[发明专利]用于制备催化纳米颗粒、催化剂表面和/或催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备催化剂颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供催化剂起始材料；‑提供离子束，‑向所述催化剂起始材料注入包含单电荷或单电荷和多电荷离子的包含在4.5×10¹⁸个离子/g与2×10¹⁹个离子/g之间的离子束剂量，所述离子具有至少10keV至最多100keV的所述离子束中所述单电荷离子的能量；从而获得催化剂。本发明进一步涉及所获得的催化剂颗粒以及此类颗粒在NOx、CO和/或HC减排装置、燃料电池或化学反应、特别是石化反应的催化剂中的用途。

技术领域

本发明涉及催化颗粒、催化剂表面或催化剂的制备，更具体地涉及适合用于对例如来自车辆内燃机的排气进行污染排放处理的催化颗粒、催化剂表面或催化剂的制备。

背景技术

目前，催化剂颗粒是已知的且被用于减少污染排放。典型地，催化剂颗粒布置在催化转化器中，该催化转化器与车辆内燃机的排气管流体连接。

因为催化材料通常是稀有的、昂贵的和/或在其生命周期结束时对环境不友好的，需要提高或最大化一定量的催化材料的催化活性。

进一步需要具有高产率且优选不会产生大量废料(例如太小或太大而不能使用的催化材料)的生产方法。就尺寸和/或活性而言，需要更均匀的催化剂颗粒。需要提供催化活性在一段时间内保持稳定的催化剂颗粒。需要抗老化的催化剂颗粒。需要催化剂颗粒均匀分散在担体(support)之上，并且优选使得分散体随着时间的推移保持稳定。

因此，本发明的目的之一是克服或改善市场上存在的前述缺点中的一个或多个，或满足市场上存在的需求中的任一个。优选地，本发明还提供一种可靠的生产方法。

发明内容

本发明诸位发明人现在惊奇地发现，这些目的中的一个或多个可以通过催化材料的特定离子束注入实现。虽然所观察到的改进背后的确切原因仍不完全清楚，但是似乎本发明方法可以引起催化剂、催化剂颗粒和/或担体纳米颗粒中和/或上的缺陷，从而导致所观察到的改进。本发明方法可以引起催化剂、催化纳米颗粒或担体的非晶化。所获得的催化剂表面、催化剂或催化剂颗粒比催化剂起始材料更具活性。所获得的催化剂表面、催化剂或催化剂颗粒在催化活性方面比本领域已知的其他催化剂颗粒或催化起始材料更均匀。

催化剂颗粒是具有表面附着的金属纳米颗粒的担体纳米颗粒的聚集体，即，表面上物理或化学地形成并附着金属纳米颗粒的担体纳米颗粒的聚集体。当例如在催化转化器中使用时，催化剂颗粒可以松散地团聚以形成催化剂粉末颗粒并且可以结合在载体上以形成催化剂。担体纳米颗粒、催化剂颗粒、催化剂粉末或催化剂中的任一种都可以形成本发明中的催化起始材料。在执行本发明的方法之后，担体纳米颗粒、催化剂颗粒、催化剂粉末或催化剂中的任一种都称为所获得的催化剂。当催化剂起始材料是结合在聚集的担体纳米颗粒上的金属纳米颗粒的催化剂颗粒时，在执行所述方法之后，金属纳米颗粒比执行所述方法之前更均匀地分散在担体之上，即使在老化后亦如此。

出乎意料地发现，本发明方法提供一种抗衰减的所获得的催化剂。优选地，所获得的催化剂的催化活性每年衰减不超过10％，更优选每年不超过7％，甚至更优选每年不超过5％，还更优选每年不超过3％，并且最优选每年不超过1％。

尺寸更均匀的催化剂颗粒导致对所获得的催化剂的催化特性更好的控制，并且优选导致更均匀的催化转化器。这允许使用更少的过量催化材料。本发明的方法由于离子注入参数的选择，导致催化材料更少的碎裂和爆炸，所以产生更少的粉尘并且产生更少的直径太小而不能使用的材料。

出乎意料地发现，本发明方法以高产率提供所获得的催化剂，具体地催化剂颗粒。优选地，所述方法以至少0.60，更优选至少0.70，甚至更优选至少0.80并且最优选至少0.90的产率提供所获得的催化剂，具体地催化剂颗粒，其中产率计算为所获得的催化剂的重量除以催化剂起始材料的重量的比率。