[发明专利]一种热稳定核壳结构纳米三效催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气催化剂的技术领域，涉及一种具有核壳结构的纳米三效催化剂及其制备方法。

背景技术

随着机动车尾气排放标准的日益严格及贵金属资源日渐匮乏，三效催化剂（TWCs）产业面临着降低贵金属含量和提高催化剂三效催化活性及热稳定性的挑战。近几年来，纳米催化科学的发展和纳米TWCs的应用为迎接这一挑战带来了曙光。Mazda公司报道已经掌握一种新型的TWCs制备技术，将贵金属制备成新型的纳米结构，其粒度不大于5nm，同时采用独特的涂层材料，即使在高温老化后也能保持较高的活性，在保证与传统三效催化剂具有相当的活性和耐久性的条件下，马自达公司的三效催化剂可以减少贵金属用量的70～90%。但是在我国，高效热稳定纳米三效催化剂的研究还刚刚起步。北京工业大学发明的超声膜扩散法（UAMR）（US8133441B2，ZL200610088817.4）可以实现对纳米贵金属粒子、纳米储氧材料和纳米催化剂的可控制备。利用UAMR法制备的0.5wt%Rh_0.5Au_0.5/γ-Al₂O₃（ZL200710177974.7）对于CO和丙烷氧化及NO还原的活性大于传统的0.5wt%Rh/γ-Al₂O₃催化剂，此时Rh的用量减少了66%。但是，对如何提高TWCs的热稳定性和如何延长TWCs的寿命还在研究中。

然而，在高温条件下，贵金属纳米粒子会发生原子迁移、聚集、生长为大的贵金属粒子也即烧结，甚至会发生贵金属高温流失的现象，贵金属纳米粒子的烧结和高温流失都会导致三效催化活性大大降低。因此，在实际应用中，如何提高纳米贵金属催化剂的热稳定性一直是人们关注的热点问题。近年来，许多研究者提出使用SiO₂等惰性无机材料包裹纳米金属粒子的表面修饰技术来提高贵金属纳米粒子的抗烧结性能.Somorjai等（S.J.Joo,et al.,Nature Mater.,2009,8(2),126-131）设计了一种核壳结构的催化剂PtmSiO₂，该催化剂在750°C的高温下焙烧之后依然保持着完好的核壳结构，且具有良好的C₂H₄和CO催化氧化活性。McFarland课题组（J.N.Park,et al.,Small,2008,4(10),1694-1697）研究发现，PdSiO₂经过700°C焙烧后依然保持着完好的核壳结构，且焙烧前后CO氧化活性没有明显变化，而采用传统浸渍法制备的Pd/SiO₂催化剂在700°C焙烧后，Pd粒子发生团聚现象，CO氧化活性大大降低，由此可知，SiO₂壳层可以提高贵金属催化剂的热稳定性。迄今为止，关于具有核壳结构的纳米TWCs尚未见文献和专利报道。

鉴于上，本发明旨在开发一种新型的核壳结构的热稳定纳米三效催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高热稳定性、具有核壳结构的纳米三效催化剂及制备方法。高温稳定的SiO₂壳层既能抑制贵金属的高温聚集长大又能抑制贵金属高温流失，提高贵金属催化剂的热稳定性和老化寿命。