[发明专利]一种Pd/SiO2

说明书

技术领域

本发明属于金属催化剂技术领域，涉及一种复合型钯纳米晶材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种Pd/SiO₂@Al₂O₃纳米晶材料及其制备方法、应用。

背景技术

催化剂是在化学反应中最常见的物质之一，它是指在化学反应里能改变反应物化学反应速率而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂，它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性。据统计，约有90％以上的工业过程中使用催化剂，如化工、石化、生化、环保等。因而，领域内对于催化剂的研究一直保持着高度的关注。

如天然气应用中，虽然其具有储量丰富、热效率高、价格低廉、污染较小等优点，被认为在21世纪的能源地位将不断提高。但是，天然气的主要成分甲烷的直接燃烧的起燃温度较高，且在高温下将会导致有毒气体氮氧化物NO_x和CO的排放，造成环境的二次污染。同时，汽车或者电汽移动设备产生的低浓度的甲烷废气将会加重温室效应，这是因为CH₄作为一种温室气体，其产生的温室效应是CO₂的21倍。可是甲烷又具有较高的燃烧热值，所以将甲烷转化为CO₂具有重要的经济效益和社会效益，近些年的研究表明，催化燃烧技术可降低CH₄的起燃温度，且在燃烧过程中不产生二次污染，是低浓度CH₄高效利用的有效技术途径之一。

由于甲烷分子高度的对称性，其化学性质高度稳定，因此，甲烷的氧化燃烧通常发生在600℃以上。贵金属在氧化反应中的通常活性顺序为Ru<Rh<Pd<Os<Ir<Pt。不同的贵金属对不同的反应物可能有不同的催化活性。在甲烷的低浓度催化燃烧领域，Pd系催化剂是甲烷低温燃烧反应中催化活性最好的催化剂。相比于贵金属Pt催化剂，Pd系催化剂在催化氧化过程中存在着Pd/PdO之间的相互转化。其中，众多的文献已报道PdO是甲烷燃烧的催化活性物种，尤其在烷烃燃烧的低温阶段。但是PdO在高温或者低O₂分压条件下很不稳定，很容易分解为金属Pd。因而，在长期的高温催化过程中，Pd催化剂的团聚、烧结和活性相的转变会导致催化剂的失活。

近年来，负载型Pd系催化剂是较为常用的稳定催化剂的方法，在众多的金属氧化物负载中，CeO₂被认为是提高PdO的最有效的促进剂。在低温燃烧阶段，一方面CeO₂可以把氧转移给Pd，进而提高催化剂的低温燃烧催化活性；另一方面，在甲烷燃烧的高温区域，CeO₂可以提高PdO相的稳定性，进而稳定甲烷燃烧反应的高温热稳定性。但是稀土Ce的价格和储量，将会大大限制该方法的实际推广应用。

因此，如何找到一种更适宜的负载型Pd系催化剂，克服上述缺陷，已成为业内诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种Pd/SiO₂@Al₂O₃纳米晶材料及其制备方法，本发明制备的Pd/SiO₂@Al₂O₃纳米晶材料，无需复载稀土Ce的氧化物，就能够在烷烃燃烧反应中，具有较好的低温催化活性和高温催化热稳定性。

本发明提供了一种Pd/SiO₂@Al₂O₃纳米晶材料，包括Pd/SiO₂纳米晶以及包覆在所述Pd/SiO₂纳米晶表面的Al₂O₃层；

所述Pd/SiO₂纳米晶由Pd纳米晶体和SiO₂组成；

所述Pd纳米晶体复合在所述SiO₂表面。

优选的，所述Al₂O₃层的厚度为1～20nm；

所述SiO₂为SiO₂纳米球；

所述Pd纳米晶体的粒径为5～30nm。

优选的，所述Pd纳米晶体包括立方体Pd纳米晶体或八面体Pd纳米晶体；

所述SiO₂的粒径为350～450nm。