金属氧化物催化剂的制备方法及金属氧化物催化剂技术

本发明专利技术涉及金属氧化物催化剂的制备方法及金属氧化物催化剂。本发明专利技术的金属氧化物催化剂，通过包括超临界二氧化碳萃取法的合成法制备而成，包含：包括一种以上的金属氧化物的活性位点以及用于负载所述活性位点的载体，其中，所述金属氧化物为选自元素周期表中的过渡金属(transition metal；原子序数为21～29、39～47、72～79或104～108)、镧系元素(lanthanide；原子序数为57～71)、后过渡金属(post

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物催化剂的制备方法及金属氧化物催化剂


[0001]本专利技术涉及利用超临界二氧化碳萃取工艺(supercritical CO
2 extraction)的金属氧化物催化剂的制备以及利用其的非均相催化反应(heterogeneous catalysis)中的速度(rate)和性能(performance)的控制/增强。具体地，以载体(support)的晶体结构(crystal structure)/多孔性(porosity)、分散于载体内的金属氧化物活性位点(active site)的分散度(dispersity)/晶相(crystal phase)的优选的实现为基础的催化剂表面特性(surface property)的调节以及基于此的催化剂的速度/性能改善。

技术介绍

[0002]非均相催化剂(heterogeneous catalytic solid)通常由活性位点以及使其高分散的载体组成。然而，当使用化学/物理(热)稳定性弱的多孔性的固体作为催化剂的载体时，去除用于将活性位点前体分散到载体的合成溶剂的现有的方法(例如，过滤、洗涤或热干燥)频繁地导致在烧制(或煅烧，calcination)之后载体/活性位点原有的优选的结构毁损/崩塌或活性位点聚集的现象(aggregation)。这归咎于溶剂与载体/活性位点之间的化学键(例如，配价键(dative bond、coordinative bond)或氢键(hydrogen bond))以及合成溶剂的表面张力(surface tension)，具体地，在合成溶剂从载体气孔中被去除的过程中，合成溶剂强有力地吸引载体/活性位点的现象(capillary effect)。超临界二氧化碳流体(fluid)能够提供的特性有1)低粘性(viscosity)、2)基于与多种具有极性(polarity)的溶剂(solvent)的混溶性(miscibility)的向溶剂分子内部的高扩散度(diffusivity)、3)与固相的载体/活性位点之间的微弱的相互作用(interaction)等。因此，超临界二氧化碳流体(fluid)能够稳定地去除/萃取包含在化学/物理(热)稳定性弱的多孔性的载体气孔(pore)中或与载体/活性位点具有显著的相互作用的合成溶剂，因此，能够提供最大限度地减少固体催化剂表面物性的毁损和变形的优点。
[0003]利用超临界二氧化碳萃取法(supercritical CO
2 extraction)制备出的固相的金属氧化物催化剂的优点在于，在多种非均相催化反应，具体地，对反应物所包含的N
‑
O/N
‑
H/C
‑
O/O
‑
H键进行活化(activation)或在断键反应(fragmentation)中提供高活性(activity)、高转化率(conversion)或高选择性(selectivity)。更具体地，能够优选地实现/控制可存在于超临界处理之后经烧制(或煅烧，calcination)而形成的金属氧化物催化剂的表面的布朗斯台德酸位点(acid site)、路易斯酸位点(Lewis acid site)、表面活性氧物种(labile oxygen)、氧空位(oxygen vacancy)等的分布/数量/强度以及氧化还原特性等，从而使伴有所述酸位点、氧物种或氧空位(oxygen vacancy)中的一种以上的非均相催化反应的速度(rate)、转化率(conversion)或选择性(selectivity)得到改善或被最大化。
[0004]例如，在利用氨(NH3)对作为细颗粒物前体的氮氧化物(NO
X
，X＝1或2)进行还原(reduction)以选择性地形成氮气(N2)和水(H2O)的氮氧化物的选择性还原(selectivie catalytic NO
X reduction：SCR，反应式(1)和(2))反应中，能够选择性地活化氮氧化物的
N
‑
O键以改善氮气/水的生产性。
[0005]4NO+4NH3+O2→
4N2+6H2O
…
(1)
[0006]2NO2+4NH3+O2→
3N2+6H2O
…
(2)
[0007]另外，例如，能够选择性地活化作为细颗粒物前体的氨(NH3)所包含的N
‑
H键并利用氧气(O2)进行氧化(selective catalytic NH
3 oxidation：SCO)且改善作为优选产物的氮气的选择性(selectivity，反应式(3))并最大限度地降低作为非优选产物的氮氧化物(NO
X
，反应式(4)和(5))以及N2O(反应式(6))的选择性。
[0008]4NH3+3O2→
2N2+6H2O
…
(3)
[0009]4NH3+5O2→
4NO+6H2O
…
(4)
[0010]4NH3+7O2→
4NO2+6H2O
…
(5)
[0011]4NH3+2O2→
N2O+3H2O
…
(6)
[0012]然而，即便利用所述超临界二氧化碳萃取的金属氧化物催化剂的制备以及所提议的催化反应示例具有显著的优点以及期待效果，至今也没有其实施例。
[0013]在先技术文献
[0014]专利文献
[0015](1)授权专利公报第10
‑
0878459号

技术实现思路

[0016]技术问题
[0017]本专利技术的目的在于，提供一种利用超临界二氧化碳萃取的非均相催化剂的新型合成法，其用于解决由上述金属氧化物非均相催化剂制备法派生出的多种问题，与现有的催化剂制备法相比，能够对反应物所包含的N
‑
O/N
‑
H/C
‑
O/O
‑
H键的选择性活化反应提供得到改善的速度(rate)、转化率(conversion)或选择性(selectivity)。
[0018]另外，本专利技术的目的在于，提供一种方法论，其能够控制对于N
‑
O/N
‑
H/C
‑
O/O
‑
H键的选择性活化反应优选的布朗斯台德酸位点(acid site)、路易斯酸位点(Lewis acid site)、表面活性氧物种(labile oxygen)、氧空位(oxygen vacancy)等的分布/数量/强度以及氧化还原特性。但是这些问题是示例性的，本专利技术的范围不限于此。
[0019]技术方案
[0020]根据用于解决上述技术问题的本专利技术的一观点，提供一种金属氧化物催化剂的制备方法，该金属氧化物催化剂包含：包括一种以上的金属氧化物的活性位点以及用于负载所述活性位点的载体，所述制备方法使用超临界二氧化碳萃取法。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物催化剂的制备方法，该金属氧化物催化剂包含：包括一种以上的金属氧化物的活性位点以及用于负载所述活性位点的载体，其特征在于，所述制备方法使用超临界二氧化碳萃取法。2.根据权利要求1所述的金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属氧化物催化剂晶粒前体溶解在合成溶剂中之后沉淀到载体表面；利用超临界二氧化碳萃取法对催化剂晶粒前体
‑
载体中间产物进行干燥；以及对经干燥的催化剂晶粒前体
‑
载体中间产物进行煅烧处理，从而制备出金属氧化物催化剂。3.根据权利要求1所述的金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳萃取法在50～150℃的温度、0.1～24小时、10
‑5～105mL/min的流速、75～150atm的CO2压力下进行。4.根据权利要求2所述的金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，通过所述超临界二氧化碳萃取法萃取出的超临界二氧化碳流体降低所述载体与合成溶剂之间的相互作用。5.一种金属氧化物催化剂，其特征在于，包含：包括一种以上的金属氧化物的活性位点；以及用于负载所述活性位点的载体，其中，所述金属氧化物为选自元素周期表中的原子序数为21～29、39～47、72～79...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟植，河宪弼，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：