[发明专利]一种负载型二元金属氧化物纳米催化剂的制法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂的制备方法及其应用，它属于三效催化技术领域。

背景技术：

氮氧化物（NO_x）主要来源于燃煤电厂和机动车尾气，其作为主要的大气污染物之一，通过形成酸雨、光化学烟雾和温室效应等严重污染环境和损害人类健康。因此，NO_x的催化消除已势在必行。一氧化碳催化还原一氧化氮（CO+NO）是机动车三效催化转换器中发生的主要反应之一。近几十年来，众多研究者将一系列贵金属催化剂用于此模型反应进行了细致的研究。但是贵金属催化剂存在高温热稳定性差、资源匮乏、价格昂贵、抗二氧化硫（SO₂）中毒性能差等不足，因此开发一类高效的非贵金属催化剂用于机动车尾气净化已成为该领域的研究热点。基于对非贵金属催化剂的研究，负载型铜（Cu）基催化剂因其独特的氧化还原性质和出色的催化性能而得到了研究者的极大关注。

锰（Mn）作为一个具有多种可变价态的过渡金属元素容易形成Mnⁿ⁺/Mn^(n-1)+电子对。研究表明，在Cu-Mn二元金属氧化物催化剂中Mn不同价态之间的转换有效地提高了Cu物种在氧化还原反应中的催化性能。随后，研究者从动力学角度证实氧化还原平衡的存在对CO+NO反应的活性有明显的促进作用。

稀土金属氧化物二氧化铈（CeO₂）由于具有优异的氧化还原性能和较高的储/释氧能力（这主要源于氧空位的形成以及较低的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原电势）而被广泛用于三效催化领域。因此，结合CuO、MnOx和CeO₂三者的优势制备出的负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂势必会在CO+NO反应中显示出优异的催化性能，这为寻找低温催化净化汽车尾气的廉价、高效非贵金属催化剂提供了一条可行的途径。

众所周知，催化剂的性能强烈地受其制备方法的影响。在本发明中，我们报道了一种一步法制备负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂的方法，其中铜物种和锰物种都能够很好地分散在二氧化铈的表面上。通过与其他方法相比较，发现一步法制得到的负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂具有更好的氧化还原性质和催化性能，且活性组分铜物种、助剂锰物种与载体二氧化铈之间的相互作用明显增强。由于该方法制备原料易得，操作简便快捷，对设备无特殊要求，附加环境污染少，使其在三效催化领域有着良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的：提供一种制备负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂的方法，从而有望在三效催化中得到一定的应用。

本发明的原理如下：将硝酸铜和硝酸锰溶液混合均匀，使其充分接触，然后浸渍到二氧化铈的表面，最后经过烘干、研磨、焙烧即可制得分散良好、相互作用较强的负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂。

本发明的技术方案如下：

一种负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂的制法，它包括如下步骤：

将Cu(NO₃)₂·3H₂O和Mn(NO₃)₂以浸渍法负载到CeO₂上，其负载量分别为0.1-1.2mmol CuO/100m²CeO₂表面积和0.1-6.0mmol MnO₂/100m²CeO₂表面积，经烘干和研磨后，在空气气氛下500℃焙烧5h即可制得分散良好、相互作用较强的负载型二元金属氧化物CuO-MnO₂/CeO₂纳米催化剂。

上述的纳米催化剂的制法，所述的CeO₂可以采用市售的或自制的CeO₂。

上述的纳米催化剂的制法，所述的自制的CeO₂可以是下法制备：