一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂及其制备方法和应用，属于机动车尾气催化技术领域。该催化剂以氧化铈为载体，表面负载有Pt及碱金属，其中Pt的负载质量分数为1％，碱金属与Pt的物质的量负载比例为1:1～10:1。本发明专利技术的机动车尾气催化剂能够在更低温度下表现出更高的CO氧化活性，拓宽活性温度窗口，同时具有较高的抗热老化性能，可广泛应用于汽油车、柴油车尾气中CO的消除反应。柴油车尾气中CO的消除反应。柴油车尾气中CO的消除反应。

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于机动车尾气催化
，具体涉及一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着当前机动车保有量的不断增加，随之而来的机动车尾气污染排放问题也愈加严重。为降低尾气中污染物的排放浓度，安装在汽车后部的尾气催化器能够将尾气中的CO等污染物进行催化消除。氧化铈具有优异的氧化还原能力和电子迁移能力，是目前尾气催化器中非常重要的催化剂载体组分。而铂族贵金属具有优良的催化性能，在目前的机动车催化领域被广泛用作催化器的活性组分。
[0003]贵金属的价格居高不下，这对其工业应用带来了非常大的成本压力。倘若催化剂能够以高分散的形式分散在氧化铈表面，原子利用率则会大大提高，从而有效降低催化剂的工业生产成本。但单原子铂催化剂由于容易过强的金属载体间相互作用以及来自CO等物质的毒化作用，其催化活性不尽人意。传统的提高催化剂活性的手段包括还原性气氛处理、构建不同形貌的载体等手段，但制得的催化剂稳定性较差，无法满足工业应用的长使用寿命的要求。因此，亟需一种方法来保证催化剂在保持其单原子稳定结构的同时提高其催化氧化尾气污染物的性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术要解决的一个技术问题在于提供一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂。本专利技术要解决的另一个技术问题在于提供一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法。该方法利用碱金属作为改性助剂对表面的铂物种的电子结构和几何结构进行调控，同时稳定其单原子结构；通过碱金属对催化剂的改性，使其催化活性得到了有效提升，同时表现出非常良好的热稳定性；反应原料简单易得，制备方法简便，提升效果明显；解决了单原子铂铈催化剂在高温的尾气气氛下易失活的问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种利用碱金属改性的铂铈催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)将硝酸铈在300℃下焙烧3小时，使得硝酸铈能够完全分解。将反应后所获得的氧化铈充分研磨成细小均一的粉末，作为催化剂载体；粉末粒径为20
‑
50nm；
[0008]2)将硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐溶于水溶液中，分别得到铂和碱金属的水溶液；其中硝酸四氨合铂的水溶液浓度为0.05mmol/mL，碱金属水溶液中碱金属离子浓度为0.15mmol/mL；
[0009]3)利用初湿浸渍法在氧化铈表面负载硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐；负载完成后的粉末在60℃条件下干燥12小时，然后在800℃条件下煅烧10小时，得到碱金属改性的单原子铂铈催化剂。
[0010]所述碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法，碱金属硝酸盐为硝酸锂、硝酸
钠或硝酸钾中的任一种。
[0011]所述碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法，每克氧化铈载体上负载的铂质量分数为1％。
[0012]所述碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法，负载的碱金属和铂物质的量比例为1:1～10:1，优选5:1。
[0013]上述方法制备得到的碱金属改性的单原子铂铈催化剂。
[0014]上述碱金属改性的单原子铂铈催化剂在高效催化CO氧化和H2还原中的应用。
[0015]有益效果：与现有的技术相比，本专利技术的优点包括：
[0016](1)本专利技术所采用的利用碱金属改性铂铈催化剂的方法，相较于未改性的铂铈催化剂，其催化CO氧化活性优异，能够在较低温度下将CO完全转化为CO2。相比于H2还原等其他的改性方法，该方法所改性的铂铈催化剂热稳定性好，反应稳定性佳，经过多轮反应循环测试后发现碱金属对铂铈催化剂的活性得到了明显提升，且具有良好的稳定性。
[0017](2)本专利技术所采用的改性方法，反应原料成本低廉，生产工艺简单，环境友好，可大规模生产。
附图说明
[0018]图1为负载不同碱金属的铂铈催化剂的CO氧化活性结果图；
[0019]图2为负载不同含量钾的铂铈催化剂的CO氧化活性结果图；
[0020]图3为负载不同含量钾的铂铈催化剂的H2程序升温还原(H2‑
TPR)结果图；
[0021]图4为负载碱金属的铂铈催化剂与利用H2还原制得的铂铈催化剂的CO氧化活性循环结果图；
[0022]图5为负载碱金属前后铂铈催化剂通过EXAFS对表面Pt物种的几何结构表征的结果图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0024]实施例1
[0025]一种利用碱金属改性的铂铈催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0026]1)将硝酸铈在300℃下焙烧3小时，使得硝酸铈能够完全分解，将反应后所获得的氧化铈充分研磨成细小均一、粒径为20
‑
50nm的粉末，作为催化剂载体；
[0027]2)将硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐(硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾)溶于水溶液中，分别得到铂和碱金属的水溶液，其中硝酸四氨合铂的水溶液浓度为0.05mmol/mL，碱金属水溶液中碱金属离子浓度为0.15mmol/mL；
[0028]3)利用初湿浸渍法在氧化铈表面负载硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐；负载完成后的粉末在60℃条件下干燥12小时，然后在800℃条件下煅烧10小时，得到碱金属改性的铂铈氧化物催化剂，该催化剂中每克氧化铈载体上负载的铂质量分数为1％，碱金属离子与Pt物质的量浓度比为3:1。
[0029]负载不同碱金属的铂铈催化剂的CO氧化活性结果如图1所示。活性测试时，取10mg
样品置于固定床中，在1％CO+1％O2+98％He气氛下，150,000h
‑1的气时空速下进行活性测试。可以发现碱金属掺杂后，铂铈催化剂的催化活性有了明显提升，且碱金属对于催化剂活性提升的顺序为K>Na>Li。
[0030]实施例2
[0031]采用初湿浸渍法，通过控制滴加硝酸钾溶液体积向催化剂表面负载不同含量的钾，制得负载不同含量钾的铂铈催化剂。图2为负载不同含量钾的铂铈催化剂的CO氧化活性结果图。从图2可以得出结论，向铂铈催化剂中添加钾后即可明显提升催化剂的催化活性，且当负载的钾与铂物质的量比例达到5:1时对铂铈催化剂催化活性的提升最为明显。
[0032]实施例3
[0033]采用初湿浸渍法，通过控制滴加硝酸钾溶液体积向催化剂表面负载不同含量的钾，制得负载不同含量钾的铂铈催化剂。图3为负载不同含量钾的铂铈催化剂的H2程序升温还原(H2‑
TPR)结果图。H2‑
TPR测试前催化剂在N2气氛下，200℃处理1小时。随后各催化剂在7％H2/Ar气氛下，以10℃/min的升温速率从室温升温至750℃，由TCD检测器检测并记录信号。从图3可以看到随着负载的钾含量的增加，催化剂的H2还原峰温度逐渐降低，即其氧化还原能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将硝酸铈在300℃下焙烧3小时，使得硝酸铈能够完全分解；将反应后所获得的氧化铈充分研磨成细小均一的粉末，作为催化剂载体；2)将硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐溶于水溶液中，分别得到铂和碱金属的水溶液；3)利用初湿浸渍法在氧化铈表面负载硝酸四氨合铂和碱金属硝酸盐；负载完成后的粉末经过干燥、煅烧，得到碱金属改性的单原子铂铈催化剂。2.根据权利要求1所述碱金属改性的单原子铂铈催化剂的制备方法，其特征在于，碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，徐俊天，谭伟，刘庆龙，蔡彦迪，董林，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：