[发明专利]一种铑-铝复合氧化物纳米空心粉体的制备方法

说明书

本发明公开了一种铑‑铝复合氧化物纳米空心粉体的制备方法，包括如下步骤：将纳米铝粉置于铑溶液中，得到具有铝核‑铑壳结构的复合金属粉体，再将具有铝核‑铑壳结构的复合金属粉体置于加热炉中，在空气环境中逐渐加热至1000℃，得到铑‑铝复合氧化物纳米空心粉体。本发明具有如下优点：制备的铑‑铝复合氧化物纳米空心粉体的平均粒径约为100‑200nm，且相较于传统方法制备的氧化铑，具有更大的比表面积，进而可以提高铑在催化剂中的分布率和使用效率，达到充分利用和提高氧化铑催化活性的目的。

【技术领域】

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种纳米级铑-铝复合氧化物纳米空心粉体的制备方法。

【背景技术】

汽车排气净化用催化剂分氧化催化剂和还原催化剂(三元催化剂，Three—WayCatalyst)两种。70年代大量使用的是氧化催化剂，进入80年代后大量推广应用三元催化剂，到1988年，三元催化剂已占80％～90％。氧化催化剂以铂钯为主要活性组分，涂层材料主要为为γ-Al₂0₃和铈锆固溶体粉体，催化剂和涂层载体主要为陶瓷或金属蜂窝体，其功能是将排气中的有害物CO和HC氧化转化为CO₂和水。三元催化剂中除了使用铂或钯外，还必须使用铑元素为还原催化剂的主要活性组分，其他涂层材料和载体与氧化型催化剂类似，其功能是将排气中的三种有害物(CO、HC和NOx)同时消除，其中对氮氧化物NOx进行还原反应，最终将三种有害物转变为CO₂、H₂O和N₂。

贵金属氧化物催化剂由于其无可替代的催化性能以及选择性，在石油、化工、医药、农药、能源等领域中有极其重要的地位。特别是近年来，国民经济飞速发展，高速公路网全面建设，以及生活水平极大提高，汽车逐渐融入人们日常生活当中，在为社会带来快捷便利的同时，也带来了一系列的社会问题，如汽车尾气的排放对环境污染严重，在一定程度上制约国民经济发展、危害群众健康成为影响社会稳定和谐的重要因素。在环境问题日益突出和人们对环境保护日益重视的新形势下，汽车尾气排放问题越来越引起社会注意，因此采用贵金属氧化物作为催化剂净化汽车尾气，减少有毒气体的排放，保护人群健康，促进社会和谐发展显得尤为重要。氧化铑作为一种典型的贵金属氧化物催化还原剂，具有优异的催化还原性能，在很大程度上可降低汽车尾气排放中的氮氧化物有毒气体，成为汽车尾气处理配件中的不可或缺的催化材料。传统工艺的氧化铑作为催化剂的主要材料之一，由于制作和烧结过程形成颗粒较大，等量的氧化铑在催化剂中的分布比表面积比较小，与气体接触的面积相对较少，存在浪费的现象。纳米氧化铑由于其尺度在纳米量级，具有较大的比表面积能以及更高的催化活性，因此制备纳米氧化铑能更好的减少催化剂成本，为国家节省更多的贵金属资源。但纳米氧化铑胶溶液比纳米钯纳米铑的制作要困难得多。在催化剂制造领域，已有纳米铂、纳米钯等的制作技术，如专利号201610199715.3、201310272768.X、US7700520B2、US9156025B2、专利申请号CN101856612A、CN102371151A、CN102553579A等，很少见到纳米铑的专门制作技术。这也是本发明的主要目的。

传统的氧化铑催化剂制作是将一定量铑盐添加于由催化剂涂层粉料与弱酸水溶液混合配制的浆料中并涂覆于催化剂载体表面，而后将涂覆有催化剂的载体加热至500℃以上进行烧结。在烧结过程中，浆料中的铑盐经氧化转变为分布于催化剂涂层内外、且具有催化作用的氧化铑粒子，发挥氧化还原的催化作用。

但是，传统方法制备的氧化铑粒子形成于烧结过程中的高温下，不同铑粒子间原子容易发生扩散，因此该方法制备的催化剂载体涂层中的氧化铑由于相互粘结烧结而粒子直径较大，约为数百纳米至几十微米，而且可能和其他贵金属元素(比如钯或铂)烧结形成较大的合金体，这样形成的贵金属合金催化活性相对较弱，同时这种合金和贵金属氧化物由于颗粒较大、比表面积相对较小、必将造成颗粒内芯部分的贵金属无法与尾气成分直接接触、降低贵金属的有效充分利用、造成贵金属使用上的浪费。

【发明内容】