[发明专利]一种具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈催化剂的制备方法

说明书

一种具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈复合催化材料的制备方法：将铈(Ce)元素、过渡金属元素(V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等)以及贵金属元素(Rh，Pd，Au，Ru等)的可溶盐(硝酸盐、醋酸盐或氯化盐)溶解在水溶液中，然后将溶液加入到草酸或草酸铵溶液中，共沉淀得到多组分沉淀物，经过空气下焙烧后得到双金属共掺杂二氧化铈的多组分复合金属氧化物催化剂。本发明通过操作简便的草酸共沉淀法实现多种金属离子的均匀混合与沉淀，制备方法简单，可用于大量生产，发明的具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈催化剂具有较多的变价金属离子、较高的比表面积、优异的可逆氧储存‑释放能力以及金属离子间的协同作用等特点，在多相催化领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于环境催化与纳米科学领域，涉及一种能够在多种催化领域使用的具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈，具体包括该催化剂的制备方法。

背景技术

随着工业的发展崛起及机动车的迅速普及，工业废气和尾气排放成为环境恶化的主要因素，如何高效地转化工业废气和尾气排放成为人类关注的重点，其中高效的催化剂成为目前的研究热点。

二氧化铈(CeO₂)作为一种资源丰富且廉价的萤石结构稀土氧化物，而被广泛应用于催化、燃料电池及生物材料等多种领域。它具有丰富的氧空位和酸碱性反应活性位点，优异的Ce³⁺/Ce⁴⁺可逆转化的氧化还原性能及其快速的储放氧能力，因此作为催化剂或者催化剂载体在多相催化领域受到极大关注。从目前的研究报告中看，纯二氧化铈(CeO₂)虽然具有优异的可逆储氧-脱氧性能，但其本身自发形成氧空位所需的活化能较高，储氧容量比较低，通常需要较高的催化温窗才能实现优良的催化性能。因此CeO₂自身催化能力受限，无法达到高效的催化氧化效果。掺杂型铈基催化剂由于引入掺杂金属离子，降低了氧空位形成能，不仅提高了氧空位和Ce³⁺活性位点浓度，而且增强了晶格氧迁移能力，从而实现高效催化反应活性。过渡金属元素(V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等)均具有多种价态，储氧容量较高，在催化反应过程中能够促进电子及氧离子传输，能够很好地解决纯二氧化铈(CeO₂)催化剂中存在的催化温窗高的问题。但后来实验中发现，单一掺杂过渡金属元素在催化反应中所需的温度依然较高。因此考虑双金属共掺杂来进一步提高催化剂的催化性能。相关资料显示，贵金属元素(Rh、Pd、Au等)与二氧化铈(CeO₂)之间具有强电子传输等协同作用使贵金属掺杂二氧化铈(CeO₂)的还原势能大大降低。例如钯(Pd)元素，实验结果表明随着钯(Pd)掺杂量的增加，氧化物的还原温度能够降到200℃以下，但随着加热时间的增长，Pd离子会从Ce_1-xPd_xO_2-δ的晶格中析出并在表面形成金属Pd，表明Pd掺杂二氧化铈(CeO₂)存在稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便的方法制备具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈催化剂。该催化剂以稀土元素铈(Ce)作为主要成分，掺杂一定量的过渡金属元素(V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等)以及少量的贵金属元素(Rh，Pd，Au，Ru等)。

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高效简单的双金属共掺杂二氧化铈催化剂的制备方法，能够获得高比表面积以及高效地发挥金属离子间的协同作用。

本发明提供了一种具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈催化剂的制备方法，以稀土元素铈(Ce)作为主要成分，掺杂一定量的过渡金属元素以及少量的贵金属元素；制备步骤如下：

1)将不同配比、不同金属离子的盐溶液与二水草酸或草酸铵溶液混合、搅拌、静置、过滤、干燥后得到金属草酸盐前驱体；

2)在空气氛围中，将金属草酸盐前驱体进行焙烧，得到具有多孔结构的双金属共掺杂二氧化铈催化剂。