[发明专利]一种超分散的贵金属多相催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种超分散的贵金属多相催化剂及其应用，本发明的催化剂包括具有氧空位的二氧化钛载体及负载于该二氧化钛载体上的贵金属粒子，贵金属粒子的负载量为10~25%，贵金属粒子为Au、Ag、Rh、Os、Ir、Ru、Pt或Pd粒子，优选为Ru或Pd粒子；所述贵金属粒子的平均粒径为1~3nm。与一般的二氧化钛负载贵金属催化剂相比，本发明的多相催化剂具有贵金属粒子分散均匀，并且贵金属粒子的颗粒大小不随负载量增加而发生团聚的优点，由于本发明多相催化剂中的贵金属和二氧化钛的氧空位共同作用，导致电子发生转移，使贵金属富电荷，从而不易使催化剂易发生团聚。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种超分散的贵金属多相催化剂及其应用。

背景技术

负载型金属催化剂是最常见的多相催化剂之一，广泛应用于化学工业。金属和载体都是非常重要的，因为在很多情况下，载体不仅可以稳定分散的金属，还可以通过金属载体的相互作用改变其形态和电子结构，改变催化剂的性能。特别是强金属载体相互作用(strong metal support interaction, SMSI)，这是Tauster等人(Garten, J. Am. Chem.Soc. 1978,100, 170 – 175)发明的一个术语，用来描述负载在可还原氧化物上的铂族金属(PGMs)在高温还原后失去了吸附小分子的能力，这一现象已经被研究了很长时间。SMSI使电荷转移和质量从载体转移到金属；从而大大提高了催化剂的稳定性，改善了催化剂的催化性能。

贵金属纳米粒子因其在各种催化剂上的广泛应用而备受关注。纳米粒子的催化性能对尺寸、尺寸分布和金属载体相互作用高度敏感。一般来说，金属纳米颗粒尺寸的减小提供了一个很大的机会来实现高的表面与体积比，从而提高催化应用的效率。人们努力开发合成路线以获得小于5nm的贵金属纳米粒子，这通常涉及到使用有机封盖分子或聚合物稳定剂。例如：钌(Ru)在许多催化反应中起着重要的作用，包括氢化、CO氧化和费托合成反应。虽然使用不同的封头剂合成了不同尺寸的钌纳米粒子，但在亚2nm体系下合成钌纳米粒子的报道很少。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供超分散的贵金属多相催化剂，通过特定的方法合成含贵金属粒子的多相催化剂，所述多相催化剂对不随金属负载量的增加而呈现大面积团聚的现象，贵金属粒子在催化剂载体上超分散并且对空气、水、热均稳定。

所述的一种超分散的贵金属多相催化剂，其特征在于包括具有氧空位的二氧化钛载体及负载于该二氧化钛载体上的贵金属粒子，贵金属粒子的负载量为10~25%，贵金属粒子为Au、Ag、Rh、Os、Ir、Ru、Pt或Pd粒子，优选为Ru或Pd粒子；所述贵金属粒子的平均粒径为1~3nm。

所述的一种超分散的贵金属多相催化剂，其特征在于所述具有氧空位的二氧化钛的制备方法为：以TiO₂（B）为原料，在惰性气体气氛中，于500～1200℃温度下煅烧0.5～8h，即得到所述具有氧空位的二氧化钛。

所述的一种超分散的贵金属多相催化剂，其特征在于所述惰性气体为氮气。

所述的一种超分散的贵金属多相催化剂，其特征在于所述多相催化剂的制备方法包括以下步骤：

1）将所述具有氧空位的二氧化钛加入到贵金属前驱体的水溶液中，搅拌混合均匀，使贵金属前驱体吸附在二氧化钛上，然后于60-80℃下加热搅拌直至水分完全挥发，得到固体混合物；

2）将步骤1）所得固体混合物置于管式炉中，通入氢气的气氛下进行焙烧，使得二氧化钛上负载的贵金属前驱体被还原成贵金属粒子，即制得所述多相催化剂；其中，贵金属前驱体为Au、Ag、Rh、Os、Ir、Ru、Pt或Pd金属的氯盐或硝酸盐，优选为Ru或Pd金属的氯盐；

步骤2）中，焙烧温度为200-600℃，优选为250-500℃。