[发明专利]热稳定ALD改性特定晶面CeO2

说明书

热稳定ALD改性特定晶面CeO₂载体负载Pd三效催化剂的制备，属于催化化学与纳米科学领域。包括如下步骤：(1)称取一定量的铈前驱体和氢氧化钠沉淀剂放入烧杯中溶解、反应，然后将混合液转移到自压反应釜中进行水热反应24h。(2)将反应后的混合液洗涤、干燥，研磨成粉末置于马弗炉中，温度为500‑1000℃焙烧4‑6h，得到不同形貌的二氧化铈载体。(3)通过浸渍法将制备的二氧化铈载体和贵金属溶液混合，最后得到负载型贵金属铈基催化剂。(4)通过原子层沉积技术(ALD)涂覆5‑20cycles的Al₂O₃。本发明所得催化剂具有较高的催化活性和高温热稳定性。

技术领域

本发明利用ALD技术对暴露特定晶面CeO₂载体负载Pd催化剂Pd/CeO₂进行表面改性，提高其三效催化性能。涉及一种具有高性能Pd基三效催化剂的制备方法，属于工业催化领域。

背景技术

机动车排放尾气严重危害了环境和人类健康。人们的环保意识逐渐加强，政府也制定了日益严格的汽车尾气排放标准。2016年12月23日，国家环保部公布国6排放标准，其中自2020年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合国6b。相对于国五排放标准，国六排放标准对于污染物排放限值显著降低，这意味着配套的催化剂需要具有更高的转化效率和更低的起燃温度；且国六排放标准对催化剂使用时效的规定为20万公里，对于催化剂的热稳定性提出了更高的要求。

针对三效催化剂中的热稳定性和贵金属减量等问题，Nagai(J.Catal.2006,242,103-109)等研究发现，Pt/CeO₂催化剂在空气中800℃老化处理后，通过EXAFS结果可知Pt和CeO₂之间形成了强的Pt-O-Ce键，表明贵金属Pt和载体CeO₂之间的强相互作用对于热稳定性起了重要作用，利用金属-载体强相互作用可以有效抑制金属烧结，间接减少贵金属用量，但是其老化温度较低，不能达到工业所需要求。Qin以原子层沉积技术(ALD)为界面修饰手段，将Ni纳米粒子嵌在Al₂O₃内壁中，以产生更多的Ni-Al₂O₃界面，促进氢化反应。研究表明构建界面可有效提高催化剂的催化性能，但是其前驱体合成复杂、成本较高，且回收率较低，导致前驱体利用率低。本课题组通过改进法在Pd/Al₂O₃催化剂表面沉积SiO₂,通过控制TEOS的水解时间制备出不同厚度的SiO₂包覆层，在900℃老化处理后有效控制了贵金属的烧结，上述研究虽然有效控制抑制了贵金属的烧结，提高了催化剂的热稳定性。但该研究不能精确控制包覆厚度，以及构造的氧化物-金属界面作用力不同，不能达到精确抑制贵金属的烧结。虽然在一定程度上提高了三效催化剂的热稳定性，但是其催化活性也有很大的不同。Emiel J.M.Hensen(Applied Catalysis B:Environmental 243(2019)36-46)研究发现CeO₂暴露不同晶面对CO催化活性的影响，证明了不同活性晶面对催化性能的差异性，但其高温处理后易导致晶面发生形变，从而影响其热稳定性。本发明通过制备出暴露高活性(100)晶面的CeO₂纳米棒载体，经ALD技术精确修饰贵金属催化剂的活性晶面，提高活性晶面的高温热稳定性，同时经过缓慢的高温氧化处理(即后面的老化或氧化处理)，构造出多重界面结构，使特定晶面CeO₂载体负载Pd催化剂的三效催化性能大幅度提高。本发明利用ALD技术修饰暴露特定晶面载体负载Pd催化剂，不仅可以在高温条件下保持CeO₂高活性(100)晶面，而且氧化处理过程中，Pd在CeO₂载体特定晶面上没有发生团结，具有比未经高温处理Pd催化剂更好的分散性，从而有效提高贵金属催化剂的三效催化的低温活性和热稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能且环境友好的具有高温热稳定性的Pd基等催化剂。