[发明专利]一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂及其制备方法，属于催化技术领域。该催化剂包括二级载体、分散于二级载体表面的一级载体、介于一级载体与二级载体层之间的尖晶石稳定剂MAl₂O₄、分散于一级载体表面的活性组分、包覆在二级载体表面的二氧化硅包覆层；所述的二级载体为Al₂O₃、掺杂改性的Al₂O₃或六铝酸盐；所述的一级载体纳米粒子为TiO₂、CeO₂、ZrO₂、Ce_xZr_1‑xO₂或改性的Ce_xZr_1‑xO₂纳米粒子；所述的活性组分为贵金属Au、Pt、Pd、Rh、Ir或Ru。本发明还提供一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂的制备方法。本发明的催化剂在800℃～1100℃条件下热处理后仍能维持较高的催化活性。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂及其制备方法。

背景技术

负载型贵金属催化剂因其优异的催化性能广泛应用于挥发性有机污染物的消除、石油精炼以及汽车尾气净化等多个领域。虽然贵金属纳米粒子在很多反应中表现出优异的催化性能和独特的尺寸效应，但由于小尺寸的纳米粒子表面存在大量低配位金属原子而具有较高的表面能，因而在高温条件下纳米粒子极易烧结长大，从而导致催化剂催化活性或对目标产物选择性的降低。因此，对于高温催化反应负载型贵金属催化剂的商业化应用受到了极大的限制。如何提高负载型贵金属催化剂的抗烧结性能是其能否成功商业化的关键科学技术问题之一。

近年来，许多研究学者对如何提高贵金属的抗烧结性能展开了深入研究。Cao等(Cao A.,Veser G.,Exceptional high-temperature stability through distillation-like self-stabilization in bimetallic nanoparticles[J].Nature materials,2010,9(1):75-81.)将高熔点的Rh(熔点2430℃)与低熔点的Pt(1774℃)合金化来降低Pt纳米粒子表面的蒸气压，通过抑制其Ostwald熟化过程来增强纳米Pt的抗烧结性能。但这种方法不仅改变了原催化剂的活性组分，而且所引入贵金属Rh的价格比Pt更为昂贵，不利于催化剂生产成本的降低；研究者还通过物理限域的方法来隔离贵金属纳米粒子，使其被惰性壳层包覆从而彼此孤立，避免粒子在高温条件下的迁移和烧结。这种核壳结构在有效抑制贵金属烧结的同时，贵金属所暴露的比表面积大大降低，因而贵金属的实际利用率大为下降。此外，研究者通常还将贵金属纳米粒子负载于具有大比表面惰性载体的多孔结构内，使贵金属纳米粒子在高温条件下迁移、互相接触的概率降低，从而提高了贵金属纳米粒子的抗烧结性能。这种策略可以有效的抑制纳米粒子因迁移而烧结长大，但仅适用于低空速反应。在高空速下反应物大多从惰性载体颗粒之间穿过而来不及进入载体孔道与孔道内的贵金属接触，因而该策略对工业化生产的产量有较大限制。因此，在不影响催化剂活性及反应传质过程的前提下如何提高催化剂的抗烧结性能成为影响高温催化剂能否商业化的关键因素。

发明内容

本发明的目的是解决现有负载型贵金属催化剂因热烧结而导致的失活问题，而提供一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂及其制备方法。

本发明首先提供一种具有抗高温烧结性能的负载型贵金属催化剂，该催化剂包括：二级载体、分散于二级载体表面的一级载体、介于一级载体与二级载体层之间的尖晶石稳定剂MAl₂O₄、分散于一级载体表面的活性组分、包覆在二级载体表面的二氧化硅包覆层；

所述的二级载体为Al₂O₃、掺杂改性的Al₂O₃或六铝酸盐；