本发明专利技术属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种含铂纳米团簇的二氧化锆纳米薄膜及其制备方法和用途。本发明专利技术是以四丁氧基锆和二乙氧基镁为反应物，通过表面溶胶－凝胶反应，层层组装形成纳米薄膜；经过酸、碱处理和离子交换得到含铂离子的二氧化锆薄膜。用低温氢等离子体处理该薄膜获得含铂纳米粒子的二氧化锆纳米薄膜。本发明专利技术的方法可对纳米粒子的尺寸和尺寸分布、薄膜厚度进行设计和调控，可用于涂覆平面和曲面，采用低温等离子体，可防止铂组份的损失和薄膜的破坏；制得的含铂纳米粒子的二氧化锆薄膜为纳晶薄膜，铂纳米粒子在高温下表现出良好的热稳定性。本发明专利技术的技术可用于制备资源节约型高效汽车尾气催化净化器、室内催化降解污染物涂层等。
Two zirconium oxide nano film containing platinum nanoparticles and preparation method and application thereof
The invention belongs to the field of nanometer material preparation technology, in particular to a two zirconium oxide nanometer film containing platinum nanometer cluster, a preparation method and application thereof. The invention is based on four butoxy ethoxy two zirconium and magnesium as reactants via surface sol-gel reaction, the formation of LBL nano films; after acid and alkali treatment and ion exchange are two zirconia films containing platinum ions. The thin films of two zirconia nanoparticles containing platinum nanoparticles were prepared by low temperature hydrogen plasma treatment. The method of the invention can size and size distribution, film thickness design and control of nanoparticles can be used for coating a plane and a curved surface, the low temperature plasma can prevent the damage and destruction of the platinum film component; two zirconia films containing platinum nanoparticles as prepared nanocrystalline films, platinum nanoparticles exhibit thermal good stability at high temperature. The technology of the invention can be used for preparing a resource saving high-efficiency automobile tail gas catalytic purifier and an indoor catalytic degradation pollutant coating.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及一种含铂纳米团簇的二氧 化锆纳米薄膜及其制备方法和用途。
技术介绍
当前，全球性的生态环境危机日益严重，其中氮氧化合物所造成的大气 污染及其影响尤其严重。目前氮氧化物主要来自机动车尾气，机动车尾气中 的其它污染物还包括碳氢化物、 一氧化碳等。随着人类生活的现代化和都市 化，机动车的使用越来越普及，尾气的排放量越来越大。因此，催化反应消除机动车尾气污染成为被广泛研究的一个热点。三效催化剂(TWC)是目前国 际上广泛采用的治理机动车尾气的最佳手段，可使汽车排污减少90%以上， 基本满足现行法规的严格要求。但由于TWC的主要活性物是Pt、 Pd和Rh，负 载量约为1.77 4.95 g/L。此类金属不仅价格昂贵，而且在地球上的储藏量 也很有限，根本不能满足全世界机动车尾气净化的需求。另外，在高温下， 贵金属纳米粒子会发生团聚，导致催化活性显著降低。载体的比表面积降低 也导致活性降低。因此，如何大幅度降低贵金属的用量、提高催化活性、提 高催化剂抗高温团聚的能力和载体的高温稳定性是当前亟待解决的关键问 题。催化材料在环境、化工、能源、材料制造等领域具有广泛的应用，是许 多重要化学过程不可或缺的材料。如机动车尾气净化催化材料、加氢催化材 料、燃料电池催化材料等在这些领域中发挥着重要的作用。催化材料及其制 备新技术的开发和应用一直是催化剂研究的热点。催化剂的核心，也就是贵 金属活性组分的高比表面积、在载体表面的均匀高分散性对催化剂的研究和 开发具有重要意义。活性组分的高度分散不仅可以大大降低催化剂活性金属 组份的使用量，而且有利于活性组分与载体表面之间的相互作用的调控及催 化剂热稳定性的提高。在这方面，国内外科研人员做了大量的工作。如郝玉芝等报道了通过耐氨酸盐酸盐与H2PdCl4进行络合反应，再浸渍或离子交换在无机载体上，络合物经热分解，形成纳米金属Pd/载体催化剂(郝玉芝，卜显和，专利技术专利申请 号200510016271.7，申请日2005.3.7)。蔡万煜等通过溶液中成核，然后 吸附于活性碳的方法制备了铂炭加氢催化剂(蔡万煜，专利技术专利申请号 200310118982.6，申请日2003.11.26)。沈培康等采用微波方法在炭黑上负 载了铂纳米粒子(沈培康，填植群，谢芳艳，专利技术专利号02115377.9)。邢 巍等以活性炭为载体制备了粒径为4±0. 5纳米的铂纳米粒子(邢巍，李旭光， 陆天虹，专利技术专利号02118282.5)。崔作林等用物理蒸发冷凝法制备了平均 粒径为30纳米的NiPd超微粒子(崔作林，张志坤，董立峰，专利技术专利号 94115078. X)。 丁连会等将20 50纳米的镍粒子负载在氧化铝上制备了加氢 催化剂(丁连会，胡永康，专利技术专利号01133372.3)。贺振富等在添加了镧、 锆、铈、钇、镨的氧化铝上负载贵金属活性组分制备了一种热稳定性和活性 较好的汽车尾气净化催化剂(贺振富，邵潜，景振华，达志坚，段启伟，沈 宁元，专利技术专利号02103902. X)。安立敦等通过用HAuCl4溶液浸渍球形氧化 铝载体、碱处理、还原，制备了对CO具有低温氧化催化活性的催化剂(安立 敦，齐世学，索掌怀，翁永根，邹旭华，专利技术专利号03138786.1)。关乃佳 等在含堇青石的复合载体上负载Cu、 Ag、 La等制备了用于汽车尾气处理的催 化剂(关乃佳，李兰东，刘书亮，李德新，专利技术专利号03120993.9。邢巍 等通过用活性炭吸附铂、钌氯化物或溴化物，然后用氢气还原获得了负载有 粒径为3士0.5纳米的铂粒子的直接甲醇燃料电池纳米电催化剂(邢巍，薛新 忠，刘长鹏，陆天虹，专利技术专利号03148600.2)。邢巍等在活性炭上吸附贵 金属盐，然后还原，制备了粒径为4士0.5纳米铂一元或铂一钌二元燃料电池 阳极催化剂(邢巍，杜荣兵，陆天虹，专利技术专利号01118253.9)。石瑶等用 炭材料吸附氯铂酸，用甲醛还原制得含粒径3.6 11.7纳米铂纳米粒子的质 子膜燃料电池用纳米铂催化剂(石瑶，邓红梅，严小敏，陈晓枫，柳后田，发 明专利号01126184.6)。 Chan-ho Pak等先制备了 Pt/BaO-Si02-Al20:,， Rh/ BaO-Si02-AL03及其复合体用于汽车尾气处理(Chan-hoPak, et al， US Patent, Patent Number: 5,916,839)。 Sang-cheol Park等报到了能吸附氮的氧化物 的催化剂载体BaMnOVAlA, CaMn03/Al203 (Sang-cheol Park, et al， US Patent, Patent Number: 5， 906， 958) 。 C. -J. Zhong等制备了炭担载的PtVFe 合金纳米粒子，显示良好的氧还原反应催化能力(C,J. Zhong, et al， USPatent, Patent Number: 7053021)。他们还先制备双金属AuPt纳米粒子， 然后组装到碳黑或碳黑/Ti02上，得到良好的燃料电池正负催化电极(C,J. Zhong, et al， US Patent, Patent Number: US2006178260)。 Rokicki Andrzej 等制备了用于加氢催化的IrxPdyMz催化剂(Rokicki Andrzej， et al， US Patent, Patent Number: US2006178262)。 Cha Jennifer等用纳米粒子组装 各种微结构，并预测这些微结构在催化方面具有应用前景(ChaJennifer, et al， US Patent, Patent Number: US2003082237)。 V B Ukraintsev等先合 成零价钯，然后将之沉淀在纳米级碳黑上，制得含Pd加氢催化剂(V B Ukraintsev， et al， Russian Patent, Patent Number: RU2258561)。贺军 辉等制备了 Pd-Ag核壳纳米粒子，其显示出远高于商品催化剂的加氢催化活 性(贺军辉等，US Patent, Patent Number: 2003047028， )。 Adzic Radoslav 等制备了 Pt及其合金包覆的Pd和Pd合金粒子,并将之应用于燃料电池(Adzic Radoslav， et al， US Patent, Patent Number: US2006135359)。 MONSANTO公司开发了一个过程来用钌等降低机动车尾气中氮氧化物的排放量 (MONSANTO, Patent, Patent Number: GB1425481)。尽管通过研究人员的不懈努力，这些催化材料的效率、循环使用稳定性、 贵重金属组分含量和经济成本等均有不同程度的提高，但传统的设计、制备 方法和技术在进一步大幅度提高这些催化材料的性能方面难有作为。随着纳 米技术的兴起和迅速发展，为大幅度提高催化材料的性能提供了新的机遇。 与环境保护、化工、能源和材料制造有关的重要催化材料成为科学家争相研 究开发的领域，其中，机动车尾气净化催化材料、燃料电池催化材料、加氢 催化材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含铂纳米粒子的二氧化锆纳米薄膜，其特征是：该薄膜中的二氧化锆以四角形纳晶形式存在，铂纳米粒子的尺寸在０．１～５纳米，尺寸分布在０．１～０．７纳米，铂纳米粒子的晶型属于立方晶系；薄膜中铂纳米粒子的含量为铂与薄膜主要成份锆的摩尔比为１∶２～１∶１０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，国武丰喜，武藤惠美，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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