金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及用途技术

本发明专利技术提供一种金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及应用，包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和金属氧化物，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂中，贵金属的质量与贵金属及金属氧化物的总质量的比值为1~10：100，且所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为二维结构。本发明专利技术的制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，应用于甲烷催化燃烧反应可以使CH4在反应温度为400℃以下时，甲烷转化率可高达到100%，具有良好的甲烷低温氧化活性。同时，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂具有稳定性好、寿命长、耐水性好等优点，在310~500℃下连续运转100小时以上无明显失活现象，具有良好的工业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及用途
本专利技术属于化学合成领域，特别是涉及一种金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及用途。
技术介绍
由于世界石油储量的日益下降，现在越来越多的研究的重点放在了发展替代能源上，而丰富的天然气能源成为了21世纪最有发展前景的能量来源。然而，甲烷作为天然气的主要组成部分，不仅在一些工业合成过程中作为一种副产物被合成，同时也是天然气燃料汽车和天然气发电厂主要的烃空气污染物，其温室效应是CO2的21倍。目前，所研究的甲烷燃烧催化剂大多需要在较高温度(>400℃)下促使C-H键断裂，而该温度不能满足稀燃发动机尾气排气的要求温度。贵金属负载型催化剂对甲烷低温燃烧反应展现出良好活性，但是该类催化剂在高温时却没有较好的稳定性，且贵金属易于在较高温度下流失和烧结，致使催化剂活性下降。通过传统的浸渍法担载贵金属并不能很好的解决这些问题，原因在于这种方法普遍缺乏贵金属和载体之间的相互作用。过渡金属氧化物Co3O4、NiO及其复合物由于在众多催化反应中都具有良好的性能，例如甲烷氧化，CO氧化和NOx还原反应。相比于传统的负载Pd催化剂，将Pd封装在载体中能显示出良好的稳定性和较高的催化活性。因此，探寻新颖结构的贵金属负载型四氧化钴催化剂对甲烷低温氧化的发展具有突破性的意义。当前，在催化领域通过光照法、沉淀沉积法、浸渍法、原子沉积等方法制备将催化剂高度分散在载体上，得到的催化剂展现了较强的金属和载体作用力，使催化剂具有催化活性以及更好的抗烧结稳定性。基于以上所述，提供一种温和简单的制备二维结构金属氧化物负载的贵金属纳米催化剂的合成方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及用途，以实现一种温和简单的制备二维结构金属氧化物负载的贵金属纳米催化剂的合成方法。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种金属氧化物负载的贵金属催化剂，包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和金属氧化物，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂中，贵金属的质量与贵金属及金属氧化物的总质量的比值为1～10：100，且所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为二维结构。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的一种优选方案，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为纳米片，所述纳米片的最大径向长度与厚度的比值不小于10。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的一种优选方案，所述金属氧化物的金属选自Co、Ni中的一种或两种组合。优选地，所述当金属氧化物的金属为Co及Ni的组合时，其中，Ni与Co的比例为1：2。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的一种优选方案，所述贵金属选自Pd、Au中的一种或两种组合。优选地，所述当贵金属元素为Pd及Au组合时，其中，Pd及Au的质量比为1：10～10：1。本专利技术还提供一种金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法，在二元醇中体系中，将金属盐与碱性表面活性剂共溶，经水热、离心分离、干燥得到二维金属前驱体；将二维金属前驱体分散在溶液中，按照催化剂的组成配比加入贵金属盐溶液，经光照、离心洗涤、干燥和焙烧得到所述金属氧化物负载的贵金属催化剂。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，包括以下步骤：步骤1)，将金属盐、碱性表面活性剂分散在二元醇中，经水热、离心分离、干燥得到二维金属前驱体；步骤2)，将所述二维金属前驱体分散在溶液中，按照催化剂的组成配比加入贵金属盐溶液，采用氙灯光照，使贵金属分散在二维金属前驱体上；步骤3)，将步骤2)得到的分散溶液进行离心分离、干燥和焙烧，得到金属氧化物负载的贵金属催化剂。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，所述金属盐、碱性表面活性剂和二元醇的比例为0.5-10mmol：0.5～5mmol：75mL。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，二元醇在反应中作为溶剂和螯合剂，选自乙二醇及二乙二醇的一种或两种组合。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，所述碱性表面活性剂选自不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮，其分子量包括10000g/mol、24000g/mol、及48000g/mol的一种或两种以上组合。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，二维金属前驱体的水热反应温度为170～200℃，二维金属前驱体的水热反应时间为12～48h。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，所述金属盐的浓度为0.004-0.009mol/L。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，所述贵金属盐包括钯盐及金盐中的一种或两种组合。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，所述贵金属盐选自硝酸钯及氯化金中的一种或两种组合。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，光照在365nm波长处对应的功率密度为50～150mW/cm2。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的一种优选方案，焙烧的温度为300～450℃，焙烧的时间为1～5小时。本专利技术还提供一种金属氧化物负载的贵金属催化剂的用途，其用于甲烷催化燃烧反应。作为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的用途的一种优选方案，甲烷催化燃烧反应条件为：反应温度为200～450℃，反应压力为常压；反应的总流速为50～100mL/min，反应的气体包括CH4、O2和N2，CH4、O2和N2的流速比为1:5～15:84～94，空速为10000～120000mL/(g·h)，催化剂的目数为60-80目。优选地，甲烷完全转化的反应温度为300～400℃如上所述，本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂、制备方法及用途，具有以下有益效果：本专利技术采用水热合成法和光照法联用制备金属氧化物负载的贵金属催化剂，该制备方法简单易操作，制备得到的催化剂形貌均一，稳定性良好，应用于甲烷催化燃烧反应可以使CH4在反应温度为400℃以下时，甲烷转化率可高达到100％，具有良好的甲烷低温氧化活性。同时，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂具有稳定性好、寿命长、耐水性好等优点，在310～500℃下连续运转100小时以上无明显失活现象，具有良好的工业化应用前景。附图说明图1显示为本专利技术的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法的步骤流程示意图。图2a为实施例1中所制备的催化剂前驱体的SEM图。图2b为实施例1中所制备的焙烧后金属氧化物负载的贵金属催化剂的SEM图。图3显示为实施例1中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂的XRD图谱。图4显示为实施例1中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂催化甲烷燃烧反应结果图。图5显示为实施例1中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂催化甲烷燃烧反应热稳定性结果图。图6a和6b显示为实施例10中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂的TEM、HRTEM图。图7显示为实施例10中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂的XRD图。图8显示为实施例10中制备的金属氧化物负载的贵金属催化剂催化甲烷燃烧反应结果图。元件标号说明S11～S13步骤1)～步骤3)具体实施方式以下通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和金属氧化物，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂中，贵金属的质量与贵金属及金属氧化物的总质量的比值为1～10：100，且所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为二维结构。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，包括以下组分：贵金属、贵金属的氧化物和金属氧化物，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂中，贵金属的质量与贵金属及金属氧化物的总质量的比值为1～10：100，且所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为二维结构。2.根据权利要求1所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，所述金属氧化物负载的贵金属催化剂为纳米片，所述纳米片的最大径向长度与厚度的比值不小于10。3.根据权利要求1所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，所述金属氧化物的金属选自Co、Ni中的一种或两种组合。4.根据权利要求2所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，所述金属氧化物的金属为Co及Ni的组合时，Ni与Co的比例为1：2。5.根据权利要求1所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，所述贵金属选自Pd、Au中的一种或两种组合。6.根据权利要求4所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂，其特征在于，所述贵金属元素为Pd及Au组合时，Pd及Au的质量比为1：10～10：1。7.一种根据权利要求1至6任一项所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：在二元醇中体系中，将金属盐与碱性表面活性剂共溶，经水热、离心分离、干燥得到二维金属前驱体；将二维金属前驱体分散在溶液中，按照催化剂的组成配比加入贵金属盐溶液，经光照、离心洗涤、干燥和焙烧得到所述金属氧化物负载的贵金属催化剂。8.根据权利要求7所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，将金属盐、碱性表面活性剂分散在二元醇中，经水热、离心分离、干燥得到二维金属前驱体；步骤2)，将所述二维金属前驱体分散在溶液中，按照催化剂的组成配比加入贵金属盐溶液，采用氙灯光照，使贵金属分散在二维金属前驱体上；步骤3)，将步骤2)得到的分散溶液进行离心分离、干燥和焙烧，得到金属氧化物负载的贵金属催化剂。9.根据权利要求7或8所述的金属氧化物负载的贵金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属盐、碱性表面活性剂和二元醇的比例为0.5-10mmol：0.5～5mmol：75mL。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，祝艳，杨娜婷，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31