[发明专利]一种金红石相固溶体材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金红石相固溶体材料的制备方法及其应用，并以Sn_xTi_1‑xO₂固溶体为催化剂载体采用浸渍法负载Ru制备得到Ru/Sn_xTi_1‑xO₂催化剂及其在催化氧化CO、NO、HCs领域的应用。本发明采用一步水热法简便制备金红石相Sn_xTi_1‑xO₂固溶体，能的将金红石相Sn_xTi_1‑xO₂固溶体从前驱体溶液中直接形成均一的纳米颗粒且呈现单一的金红石相，其Sn/Ti比例可调，氧化效率高达90％以上。相比于共沉淀法制备的Sn_xTi_1‑xO₂固溶体而言，一步水热制备的Sn_xTi_1‑xO₂固溶体纳米颗粒均一，结晶度较好，工艺简单，不需要进行后续热处理，催化转化率高近40％。

技术领域

本发明涉及材料制备和应用技术领域，具体为一步水热制备金红石相Sn_xTi_1-xO₂固溶体，再以Sn_xTi_1-xO₂固溶体为载体，采用浸渍法负载活性组分Ru得到Ru/Sn_xTi_1-xO₂催化剂及其催化氧化CO、NO和HCs的应用。

背景技术

柴油车具有油耗低、热效率高、稳定性好等优势，因此广泛应用于交通运输和工程机械等领域。柴油车排放的尾气含有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、碳氢化合物(HCs)和颗粒物(PM)，这些成分对环境和人体造成严重危害。为了使柴油车尾气排放达到环境保护部公布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准，应对柴油车尾气进行处理后方可排放。目前普遍采用的柴油车尾气后处理系统包括氧化催化器(DOC)、选择性催化还原技术(SCR)和颗粒捕集器(DPF)。DOC主要由壳体、减震层和催化剂组成。DOC可以将柴油车尾气中的CO和HCs转化为CO₂和H₂O；将NO氧化为NO₂，NO₂可以作为后续SCR反应的原料，促进SCR反应的进行；DOC还可以氧化颗粒物上的有机成分，从而减少颗粒物的排放。DOC催化剂决定着DOC的主要性能指标，是DOC的核心组成部分。

传统的DOC催化剂为负载型催化剂，常用的催化剂载体多为Al₂O₃、TiO₂、CeO₂等，常用的催化剂活性组分多为贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)，但Pt、Pd、Rh价格昂贵、热稳定性差、耐毒性差等限制了其广泛应用。钌(Ru)基催化剂在催化氧化CO、NO、HCs方面的发展较Pt、Pd、Rh晚。近年来，研究得出Ru基催化剂催化活性与其他贵金属催化剂相当，并且Ru稳定性佳、耐毒性强、价格相对低廉。RuO₂存在容易暴露的(110)和(100)晶面，配位不饱和的Ru容易吸附反应物种，吸附的反应物种随后与附近的桥接氧发生氧化反应生成氧化产物，并从RuO₂晶面上脱附，失去桥接氧的RuO₂晶面被气氛中的O₂氧化，从而完成整个催化氧化过程，符合典型的催化氧化还原机理(参考文献：Hess H,Chemical Reviews,2012,43(33):3356-3426.)。因此Ru基催化剂具有较好的催化氧化CO、NO、HCs的性能。Dai等采用共沉淀法制备了Ti-CeO₂载体，通过初润浸渍负载不同的贵金属Ru、Pt、Pd、Rh用于催化氯苯，结果表明，