[发明专利]一种金-氧化铋催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种金‑氧化铋催化剂的制备方法，以硝酸铋为铋源，通过水热法制备氧化铋载体，然后采用沉积沉淀法制备了金‑氧化铋催化剂。本发明以两种CO氧化反应评价制备得到的催化剂的催化性能，结果表明：与金‑氧化硅催化剂相比，本发明制备的金‑氧化铋催化剂表现出优异的催化性能，兼具宽温度窗口、高流量性能和长期稳定性，适用于废气处理、汽车尾气处理、燃料电池的气体纯化等领域，且能很好地满足质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作温度范围(80～180℃)。同时，本发明提供的金‑氧化铋催化剂的制备流程简单，具有良好的稳定性及可重复性，适合工业化量产。本发明还提供了一种金‑氧化铋催化剂及其应用。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种金-氧化铋催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

CO氧化反应是控制空气污染尤其是控制汽车尾气的重要反应之一。来自工业生产和汽车尾气的CO是一种常见的空气污染物，它可以和人体的血红蛋白结合，影响血液供氧、导致人中毒甚至死亡。使用催化剂在常温下将其催化氧化成污染较低的CO₂是消除环境中低浓度一氧化碳的有效方法。因此，CO的催化氧化作为一种常用的气体净化技术，在工业废气的处理，燃料电池的气体纯化以及汽车尾气的处理等方面都有着实用价值。

近年来，由于气候变化和能源短缺问题日益凸显，寻找合适的清洁能源并开发相应清洁能源转换装置的需求十分迫切。氢能由于在燃烧过程中只产生水而没有其他污染物，被视为有希望取代传统能源的清洁燃料。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，以其低成本，小体积，快速启动和适用于不连续运行等优点被认为在电动汽车、军事设备、航天航空等领域具有广阔的应用前景。目前，质子交换燃料电池的氢源主要来自碳氢化合物(甲醇、乙醇、天然气等)经过水蒸气重整、水煤气变换反应后得到的富氢气流，而其中仍会残留约1％的微量CO。然而，CO极易吸附在PEMFC的Pt电极表面，即使少量的CO也会引起PEMFC阳极中毒、电池性能下降。因此，有必要在富氢气流进入燃料电池前进行净化处理。

相对于钯膜分离法、变压吸附法，CO优先氧化法相对成本较低、环保高效，是一种从富氢气流中去除CO的有效方法。常用的催化剂主要有金基催化剂、铂族贵金属催化剂、铜基非贵金属催化剂等，其中，氧化物负载的Au由于其在较低温度下对CO氧化的高催化活性而备受关注。然而，随着温度的升高，H₂竞争氧化反应的加强将导致CO氧化的选择性降低。此外，随着反应时间的增加，金颗粒的烧结和聚集，金化学状态的改变以及碳酸盐在催化剂表面上的积累也可导致催化剂失活。因此Au基催化剂很难在PEMFC的工作温度范围(80～180℃)中保持100％的CO转化率。因此，开发一种具有低温高活性，能够在宽温度窗口下实现CO完全转化的催化剂对于工业生产有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金-氧化铋催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的金-氧化铋催化剂具有良好的催化性能。

本发明提供了一种金-氧化铋催化剂，包括：

Bi₂O₃载体；

负载于所述Bi₂O₃载体上的Au纳米颗粒。

本发明提供了一种上述技术方案所述的金-氧化铋催化剂的制备方法，包括：

将Bi₂O₃载体分散在氯金酸水溶液中，与碳酸钠水溶液进行反应，得到金-氧化铋催化剂。

优选的，所述Bi₂O₃载体的制备方法包括：

将硝酸铋溶解于硝酸水溶液中，与甘油和氢氧化钠溶液进行反应，得到Bi₂O₃载体。

优选的，所述反应的温度为150～170℃。