[发明专利]一种TiO2

说明书

一种TiO₂基贵金属催化剂及其制备方法和应用，催化剂包括贵金属活性组分和载体，载体为复合金属氧化物TiO₂/MTiOx，载体为具有上层和下层的层状结构，上层为TiO₂层，下层为MTiOx固溶体，贵金属组分沉积在TiO₂层表面。本发明制备得到的催化剂具有优异的高温稳定性，通过本发明提供的催化剂的结构既可以保护贵金属纳米颗粒在高温处理或高温反应等实际应用过程中不发生烧结长大，还可以避免由于金属‑载体间的强相互作用引起贵金属纳米颗粒嵌入TiO₂载体中导致活性比表面积下降而最终造成催化剂失活的问题。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，尤其涉及一种TiO₂基贵金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

负载型贵金属纳米催化剂由于其优异的催化性能被广泛应用于催化加氢、脱氢、石油裂解、催化重整、水汽转换及挥发性有机污染物的消除和汽车尾气净化等石油化工和环境催化领域。但贵金属纳米催化剂的催化活性受到粒子尺寸、活性比表面积等的影响，通常情况下，贵金属纳米颗粒的粒径越小，活性比表面积越大，催化活性越高。因此，为了获得活性高的催化剂通常将贵金属纳米粒子的粒径控制在纳米级尺度。但是，由于贵金属的Tammann温度较低，高温反应过程中会导致金属原子为了降低其表面自由能而发生原子簇或粒子的不可逆凝聚，进而发生粒子烧结现象使纳米粒子长大而失去活性比表面积，从而导致催化活性的降低，严重限制了贵金属纳米催化剂催化高温反应的应用范围。因此，设计并开发出一种能够在长期反应中保持活性，且具有良好高温稳定性的负载型贵金属纳米催化剂具有重要的应用意义和长远的商业价值。

近年来，许多科研工作者对于如何提高贵金属纳米催化剂的稳定性展开了广泛的研究。大部分是通过将金属纳米粒子包裹在诸如沸石和金属有机骨架等微孔固体中或制备交联的纳米薄片或核壳结构等物理限域的方法来隔离贵金属纳米粒子，从而避免粒子在高温条件下的迁移和烧结长大。这些方法虽然在一定程度上改善了贵金属纳米催化剂的热稳定性，但这是以牺牲贵金属的活性比表面积和低温催化活性为代价的，大大降低了贵金属的实际利用率。此外，这类催化剂的制备工艺极为复杂，不适用于大规模的工业生产。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种TiO₂基贵金属催化剂及其制备方法和应用，催化剂中复合金属氧化物载体TiO₂/MTiOx为具有上层和下层的层状结构，上层为一层薄薄的TiO₂层，下层为MTiOx固溶体，贵金属纳米颗粒沉积在TiO₂层表面，所形成的催化剂的结构既可以保护贵金属纳米颗粒在高温处理或高温反应等实际应用过程中不发生烧结长大，还可以避免由于金属-载体间的强相互作用而引起贵金属纳米颗粒嵌入TiO₂载体中，导致活性位点的减少而使催化氧化活性下降的问题，本发明所提供的催化剂结构具有优异的高温稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种TiO₂基贵金属催化剂，所述催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分为贵金属组分，所述载体为复合金属氧化物TiO₂/MTiOx，所述载体为具有上层和下层的层状结构，所述上层为TiO₂层，所述下层为MTiOx固溶体，所述贵金属组分沉积在所述TiO₂层的表面。

所述MTiOx固溶体中，M选自Ce、Mn、Fe、Co或Zn中的至少一种；所述贵金属组分选自Pt、Pd、Ru或Au中的至少一种。

所述催化剂中贵金属组分重量占比为0.05％～2％，MTiOx固溶体重量占比为1％～20％，其余为TiO₂。

一种TiO₂基贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：