[发明专利]一种双金属元素共掺杂的镧基钙钛矿氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双金属元素共掺杂的镧基钙钛矿氧化物催化剂及其制备方法和应用。首先，该材料是由碱金属或碱土金属元素和铈元素A位共掺杂的镧基钙钛矿氧化物催化剂材料，其中，所述钙钛矿材料为镧铁、镧钴、镧锰、镧镍钙钛矿的任意一种；其次，该制备方法主要利用对应金属元素的硝酸盐和葡萄糖为络合剂的方法将钙钛矿中A位与B位离子进行络合进而得到镧基钙钛矿氧化物材料。本发明所涉及的由碱金属或碱土金属元素和铈元素A位共掺杂的镧基钙钛矿氧化物催化剂材料具有制备工艺简单、实用性强、容易实现规模化生产的优点。

技术领域

本发明公开涉及催化剂材料制备技术领域，尤其涉及一种双金属元素共掺杂的镧基钙钛矿氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济高速发展，工业规模不断增长，以石油燃料为主的能源消耗大幅攀升，导致以PM2.5、酸雨和臭氧为特征的区域性复合型大气污染问题十分突出，研究表明，柴油机尾气污染物中的炭烟颗粒物是城市大气污染主要来源之一。在过去的几十年中，多种技术包括清洁油品技术、发动机燃油优化燃烧和尾气后处理技术，都被广泛研究并用于炭烟颗粒的消除。其中，将柴油车尾气污染物在未排入大气环境前进行催化净化治理是解决柴油车尾气炭烟颗粒物重大环境污染问题的最有效手段之一。目前，制约该技术发展的关键是高性能催化剂的研发。

近些年，钙钛矿氧化物催化剂因其成本低、热稳定性和机械强度高及氧化还原性好等优点而被广泛地应用于柴油机尾气炭烟颗粒催化燃烧的研究。钙钛矿型催化剂是指与天然CaTiO₃结构相同的氧化物，其结构通式为ABO₃。20世纪70年代初，Libby和Voorhoeve等初步研究了含钴或锰的钙钛矿催化剂在汽油机尾气方面的催化，发现钙钛矿型结构催化剂具有较高的活性(Libby W F.Sicence,1971,171:499；Voorhoeve R J H,Remeika J P,Freeland P E.Sicence,1972,177,353)。研究表明，钙钛矿催化剂是一种很有潜力的贵金属催化剂的替代品，具有一般催化剂没有的优点：(1)组成元素和化学成分多样；(2)颗粒物体积稳定且容易进行比表面积评估；(3)化学计量数、化学价、空位变化范围较大，对催化性能的改变潜力较大(Zhu J J,Li H L,Zhong L Y,et al,ACS Catalysis,2014,4,2917)。目前，钙钛矿型氧化物催化剂材料主要有以下几种制备方法，共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等，但是上述方法制备的钙钛矿催化剂在催化剂的形貌、孔径等的方面还存在一定的局限。