[发明专利]负载超小贵金属纳米粒子汽车尾气净化催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种负载超小贵金属纳米粒子汽车尾气净化催化剂及制备方法，将金属氧化物或其混合物与贵金属前驱液溶液混合，向混合物中加入水和乙醇使其成为悬浊液，充分超声分散，高温快速雾化干燥，得到粉末状固形前驱物，将所得固态前驱物煅烧，即得汽车尾气净化催化剂。该制备过程操作方便，工艺简单，可用于负载型La₂O₃–M，Al₂O₃‑M，Ce₂O₃‑M、ZrO₂‑M及氧化物的混合氧化物‑M(M＝Pt，Pd，Ru，Rh)汽车尾气净化催化剂制备。该方法无污染，成本低廉，所负载的贵金属纳米颗粒平均直径不超过3nm，且均匀负载于上述氧化物粉体材料表面，具有较高的有效催化活性面积和优异的汽车尾气催化净化能力。

技术领域

本发明涉及一种负载超小尺寸贵金属M(M＝Pt，Pd，Ru，Rh)纳米粒子的汽车尾气净化催化剂的制备方法，特别涉及一种在La₂O₃、Al₂O₃、Ce₂O₃、ZrO₂及其以任意比例和任意种类混合(简称氧化物，下同)的所述的金属氧化物表面高度均匀分散、负载极小粒径(小于3nm)贵金属纳米颗粒的制备方法。

背景技术

截止2017年3月，我国汽车保有量已突破3亿辆，汽车已成为当今社会最为普及的交通工具，汽车数量的迅速增长直接导致了碳氢化合物(CH)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、颗粒物等主要污染物的急剧增加。在现代工业中，使用高效的汽车尾气净化催化剂能够有效减少这些污染物的排放。在汽车尾气催化剂中，贵金属因其d电子层未被填满而具有催化活性，同时由于贵金属的耐高温、抗氧化、耐蚀性强、活性大、选择性高、稳定性好等特点，使贵金属成为汽车尾气排放污染治理的不可替代的关键材料。但我国贵金属资源贫乏，如铂族金属仅占世界储量的千分之四。因此，如何高效使用贵金属，提高其尾气处理性能，降低贵金属使用量具有重要的战略资源意义。

贵金属纳米催化剂的尺寸是决定汽车尾气催化剂催化活性和成本的主要因素之一。已有研究表明高的金属分散度可以暴露更多的表面金属活性位,从而提高反应活性。如Mazda和Nissan公司分别宣布已经掌握三效催化剂(TWC)纳米化制备技术，所制备的TWC贵金属粒子粒度小于5nm,同时大幅减少汽车催化剂贵金属用量的同时还保持高的热稳定性。大幅降低贵金属纳米粒子的尺寸一方面可增加贵金属催化剂的比表面积，大幅度提高其催化活性；另一方面可节省贵金属资源，提高其利用率。但目前尚未有成熟的超小尺寸的贵金属纳米催化剂的制备技术，其技术难点主要在于：尺寸减小导致纳米粒子的表面能迅速增加，使纳米颗粒极易团聚，最终形成大尺寸粒子；超小尺寸贵金属纳米粒子的保存困难，目前主要通过添加大量的有机表面保护剂以提高纳米粒子的稳定性，但是大量的有机保护剂使用一方面易对纳米粒子表面造成污染，对其催化性能造成不良影响；另一方面也增加了制备成本，又对环境形成了潜在威胁。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制贵金属在催化剂载体表面的团聚，使其以极细小的尺寸均匀、稳固负载在汽车尾气催化剂载体La₂O₃、Al₂O₃、Ce₂O₃、ZrO₂及其混合物表面，并且工艺简单，无污染，成本低廉，能够实现批量制备的方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供的负载超小贵金属纳米粒子汽车尾气净化催化剂的制备方法，包括下述步骤：

1)首先将金属氧化物与贵金属前驱液混合，然后向该混合液中按照金属氧化物与贵金属总质量(固形物)与水和乙醇1：60：40的质量比加入水和乙醇，所形成的悬浊液含固形物为10％；随后充分超声分散，并高温快速雾化干燥，收集最终得到固态粉末状前驱物；