[发明专利]一种高温抗烧结金催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种“一锅法”制备高稳定、高活性的负载型纳米金催化剂的方法。其催化剂为“惰性氧化物”修饰的“活性氧化物”载体负载的金催化剂。该方法通过沉积沉淀法(DP)将金和惰性氧化物的前躯体，同时均匀的沉积到活性氧化物载体表面，然后通过简单焙烧的方式，使得金和惰性氧化物前躯体水解生成的氢氧化物脱水形成稳定的金颗粒以及惰性氧化物颗粒，最终形成了具有超高活性的抗烧结纳米金催化剂。此类催化剂在800度的苛刻条件下焙烧后，可以将金颗粒稳定在6nm左右。同时，此类催化剂在CO氧化等反应中表现出来非常高的催化反应活性，可以在极低的温度下将CO完全转化。

技术领域

本发明涉及一种高温稳定的高活性纳米金催化剂的制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

由于金纳米催化剂在很多反应中具有独特的催化活性。如:选择性氧化、选择性加氢、葡萄糖氧化、丙烯环氧化、水煤气变换反应、挥发性有机物(VOCs)的催化燃烧以及低温一氧化碳氧化反应等。因此金纳米催化剂在催化领域备受关注。

但由于金纳米粒子较低的塔曼温度使得金纳米催化剂在高温反应下烧结、失活等问题，严重阻碍金纳米催化剂的应用。目前有很多方法抑制金纳米粒子的团聚，例如李文翠等人将Au负载于的特殊多孔薄膜氧化铝上制备的高活性催化剂(Acs Nano,2013,7(6):4902-10)。张涛等人将Au负载于TiO₂与HAP混合的载体上利用金属与载体的强相互作用制备高稳定催化剂(Angewandte Chemie International Edition,2016,128(36):10764-10769)。陈等人利用核壳结构稳定金纳米粒子(Catalysis Letters,2014,144(11):1939-1945)。虽然目前已经有很多合成抗烧结催化剂的方法。但目前仍然存在两个主要问题：一是金纳米催化剂的耐高温能力依然偏低。二是封装催化剂造成活性位点数降低，催化剂失活。

因此，制备高稳定、高活性的金纳米催化剂仍然是一种挑战。

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种简单高效的合成高稳定并且具有高活性的金纳米催化剂的方法。并且此方法也可普遍应用在合成高稳定高活性的其它贵金属催化剂，例如Pt、Pd、Ru、Ir、Rh等。

本发明的目的在于提供一种具有超高抗烧结性能，高反应稳定性以及高活性的纳米贵金属催化剂的制备方法。具体的技术方案如下：

本发明一方面提供一种金催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将金的前驱体和氧化物载体按比例溶解得到混合溶液1；

(2)在40-80℃的温度下，向混合溶液1中加入沉淀剂，调节溶液的pH为6-10得到混合溶液2；

(3)向混合溶液2中加入惰性金属前驱体，反应1-5h得到混合溶液3；

(4)混合溶液3洗涤、真空干燥，在300-800℃煅烧得到所述金催化剂；

所述惰性金属前驱体为惰性金属的液态化合物，优选所述惰性金属的氧化物形态不能被还原，一般指该惰性金属元素只有金属态和一种正价态；所述氧化物载体为氧化钛、氧化铁、氧化锆，优选氧化钛(P25)。

基于以上技术方案，优选的，所述金的前驱体为HAuCl₄、KAuCl₄、NaAuCl₄、NH₄AuCl₄。

基于以上技术方案，优选的，所述惰性金属为Si、Al、Zn、Sn、Pb。

基于以上技术方案，优选的，所述惰性金属为Si，惰性金属前驱体为正硅酸乙酯。

基于以上技术方案，优选的，所述步骤(2)的温度为70℃，pH为8。