层内部的多个纳米氧化铈晶粒核聚集体的质量和所述氧化铈壳层的质量可以通过控制沉积条件来控制；所述氧化铈壳层的厚度为10-200nm，优选20-100nm；所述纳米氧化铈晶粒的平均粒径为2-50nm，优选2-40nm，优选2-30nm，优选2-20nm，优选2-10nm；所述氧化铈壳层中的晶态和/或非晶态纳米氧化铈颗粒的平均粒径为2-50nm。