[发明专利]一种Al掺杂ZrO2介观晶体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Al掺杂ZrO₂介观晶体及其制备方法，属于金属氧化物功能材料的制备领域。本发明将氯化钠、硝酸铝、氧氯化锆和尿素按比例溶解于水中形成混合溶液，经150℃水热反应24 h，制得所述Al掺杂ZrO₂介观晶体。本发明制备方法简便易行，成本低，介观晶体产率高；所制得的Al掺杂ZrO₂介观晶体具有良好的单分散性，呈类球状或圆片状，内部多孔，BET比表面积高达160～172m²/g，是一种优良的水煤气变换催化剂载体。

技术领域

本发明属于金属氧化物功能材料的制备领域，具体涉及一种Al掺杂ZrO₂介观晶体及其制备方法和应用。

背景技术

介观晶体（简称介晶）是一种新型的晶体材料，它是指纳米晶基元按照特定晶体取向有序堆积而成的纳米晶超结构或有序聚集体，其内部通常存在大量堆积孔并可以显示类单晶的电子衍射行为。介晶材料同时具有单晶和多晶材料的结构特性，使其在工业上具有重要的应用价值，成为单晶和多晶材料的有力竞争者。目前，有关功能性氧化物介晶材料的可控制备和性能研究仍是一个颇具挑战性的研究课题。

二氧化锆（ZrO₂）是一种十分重要的功能材料，它同时具有表面酸性、碱性和氧化性、还原性，它还具有良好的热稳定性，这些性能使ZrO₂成为一种很重要的催化剂材料。Al元素常被作为助剂来调变ZrO₂或含锆催化剂的物理和化学性能。由Al助剂改性的ZrO₂基催化剂在CO氧化、CO还原NO、环己醇脱氢制环己酮、甲醇水蒸气重整等反应中表现优异的催化性能。Al掺杂的ZrO₂介观晶体同样可能具有重要的潜在应用价值。然而，截止目前尚未有Al掺杂ZrO₂介观晶体及其制备技术和应用的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al掺杂ZrO₂介观晶体及其制备方法和应用，其制备方法简便易行，适合规模化生产，制得的Al掺杂ZrO₂介观晶体产品单分散性好，BET比表面积高达160～172m²/g，内部具有丰富孔道，是一种优良的催化剂材料，特别适合用作水煤气变换催化剂载体。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Al掺杂ZrO₂介观晶体的制备方法，其包括以下步骤：

（1）将氯化钠、硝酸铝、氧氯化锆和尿素溶解于去离子水中，室温下搅拌后制得混合溶液；

（2）将步骤（1）所得混合溶液转入高温反应釜中，控制反应温度为150 ℃，反应时间为24 h；所得反应产物经离心分离、洗涤、干燥后得到Al掺杂ZrO₂介观晶体。

步骤（1）混合溶液中氯化钠的物质的量浓度为0～0.005mol/L；硝酸铝与氧氯化锆的物质的量浓度之和为0.75 mol/L，硝酸铝的物质的量占硝酸铝与氧氯化锆总物质的量的2%～5%；尿素的物质的量浓度为1.5 mol/L。

所得Al掺杂ZrO₂介观晶体为单斜晶相，形貌为类球状或圆片状，类球状直径为30～100 nm；圆片状直径为70～200 nm，厚度为30～70 nm；BET比表面积为160～172 m²/g，内部多孔，最可几孔径为2 nm。

所得Al掺杂ZrO₂介观晶体可用作载体制备水煤气变换催化剂，其制备方法为：在超声波破碎辅助条件下，将所述Al掺杂ZrO₂介观晶体分散于硝酸铜水溶液中，然后向上述溶液中滴加碱液至溶液pH=9.0，所得沉淀经离心洗涤、干燥、焙烧后制得水煤气变换催化剂；所用碱液为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。