[发明专利]用于阻止催化剂烧结的氧化层的离子吸附

说明书

提供了耐高温烧结的催化剂以及制备此类耐高温烧结的催化剂的方法。可以通过使包括离子物质的溶液与催化剂载体的一个或多个带电荷的表面区域接触来制备该催化剂。催化剂载体的表面进一步包括一个或多个催化剂颗粒，一个或多个催化剂颗粒设置为邻近一个或多个带电荷的表面区域。离子物质具有与一个或多个带电荷的表面区域的第二电荷相反的第一电荷。接着，使离子物质与一个或多个带电荷的表面区域缔合，以便在一个或多个选择表面区域上形成层。煅烧该层，以便在一个或多个选择表面区域上产生包括金属氧化物的涂层，其中涂层形成为邻近一个或多个催化剂颗粒。

引言

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及耐高温烧结的催化剂体系以及制备耐高温烧结的催化剂的低成本方法。

金属纳米颗粒可以构成用于各种应用的催化剂的活性部位，例如用于生产燃料、化学品和药品，以及用于汽车、工厂和发电厂的排放控制。由于金属纳米粒子容易聚集，而这减少了它们的表面积和获得活性部位的可能性，因此它们常常与载体材料偶联。这些载体以物理方式分离金属纳米颗粒，以防止聚集并增加它们的表面积和获得活性部位的可能性。因此，催化剂体系通常包括一种或多种催化剂化合物；多孔催化剂载体材料；以及一种或多种任选的活化剂。

连续使用后，特别是在高温下连续使用后，包括负载型金属纳米颗粒的催化剂体系由于烧结而失去催化活性，例如在高温下发生的热失活。通过各种机制，烧结导致载体上金属粒度分布发生变化，平均粒度增加；由此，活性催化剂化合物的表面积减小。例如，颗粒迁移和聚结是烧结的一种形式，其中金属纳米颗粒的颗粒移动或扩散穿过载体表面，或移动或扩散通过气相，与另一纳米颗粒聚结，导致纳米颗粒生长。奥斯特瓦尔德熟化是烧结的另一种形式，其中自由能的差异以及载体表面上的局部原子浓度导致流动物质发生迁移。烧结过程发生后，催化剂活性可能降低。因此，催化剂体系通常负载有足够量的负载型金属纳米颗粒，以便解决随时间推移催化活性的损失，并且继续具备满足例如在高温下经过长时间操作排放标准的能力。

已经利用各种技术来减少金属催化剂的烧结。例如，使金属与其他金属合金化，通过例如原子层沉积用非晶态涂层包封金属纳米颗粒，并试图将强金属纳米颗粒固定在载体上。然而，这些基于化学的技术只取得了有限的成功。由此，仍需要耐烧结的改进催化剂。

发明内容

本部分对本公开进行了总体介绍，并非全面或全部披露其全部内容或其全部特征。

在各个方面，本公开提供了制备耐烧结的催化剂体系的方法。催化剂体系可以包括至少一种催化剂活性材料、催化剂载体和涂层。在一个方面，本公开提供了一种制备耐烧结催化剂体系的方法，其中该方法包括使包括离子物质的溶液与催化剂载体的一个或多个带电荷的表面区域接触。催化剂载体的表面进一步包括一个或多个催化剂颗粒，一个或多个催化剂颗粒设置为邻近该一个或多个带电荷的表面区域。而且，该离子物质具有与该一个或多个带电荷的表面区域的第二电荷相反的第一电荷。因此，该方法包括使离子物质与一个或多个带电荷的表面区域缔合，以便在一个或多个选择表面区域上形成层。可以对煅烧该层，以便在一个或多个选择表面区域上产生包括金属氧化物的涂层。涂层形成为邻近一个或多个催化剂颗粒。

在一个变型中，离子物质的第一电荷是负电荷，并且一个或多个带电荷的表面区域的第二电荷是正电荷，由此带负电荷的离子物质与催化剂载体的带正电荷的表面区域结合。

在另一个变型中，离子物质的第一电荷是正电荷，并且一个或多个带电荷的表面区域的第二电荷是负电荷，由此带正电荷的离子物质与催化剂载体的带负电荷的表面区域结合。

在一个变型中，在接触之前，该方法进一步包括用前体预处理催化剂载体表面的一个或多个区域，以增加一个或多个带电荷的表面区域中的零电荷点(PZC)。前体包括选自由以下各项组成的组的元素：钾(K)、钠(Na)、钡(Ba)、锶(Sr)、锌(Zn)、镧(La)、铈(Ce)、钴(Co)、钇(Y)及其组合。

在一个变型中，溶液的pH值可以小于一个或多个带电荷区域的PZC。