[发明专利]高分散型氧化钌催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开高分散型氧化钌催化剂及其制备方法和应用，由二氧化钛和氧化钌组成，二氧化钛和氧化钌均为金红石型，利用两者之间的晶格匹配来促进氧化钌的高度分散，并且筛选适宜的焙烧温度，在钌前驱体转化为氧化钌过程中，更好的与载体相互作用，获得高分散的氧化钌和较高的一氧化碳的氧化活性。

技术领域

本发明涉及一种利用复合型金属氧化物之间的特殊性质制备高分散型氧化钌的方法和其应用。具体的说，是利用载体金红石型二氧化钛和金红石型氧化钌之间的晶格匹配来获得高分散氧化钌和其在消除一氧化碳污染物中的应用。

背景技术

贵金属及贵金属氧化物在用于一氧化碳消除方面具有广泛的应用，包括Pt，Rh，Pd负载在氧化铝或者堇青石上用于汽车尾气的消除，亚纳米尺寸的Au用于低温下的一氧化碳的氧化等等。但是，使用Pt，Rh，Pd等贵金属作为催化剂不仅价格昂贵而且制备方法也较苛刻，必须在达到贵金属高度分散的同时且不能在消除一氧化碳的反应过程中烧结，所以要求较高的工艺手段，且价格昂贵；而且高度分散金属的活性较高导致的容易失活问题也比较严重。由于氧化钌出色的氧化性能，耐受性能和较其他贵金属更便宜的价格吸引了很多研究者的注意。但是如何制备高分散型的氧化钌是并且保证在反应过程中不至于严重烧结以至于快速失活是一个难点。

通常提高氧化钌分散性的方法是调变载体种类和性质。作为氧化钌载体的材料主要有氧化硅，氧化铝，氧化镁，氧化钛和分子筛等。氧化硅本身具有良好的热稳定性和化学惰性，作为载体可以保证载体在高温和苛刻条件下不至于变性影响到氧化钌的性质，但是因为和氧化钌之间的相互作用只是单纯的范德华力所以不能解决氧化钌的分散性问题。氧化铝拥有多种不同的结构形式，包括不同晶相，不同表面组成，不同孔道结构和不同表面积等。例如，晶相方面包括α，β和γ等，孔道结构有微孔，介孔，大孔等。所以氧化铝用于氧化钌的载体不可同一而论，但是总的来说，对于氧化钌的分散效果是有限的。Capucine S.等[Debecker,D.P.；Farin,B.；Gaigneaux,E.M.；Sanchez,C.； Sassoye,C.,Total oxidationof propane with a nano-RuO₂/TiO₂catalyst.Applied Catalysis A:General 2014,481,11-18.]研究P25(20％金红石和80％锐钛矿的混合物)分散的氧化钌用于丙烷完全氧化反应。结果表明在氧化反应过程中氧化钌会向金红石型的二氧化钛表面扩散，在金红石型的二氧化钛表面积累，使氧化钌得以稳定。但是氧化钌高效分散在金红石二氧化钛的表面用于一氧化碳的消除并没有被细致研究。Over 等[Over,H.；Kim,Y.D.；Seitsonen,A.P.；Wendt,S.；Lundgren,E.；Schmid,M.；Varga,P.； Morgante,A.；Ertl,G.,Atomic-ScaleStructure and catalytic reactivity of the RuO₂(110) surface.Science 2000,287(5457),1474-1476.]研究了UHV条件下的RuO₂(110)/Ru(0001) 表面的氧化能力，发现氧化钌在UHV条件对于一氧化碳的氧化具有很高活性。Rodriguez 等[Yang,F.；Kundu,S.；Vidal,A.B.；Graciani,J.；Ramirez,P.J.；Senanayake,S.D.； Stacchiola,D.；Evans,J.；Liu,P.；Sanz,J.F.；Rodriguez,J.A.,Determining the behavior of RuO_xnanoparticles in mixed-metal oxides:structural and catalytic properties ofRuO₂/TiO₂(110)surfaces.Angewandte Chemie 2011,50(43),10198-202.]研究了 RuO₂(110)/TiO₂(110)发现其具有和Au/TiO₂(110)相当的活性，而Au/TiO₂(110)一般来说是具有很高一氧化碳氧化的活性。但是由于UHV条件下和常压催化条件存在巨大的压力和材料的鸿沟，所以在常压条件下高分散型的氧化钌的制备和优异的一氧化碳氧化性能的催化制备一直是个问题。即使在实际条件下，氧化钛作为载体也需要考虑到氧化钛的晶相种类，晶相热稳定性和结晶性，表面和体相缺陷等问题。而且一般二氧化钛被认为是可还原性载体，所以在利用晶格匹配促进氧化钌的高效分散还需克服氧化钛自身氧空位的影响。