[发明专利]常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)采用现有方法将金属盐通过煅烧法或自蔓延法制备出金属氧化物载体或复合金属氧化物载体；(2)将不同贵金属前驱体溶液与金属氧化物或复合金属氧化物经混合、研磨、煅烧，得到贵金属以单原子形态负载到金属氧化物或复合金属氧化物上的单原子催化剂；(3)对所述的单原子催化剂进行高温水热处理，即得到具有较多氧空位和羟基自由基的单原子催化剂。本发明贵金属负载量极低，因而降低催化剂制造成本；也可以解决过渡金属催化剂活性低、反应温度高的缺点，可以极大地提高苯的氧化活性，有效的降低反应温度，提高安全系数，最终实现在常温下高效地催化氧化苯。

技术领域

本发明涉及一种对苯具有高氧化活性的单原子催化剂及其制备方法，属于催化剂设计与制备技术领域。

背景技术

单原子催化是如今催化领域的研究热点之一。单原子催化剂是指催化剂中的活性金属(M)组分以“孤立的原子”的形式-不存在M-M金属键-固定于载体上的催化剂。与传统催化剂相比，单原子催化剂具有显著优势：金属负载量极低(＜1wt％)，极大地提高了活性金属的利用率(最高可达100％)；活性中心组成单一，结构一致，改变催化剂上活性组分对不同分子的脱附/吸附选择性，从而影响反应动力学。

自张涛院士团队及其合作者在2011年首次报道了用于CO氧化的Pt₁/FeOx单原子催化剂以来，单原子催化剂的研究逐渐成为催化领域的一个热点。国内外学术期刊相继发表了多篇单原子催化主题的文章，对单原子催化剂的制备方法、表征手段和应用领域进行了总结。目前，科研人员已经开发了多种单原子催化剂的制备技术，如共沉淀法、浸渍法、原子层沉积法、高温蒸汽转移法等。各种金属的单原子催化剂也常见报道，如贵金属单原子催化剂(如Pt、Pd、Au、Ir、Ag、Rh、Ru等)以及非贵金属单原子催化剂(如Fe、Co、Ni等)。而单原子催化的应用领域也更加广泛，不仅包括传统的催化反应(如CO氧化、WGS反应、选择性加氢和氧化反应)，还涉及到新型催化领域(如燃料电池、光电催化领域)。

VOCs(挥发性有机物，Volatile Organic Compounds)常用的降解方式是催化氧化法，而高稳定性以及高活性催化剂的制备是VOCs氧化过程的关键。VOCs尤其是芳香类VOCs不仅具有强烈的致癌、致畸以及致突变作用，同时容易发生大气光化学反应，导致雾霾以及光化学烟雾的产生，甚至还会加剧温室效应。因此，寻求一种高活性、高稳定性的降解芳香类VOCs的催化剂至关重要。

目前，芳香类VOCs降解常用的催化剂分为两类，一类是负载型贵金属催化剂，另一类是过渡金属催化剂。负载型贵金属催化剂主要采用Pt系和Pd系催化剂，虽然可以实现甲苯的高效转化，但是其转化90％的温度往往高于100℃，而且贵金属昂贵的价格也限制了它的大规模应用。过渡金属催化剂主要采用Mn、Cu、Co、Ce等过渡金属的氧化物进行芳香类VOCs的催化氧化。虽然过渡金属也可以使芳香类VOCs的降解率达到90％以上，但是往往需要较高的温度(200℃)，能耗很大，十分不经济。

目前，还没有一种可以在常温(-20～80℃)下，即可高效、节能、稳定氧化芳香类VOCs废气的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种降低了催化剂制造成本，可以极大地提高苯的氧化活性，有效的降低反应温度，提高安全系数，最终实现在常温下高效地催化氧化苯的常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂及其制备方法。

苯的常温高效催化氧化降解的催化剂及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备金属氧化物载体；

步骤二、制备金属氧化物载体负载的贵金属单原子催化剂，具体步骤为：