[发明专利]铈基核壳结构催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开铈基核壳结构催化剂及其制备方法，采用脉冲激光合成核壳结构，该催化剂通过氧化铈和银的相互作用，增强了催化剂的催化性能，提高了铈基催化剂催化碳烟颗粒物的催化活性和稳定性，从而降低污染物的排放，减少大气污染。

技术领域

本发明属于催化技术领域，更加具体地说，涉及一种铈基催化剂及其合成方法。

背景技术

氧化铈是一种廉价而用途极广的材料，广泛应用于发光材料、紫外吸收材料、催化剂、玻璃的抛光、汽车尾气净化催化剂、电子陶瓷等领域。近年来随着稀土新材料的迅速发展及广泛应用，人们发现纳米CeO₂粉末具有新的优异性能及应用，CeO2纳米材料的制备、功能特性及应用研究己成为研究等热点。

氧化铈由于在高温的情况下容易烧结，限制了氧化铈作为尾气催化的应用，因此研究者们通过各种方法来提高氧化铈的催化活性。李亚栋等以Ce(NO₃)₃和丙酸为原料，在乙二醇中采用溶剂热法得到CeO₂微球，然后采用负载Ag纳米颗粒的方法，使其对CO、NO的催化活性大大提高。同样李亚栋课题组将Ce(NO₃)₃溶于乙二醇中，采用溶剂热法合成了纳米球及纳米立方，再加入ZrOCl₂溶液合成了固溶体空心纳米球及纳米立方，氧化铈的性能得到了进一步的提高。Galen D.Stocky等人利用史托伯法先制备了SiO₂小球，并以此为模板制备空心的CeO₂小球。乙二醇为溶剂，采用溶剂热法制备出SiO₂@CeO₂结构，再使用NaOH除去模板，得到壳层为12nm的空心CeO₂小球，研究测试表明，其比表面积高达123m²/g。在此基础上，他们又掺杂Zr进所制得的空心球，制备了一系列Ce-Zr-O固溶体，实验发现Zr的含量最高可达13wt％而保持空心球不变形。

二氧化铈与其他材料复合可以大大提高二氧化铈本身及其复合材料的性能。为了提高其催化活性，可以使贵金属纳米颗粒与二氧化铈复合，如：Pt、Pd、Au等。Zhang^]等人制备了球形Pt@CeO₂纳米球及核壳型Pt@CeO₂纳米球，通过光催化降解苯乙醇的实验证明，Pt@CeO₂纳米球由于Pt纳米粒子与CeO₂充分接触，电子与电荷的转移比球型的Pt@CeO₂纳米球好，因此核壳型的纳米球的催化效率最高。两种形貌的Pt@CeO₂纳米球的光催化性能要远远大于Pt-CeO₂复合型的纳米材料。Kayama等人采用水热法合成了“饭团”状的CeO₂-Ag复合物，先将一定比例的硝酸铈与硝酸银溶于水中，然后加入一定量的氨水，氨水与银离子形成银氨溶液而硝酸铈会生成氢氧化铈，由于银氨离子的强氧化性会将非常容易被氧化的氢氧化铈氧化，从而生成CeO₂-Ag纳米“饭团”结构。他们通过测试其对CO、NO的催化氧化，发现CeO₂-Ag纳米“饭团”结构对CO、NO的催化效率远远高于普通的Ag-CeO₂。由于CeO₂的大多数性能尤其是催化性能与二氧化铈晶格内的氧空位有关，因此如何提高二氧化铈晶格内的氧空位是当前研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，克服现有调控方法步骤复杂，得到催化剂热稳定性差，催化效果不理想的缺点，采用激光合成Ag@CeO₂核壳结构，大大提高了催化剂的氧空位浓度以及催化剂的稳定性，促进了铈基催化剂的研究，从而进一步提高催化剂的催化活性与稳定性，减少污染物的排放。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

铈基核壳结构催化剂，以纳米银为内核，在纳米银外形成氧化铈纳米层。