本申请公开了一种催化剂、催化剂缺陷调控方法及应用，所述催化剂缺陷调控方法，至少包括：将金属氧化物浸渍到含有过渡金属前驱体的混合液Ⅰ中，得到载有过渡金属的金属氧化物；对所述载有过渡金属的金属氧化物进行焙烧，得到初始催化剂；将所述初始催化剂浸渍到含有助剂前驱体的混合液Ⅱ中，得到含有助剂的催化剂，所述助剂为碱金属和/或碱土金属；对所述含有助剂的催化剂进行还原，得到调控缺陷后的催化剂。该方法简单易行，可以很容易地调控催化剂中的氧空位等缺陷，并且在水煤气变换、一氧化碳氧化、甲醛氧化、芳香化合物加氢等反应中表现处更好的催化活性，因此具有潜在的应用价值。值。
【技术实现步骤摘要】
一种催化剂、催化剂缺陷调控方法及应用
[0001]本申请涉及一种催化剂、催化剂缺陷调控方法及应用，属于催化
技术介绍
[0002]金属氧化物是常见的催化剂载体，被广泛用于多相催化中。由于其众多的化学组成，不同的电子和形貌特征使其具有不同的性质以及化学活性。Mars-van Krevelen机理(Mars P.,Van Krevelen D.W.Chem.Eng.Sci.,1954,3:41-59.)表明，金属氧化物催化氧化还原反应时，其表面活泼的晶格氧参与了催化过程。而金属氧化物作为催化剂载体也同样可能参与催化循环过程，其中氧交换能力较强的可还原金属氧化物，如TiO2、CeO2、V2O5和Fe2O3等，通常在氧化还原反应中表现出较高的催化活性(Rodriguez J.A.,et al.Science,2007,318(5857):1757-1760.；Panagiotopoulou P.,Kondarides D.I.J.Catal.,2009,267(1):57-66.)。可还原金属氧化物中易产生氧空位，在反应条件下氧空位的快速产生与去除使其表面的氧较为活泼，表现出一定的储氧能力(Gorte R.J.AICHE J.,2010,56(5):1126-1135.；Bunluesin T.,et al.Appl.Catal.A-Gen.1998,15(1):107-114.)。在水煤气变换(Water Gas Shift，WGS)反应中，普遍认为水的活化是该反应的关键步骤，而金属氧化物中的氧空位有助于水的吸附解离(Ammal S.C.,Heyden A.J.Catal.,2013,306:78-90.；Schaub R.,et al.Phys.Rev.Lett.,2001,87(26):266104.)，因此增加催化剂中氧空位数量可有效提高催化剂的活性。Zhang等(Guan H.,et al.AICHE J.,2017,63(6):2081-2088.；Lin J.,et al.J.Am.Chem.Soc.,2013,135(41):15314-15317.)报道了Rh1/TiO2和Ir1/Fe2O3在水煤气变换反应中表现出优异的催化活性，通过表征发现催化剂的活性与其含有的氧空位数量成正相关。因此提高催化剂中的氧空位数量将有效地提高催化剂在涉及Mars-van Krevelen机理的反应中的活性。
[0003]此外当金属氧化物处于还原态时，其局部氧空位束缚了因氧缺失留下的电子(Kowalski P.M.,et al.Phys.Rev.Lett.,2010,105(14):146405)，因而与吸附金属可能存在较强的电子作用，因此其负载金属后可能对催化剂的电子结构有调变作用(Wang H.,et al.J.Chem.Phys.,2017,146(18):11.)。具有特殊电子结构的催化剂在催化反应中可能表现出优异的催化性能。
技术实现思路
[0004]根据本申请的第一方面，提供了一种催化剂缺陷调控方法，该方法简单易行，可以很容易地调控催化剂中的氧空位等缺陷，并且在水煤气变换、一氧化碳氧化、甲醛氧化、芳香化合物加氢等反应中表现出更好的催化剂活性，因此具有潜在的应用价值。
[0005]所述催化剂缺陷调控方法，至少包括以下步骤：
[0006](1)将金属氧化物浸渍到含有过渡金属前驱体的混合液Ⅰ中，得到载有过渡金属的金属氧化物；
[0007](2)对所述载有过渡金属的金属氧化物进行焙烧，得到初始催化剂；
[0008](3)将所述初始催化剂浸渍到含有助剂前驱体的混合液Ⅱ中，得到含有助剂的催化剂，所述助剂为碱金属和/或碱土金属；
[0009](4)对所述含有助剂的催化剂进行还原，得到调控缺陷后的催化剂。
[0010]本申请中，调控缺陷后的催化剂以金属氧化物为载体，以过渡金属为活性组份，碱金属或碱土金属为助剂。
[0011]可选地，所述还原温度的下限值选自100℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃或350℃，上限值选自200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃；
[0012]可选地，所述还原时间下限值选自1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h或11h，上限值选自2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h。
[0013]可选地，步骤(1)所述的过渡金属前驱体为过渡金属的化合物；所述过渡金属的化合物可选自过渡金属的硝酸盐、过渡金属的氯化物、过渡金属的有机配合物、含有过渡金属的酸中的至少一种，其中所述含有过渡金属的酸如氯铂酸。
[0014]所述的过渡金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au中的至少一种；优选Ni。
[0015]可选地，所述过渡金属在所述调控缺陷后的催化剂中的质量含量为0.1～10％，其中，所述过渡金属的质量以过渡金属元素的质量计，所述调控缺陷后的催化剂的质量以所述金属氧化物的质量计；优选地，所述过渡金属在所述调控缺陷后的催化剂中的质量含量为1～5％，更优选1～1.5％。
[0016]可选地，所述过渡金属在所述调控缺陷后的催化剂中的质量含量的下限值选自0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％，上限值选自1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
[0017]可选地，步骤(1)所述的金属氧化物为可还原氧化物，所述可还原氧化物选自二氧化钛、二氧化铈、二氧化锰、五氧化二钒、氧化铁中的至少一种。
[0018]本申请中，所述可还原氧化物是指氧化物中的金属离子能够得电子得到低价态金属离子的氧化物。
[0019]可选地，步骤(1)中，混合液Ⅰ中溶剂为水，优选去离子水；混合液Ⅰ中过渡金属前驱体的含量为0.5～5mg/mL，其中，所述过渡金属前驱体的质量以过渡金属元素的质量计。
[0020]可选地，步骤(1)所述的浸渍，浸渍温度为30～60℃。步骤(3)所述的浸渍，浸渍温度为30～60℃。
[0021]可选地，步骤(2)所述的焙烧，具体条件包括：
[0022]焙烧温度为300～500℃，优选300～400℃；
[0023]焙烧时间为2～6h，优选3～5h。
[0024]可选地，步骤(3)中所述混合液Ⅱ中溶剂为水，优选去离子水；
[0025]所述助剂前驱体在所述混合液Ⅱ中的质量含量为0.5～10mg/mL，其中，所述助剂前驱体的质量以所含金属元素质量计。
[0026]可选地，步骤(3)所述的助剂前驱体为助剂的硝酸盐、碳酸盐、氢氧化物中的至少一种；
[0027]可选地，所述助剂在所述调控缺陷后的催化剂中的质量含量为0.1～20％，其中，所述助剂的质量以金属元素质量计，所述调控缺陷后的催化剂的质量以所述金属氧化物的
质量计；
[0028]优选地，所述助剂在所述调控缺陷后的催化剂中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种催化剂缺陷调控方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)将金属氧化物浸渍到含有过渡金属前驱体的混合液Ⅰ中，得到载有过渡金属的金属氧化物；(2)对所述载有过渡金属的金属氧化物进行焙烧，得到初始催化剂；(3)将所述初始催化剂浸渍到含有助剂前驱体的混合液Ⅱ中，得到含有助剂的催化剂，所述助剂为碱金属和/或碱土金属；(4)对所述含有助剂的催化剂进行还原，得到调控缺陷后的催化剂。2.根据权利要求1所述的催化剂缺陷调控方法，其特征在于，步骤(1)所述的过渡金属前驱体为过渡金属的化合物；所述的过渡金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au中的至少一种；所述过渡金属在所述调控缺陷后的催化剂中的质量含量为0.1～10％，其中，所述过渡金属的质量以过渡金属元素的质量计，所述调控缺陷后的催化剂的质量以所述金属氧化物的质量计。3.根据权利要求1所述的催化剂缺陷调控方法，其特征在于，步骤(1)所述的金属氧化物为可还原氧化物，所述可还原氧化物选自二氧化钛、二氧化铈、二氧化锰、五氧化二钒、氧化铁中的至少一种。4.根据权利要求1所述的催化剂缺陷调控方法，其特征在于，步骤(1)所述的浸渍，浸渍温度为30～60℃；步骤(3)所述的浸渍，浸渍温度为30～60℃。5.根据权利要求1所述的催化剂缺陷调控方法，其特征在于，步骤(2)所述的焙烧，具体条件包括：焙烧温度为300～500℃；焙烧时间为2～6h。6.根据权利要求1所述的催化剂缺陷调控方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，裴启俊，何腾，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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