[发明专利]一种铈钇复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铈钇复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以纳米立方体结构的铈钇复合氧化物为载体，以铂为活性担载组分，所述铂以单原子或纳米颗粒的形式担载在所述铈钇复合氧化物的表面。该催化剂能够提高对机动车排放的颗粒物催化氧化活性，尤其是低温的催化活性以满足机动车冷启动的要求。该方法简单易行，贵金属的用量少，因此，可以应用在炭烟颗粒物的燃烧中，特别是应用在机动车排放的炭烟颗粒物的燃烧中。

技术领域

本发明涉及一种铈钇复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂用于净化机动车排放炭烟颗粒物，属于催化氧化技术领域。

背景技术

柴油发动机相比于汽油发动机具有高的燃油效率、低CO₂排放、高耐久性的特点，因而对现代社会具有重要的作用，被广泛应用在机动车、船只以及大型机械上。然而柴油发动机的主要排放物碳烟颗粒物(PM)对大气环境造成的污染日趋严重，严重威胁生态环境和人体健康。机动车排放的污染物是城市大气PM2.5的主要来源之一，尤其是在大城市中，由机动车所排放的颗粒物、VOC、多环芳烃、SO₂、NOx以及金属离子等为PM2.5的主要组成成份。因此，降低PM排放是柴油车尾气催化净化的重要任务，开展这方面的研究具有重要的环境保护意义。

提高机动车尾气排放的颗粒物(PM)净化用催化剂的活性，降低颗粒物的燃烧温度，从而使颗粒物捕集器能够长时间连续工作，是减少机动车排放颗粒物最直接的方法。多类催化剂已被研究证实对炭烟催化燃烧具有良好的效果，如碱金属氧化物、过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物、担载贵金属的复合氧化物以及铈基氧化物。贵金属具有最佳的催化活性，一般将其以纳米颗粒的形式分散于载体上来合成催化剂。铈基氧化物催化剂中的铈钇复合氧化物具有良好的氧化还原能力，铈离子能在Ce³⁺和Ce⁴⁺两种氧化态间灵活转化，具有良好的储放氧作用，在催化反应中起到了氧缓冲器的作用。另外，向CeO₂的骨架结构中掺杂过渡金属元素能提高铈基催化剂的热稳定性以及氧空缺位的数量，因而能进一步提高催化剂的反应活性。

由于炭烟颗粒催化燃烧消除反应是一个气-固(颗粒物)-固(催化剂)三相复杂的深度氧化反应过程，催化剂活性的提高不仅与氧化物催化剂本身的氧化还原性能密切相关，同时还与固体催化剂和PM的接触程度密切相关。同一活性组分的催化剂，与颗粒物的接触能力越高，活性越好。利用合适的方法调变铈钇复合氧化物载体的形貌结构具有重要的意义。不同形貌的铈钇复合氧化物载体能够暴露不同的活性晶面，形成不同的活性物种，因而具有不同的反应活性。金属氧化物的特定晶面还能影响表面氧空位的形成能，理论计算结果表明，铈钇复合氧化物的{111}，{110}和{100}晶面具有不同的稳定性和氧空位形成能，并且与吸附分子间的相互作用也大不相同。

目前已存在的有关担载贵金属催化剂的制备方法有浸渍法、共沉淀法、沉积沉淀法、离子交换法、光化学沉积法、化学蒸发沉积法、金属有机络合物固载法及共溅镀法等。这些方法各有特点，但也存在着贵金属颗粒不易分散均匀、担载颗粒尺寸难以保持均一的共性缺点。例如，贵金属颗粒不易均匀担载在大孔载体的内表面上，使得块体催化剂贵金属颗粒尺寸分布不均，影响催化活性的评价；催化剂使用过程中，高温的条件下，贵金属活性组分易于团聚造成催化剂活性下降，催化剂的稳定性降低；贵金属的用量较高，造成目前机动车尾气净化装置的价格昂贵。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种铈钇复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法，该催化剂能够提高对机动车排放的颗粒物催化氧化活性，尤其是低温的催化活性以满足机动车冷启动的要求。该方法简单易行，贵金属的用量少。

为了达到上述目的，本发明提供了一种铈钇复合氧化物担载铂的催化剂，该催化剂以纳米立方体结构的铈钇复合氧化物为载体，以铂为活性担载组分，铂以单原子或纳米颗粒的形式担载在铈钇复合氧化物的表面。