[发明专利]一种不同价态铜基纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类具有特定价态铜物种的CuO_x/γ-Al₂O₃纳米催化剂的制备方法和用途，它属于三效催化技术领域。

背景技术

随着工业的发展，世界各国的汽车保有量逐年攀升。汽车在给人们带来便利的同时其尾气污染也对大气环境和人类健康造成了极大的危害。机动车尾气污染的控制已经成为改善城市空气质量的重要因素之一，是亟待解决的全球性问题，加之人们的环境保护意识日益增强，世界各国正在制定或已经出台了更加严格的机动车尾气排放法规。经过众多研究者的深入研究，已经达成共识：运用三效催化剂（TWCs）进行催化净化是解决机动车尾气污染的最根本有效的方法。

传统的三效催化剂（TWCs）主要是负载型贵金属催化剂，如：负载于工业常用载体γ-Al₂O₃、SiO₂和ZSM-5等上的Pt、Rh、Pd和Au等，它们在NO和CO的催化消除中显示出良好的低温活性。但是这类催化剂存在高温热稳定性差、资源匮乏、价格昂贵、抗二氧化硫中毒性能差等不足，因此研究者们逐渐将目光转向价格低廉且方便易得的负载型过渡金属氧化物催化剂，其中负载型CuO基催化剂以其优异的催化性能脱颖而出成为三效催化领域的研究热点。

虽然众多研究者对负载型CuO基催化剂进行了深入的研究，但是对于其催化消除NO和CO显示出优异性能的本质原因仍然存在争议。我们先前的研究结果表明，低价态铜物种对NO的催化消除有利。但是在这些研究中所涉及到的低价态铜物种都是通过复杂的后处理方法获得，并且这样获得的低价态铜物种不易保存，暴露空气即被氧化为高价态铜物种。为了克服这一问题，我们通过一种简易的方法，成功地制备出了一系列含有特定价态铜物种的CuO_x/γ-Al₂O₃纳米催化剂。由于该方法所使用的原料廉价易得、操作简单方便、能耗低、污染小且对设备无特殊要求，使其在机动车尾气的催化净化中有着良好的应用前景。 

发明内容

本发明的目的：提供一种制备含有特定价态铜物种的CuO_x/γ-Al₂O₃纳米催化剂的方法，从而有望在三效催化中得到一定的应用。

本发明的原理如下：Cu(CH₃COO)₂·H₂O的热分解是一个非常复杂的过程，在高纯N₂气氛下随着焙烧温度的升高会释放出还原性CO气体将样品中的+2价Cu依次还原为+1价Cu和0价Cu，可通过控制焙烧温度来获得特定价态的铜物种。

本发明的技术方案如下：

一种不同价态铜基纳米催化剂的制法，它是将Cu(CH₃COO)₂·H₂O采用传统的浸渍法负载于γ-Al₂O₃ (BET=134.1 m²/g)载体上，其负载量为：0.5mmol Cu^x+/100m² γ-Al₂O₃，然后通过热重-差热分析（TG-DTA）来确定获得特定价态铜物种的焙烧温度（见附图1），最后根据TG-DTA所确定的温度来对上述样品进行焙烧，在氮气气氛下，360℃焙烧2小时得到Cu₂O/γ-Al₂O₃纳米催化剂；在420℃焙烧2小时得到Cu₂O-Cu/γ-Al₂O₃纳米催化剂；在480℃焙烧2小时得到Cu/γ-Al₂O₃纳米催化剂，作为净化汽车尾气的三效催化剂优选的焙烧温度是在420℃或480℃焙烧。