[发明专利]镨基载体负载纳米金催化剂，其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镨基载体负载纳米金催化剂，其制备方法和应用，将镨元素作为第二组分加入到钛元素、锆元素、铈元素或镧元素中，并采用溶胶凝胶法、水热合成法、浸渍法制备了镨基复合氧化物载体，通过调变两种复合元素的比例，从而改变载体内部氧原子的化学环境，获得具有高氧空位数目的镨基复合氧化物负载型纳米金催化剂。镨基复合氧化物负载型纳米金催化剂合成方法多样、催化剂尺寸均一、分散效果好，在应用于低温水煤气变换反应和模拟CO₂激光器含高浓度CO₂的贫氧气氛下的一氧化碳氧化反应中均展现出优异的催化活性和较高的稳定性能，有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种镨基复合氧化物或者镨基复合氢氧化物负载的纳米金催化剂，本发明还涉及所述催化剂的制备方法及应用。

背景技术

中国是世界稀土资源储量大国，总储量约4400万吨，约占全球稀土资源总储量的37.8％。2019年，我国的稀土矿产量达到13.2万吨，占比全球稀土矿总产量近63％，是世界最大的稀土矿生产国。但我国稀土应用技术与国外相比在研究开发和产业化方面仍有较大的差距。

因具有独特的电子层结构和多种可变价态，稀土元素在提高催化剂载体的热稳定性和机械强度，改善催化剂的储氧能力等方面展现出优异的性能。通常是以氧化铈为主要组分单独或与其他氧化物结合作为催化剂的载体材料(CN1129576910A，CN1921936A)。氧化镨最稳定的氧化态为Pr₆O₁₁，Marcus 小组的研究表明其中Pr³⁺含量约占50％(ChemCatChem 2010，2，694)，故氧化镨从理论上讲具有非常高的储氧能力，而储氧能力又与催化活性的高低有直接联系。因此，这一优良的储氧性能对于无氧或者贫氧的反应(例如：新型水煤气变换反应或封闭式CO₂激光器含高浓度CO₂的贫氧气氛条件下的CO氧化还原反应)的高效催化剂开发和应用提供了很好的理论支撑。然而，稀土元素镨作为载体或助剂的催化剂在催化领域的研究较少且不系统。

自上世纪80年代Masatake Haruta发现过渡金属氧化物Fe₂O₃、NiO和Co₃O₄上负载纳米金粒子可在低温下将CO完全氧化[M.Haruta,N.Yamada,T.Kobayashi,S.Iijima,J.Catal.,115(2)(1989)301]，负载型金催化剂在CO催化消除或转化方面的基础研究和应用研究也随之展开，如在富氧条件下开发的CO氧化反应用纳米金催化剂，可用在除CO的防毒面具(C.W.Corti,R.J.Holliday,Gold Bulletin 37(2004)20.)和烟草烟雾处理(CN1921936A，罗迪阿阿克土有限公司)。在高浓度二氧化碳气氛条件下开发的CO氧化反应用金催化剂可用于封闭式CO₂激光器环境(韩春，苏慧娟，林清泉，李菲菲，祁彩霞^*,山东化工，6(46)(2017)41；Qingquan Lin,Chun Han,Huijuan Su,Libo Sun,Tamao Ishida,Tetsuo Honma,Xun Sun,Yuhua Zheng,and Caixia Qi^*,RSC Adv.7(2017)3878)。纳米金催化剂也可用于烃类重整反应后为质子膜燃料电池提供高纯氢气，首先通过低温水煤气变换反应大幅降低CO的浓度(X.P.Fu,L.W.Guo,W.W.Wang,C.Ma,C.J.Jia,K.Wu,R.Si,L.D.Sun,C.H.Yan,J Am Chem Soc,141(2019)4613)，随后通过在富氢气氛下CO选择氧化反应(即PROX反应)除去微量的CO(林会，苏慧娟，郑玉华，孙逊，管仁贵，祁彩霞^*，富氢气体中CO优先氧化催化剂研究进展，工业催化，22(5)(2014)325；Caixia Qi^*,Yuhua Zheng,Hui Lin,Huijuan Su,Xun Sun,Libo Sun，Applied Catalysis B:Envirnmental，253(2019)160)。