[发明专利]一种基于纤维素制备晶面可控的纳米铈基复合氧化物方法

说明书

本发明涉及一种利用纤维素溶胶凝胶法合成基于CeO₂晶面可控的复合氧化物的方法，属于催化剂制备与应用领域。该复合氧化物以金属盐和纤维素为原料一步制得，工艺简单可工业化生产。本发明提供的复合金属氧化物制备方法可以通过调控不同的活性晶面，从而合成具有较高活性的催化剂，适用于不同的催化氧化反应。而且采用纤维素材料，生产过程无污染，廉价易得，且在调控CeO₂晶面的同时促进催化剂的高度分散，是制备高活性催化剂的有效原料。

技术领域

本发明涉及一种利用纤维素溶胶凝胶法合成基于CeO₂晶面可控的复合氧化物的方法，属于催化剂制备与应用领域。

背景技术

作为典型的面心立方结构，CeO₂萤石晶格中Ce⁴⁺和Ce³⁺之间的快速和可逆的氧化还原循环，因而具有储氧释氧的能力。二氧化铈通常暴露三种不同的低指数晶面即(111)，(110)和(100)晶面，其晶面活性大小与所参与的反应有关，因此研究CeO₂的可控合成为研究金属氧化物之间的协同作用及高性能催化剂的研发带来新的契机。根据前人研究发现，棒状CeO₂暴露的为(111)和(100)晶面，立方形CeO₂择优暴露(100)晶面，而CeO₂立方体暴露的为最稳定的(111)晶面，所以通过调节催化剂的形貌以控制其暴露的晶面是目前最常用的方法之一。

催化氧化由于其运行成本低、降解效率高成为工业应用处理气体污染物最为广泛的技术之一。催化氧化反应主要发生在催化剂表面，各个晶面表面原子排布的不同必然直接影响催化效果。调控氧化物形貌，从而选择性地调控金属粒子在特定晶面的落位将是研制新型高效催化剂的一个重要方法。根据催化反应研究结果表明单独的CeO₂作为催化剂的活性并没有过渡金属或贵金属高，且CeO₂热稳定性差、储氧能力有限，从而限制了其应用，所以需要掺杂其他活性组分和助剂形成含有CeO₂的复合氧化物以提高其活性。

目前采用溶胶凝胶法对CeO₂晶面进行调控的方法已有诸多的研究，但需要在高温下热处理来获得良好的晶体结构，高温处理容易引起金属粒子发生团聚从而抑制了其活性。如中国专利CN102942205A利用溶胶凝胶原理通过控制焙烧温度实现对CeO₂的形貌调控，虽然该方法操作简单，但从其SEM图中仍能看出明显的团聚现象。

本课题组前期研究发现，由于水解后的纤维素可以在催化剂制备过程中对催化剂母体提供键合位，而且纤维素为三维网状结构，使得溶胶中的金属氧化物更好的附着在纤维素的表面，从而促进金属氧化物的高度分散。

发明内容

针对上述溶胶凝胶法调控CeO₂晶面易团聚的问题，本发明结合纤维素溶胶凝胶法合成复合金属氧化物催化剂，该制备过程中利用的纤维素原料来源绿色廉价，可工业化生产。

本发明提供了一种利用纤维素溶胶凝胶法合成基于CeO₂晶面可控的复合氧化物的方法，所述的晶面为CeO₂(111)、CeO₂(110)和CeO₂(100)。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了基于纤维素合成不同CeO₂活性晶面的复合氧化物的方法，以金属盐、纤维素为原料。制备步骤如下：

(1)将一定质量含铈的盐金属盐按一定的摩尔比溶解于50～140mL的溶剂中，溶解温度为25～80℃之间，并搅拌至完全溶解；

(2)将一定浓度的酸性溶液或碱性溶液以一定速度缓慢滴加于上述金属盐溶液中，调节该混合溶液的pH在2～10范围内；