[发明专利]一种大气压冷等离子体还原制备负载型金属催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于负载型金属催化剂制备领域，具体涉及一种大气压冷等离子体还原制备负载型金属催化剂的方法。

背景技术

负载型金属催化剂在能源、化工、环保和光电领域具有广泛应用。传统负载型金属催化剂制备方法，需要较高的温度、较长的还原时间，或者需要对还原条件进行精准的控制。因此，有必要发展一种简单、快速、高效的负载型催化剂制备新工艺。

冷等离子体是一种典型的非热平衡等离子体，具有较高的电子温度和较低的气体温度(可接近室温)，在负载型金属催化剂制备领域展现了良好的应用前景。专利申请CN200410093820.6，公布了一种利用低温等离子体，以惰性气体、空气或氧气为工作气体，利用电子还原制备负载型金属催化剂的方法。该专利实施例在低气压下，采用冷等离子体还原制备Pt/TiO₂。大气压下电子能量较低，无法还原金属离子。专利申请CN200910304664.6，采用低温等离子体，以氢气为工作气体，在大气压下还原金属离子，同时制备催化剂载体和金属活性组分，获得负载型金属催化剂。Tu等人(J.Phys.D:Appl.Phys.,2011,44,247007.)和Hu等人(J.PowerSources,2014,250:30-39.)，采用大气压冷等离子体，分别以甲烷和氨气为氢活性物种来源，还原制备负载型Ni催化剂。

Gulyaev等人(Appl.Catal.,B,2014,147,132-143.)采用等离子体弧放电技术，制备PdCeC复合物并焙烧，在碳物种保护下，避免了Pd的烧结，获得了高性能的CO低温催化氧化PdCeO_x复合物。该方法需要在低气压下运行，需要昂贵复杂的装置。如果能开发一种大气压冷等离子体方法，在还原负载金属离子的同时，生成碳物质，并改变负载型金属催化剂的性质，将具有重要理论意义和应用价值。

本发明采用大气压冷等离子体，以惰性气体和一氧化碳的混合气体，或纯的一氧化碳为工作气体，对采用浸渍或沉积-沉淀获得负载于载体上的金属前驱体进行处理，制备负载型金属催化剂。该方法在大气压下操作，利用激发态一氧化碳活性物种对制备金属离子进行还原，具有操作简单、制备周期短等特点。此外，一氧化碳在等离子体作用下分解的无定形碳，可对制备金属纳米粒子的表面等离子共振吸收峰进行调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、快速的负载型金属催化剂大气压冷等离子体制备方法，通过采用含有一氧化碳的气体为工作气体，利用其在等离子体作用下产生的激发态一氧化碳分子为还原剂，既可以实现负载型金属离子的还原，产生的碳物种又可以对制备金属粒子性能进行调控。

本发明所采用的技术方案如下：采用大气压冷等离子体，以惰性气体和一氧化碳的混合气体，或纯的一氧化碳为工作气体，对采用浸渍或沉积-沉淀获得负载于载体上的金属前驱体进行处理，制备负载型金属催化剂。

该方法具体步骤为：

(1)采用浸渍或沉积-沉淀法，将金属前驱体负载于载体上；

(2)将负载于载体上的金属前驱体放入等离子体反应器中，以惰性气体和一氧化碳的混合气体，或纯的一氧化碳为工作气体，在大气压下产生冷等离子体，利用产生的激发态一氧化碳分子还原金属前驱体，获得负载型金属催化剂。

其中，所述的金属前驱体为单金属组分，双金属组分或多金属组分；

所述的惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种或其混合气体；

所述的冷等离子体放电气体温度不超过100℃，无额外加热。

进一步的，所述载体为二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、分子筛、石墨烯、活性炭、钙钛矿、氧化铁或氧化铈中的一种。

进一步的，所述大气压冷等离子体为大气压介质阻挡放电冷等离子体和大气压直流放电冷等离子体中的一种。

进一步的，所述的金属前驱体为氯金酸、硝酸银、氯铂酸、氯化钯、硝酸钯、硝酸铜或氯化铜中的一种或几种。

进一步的，所述的冷等离子体放电电压为0.1～40kV。

进一步的，所述的冷等离子体处理时间为3-15分钟。

进一步的，负载于载体上的金属前驱体的质量分数为0.01％-60％。

与现有技术相比，本发明方法的优点在于：

本发明提供一种简单、快速的负载型金属催化剂制备新方法。该方法将含有一氧化碳的气体为等离子体工作气体，既可以实现负载型金属离子的还原，产生的碳物种又可以对制备金属粒子性能进行调控。

附图说明