钙钛矿催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿催化剂及其制备方法。所述钙钛矿催化剂采用如下式(1)所示的结构式表示：A1‑

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种钙钛矿催化剂及其制备方法，属于催化剂领域。

技术介绍

[0002]CO和挥发性有机污染物(VOCs)作为危害人类健康的污染源越来越受到人们的重视，一氧化碳(CO)是城市环境空气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)，作为真气体污染物存在于空气中，高浓度的CO暴露会影响心脏、神经系统的功能，给人体健康带来不利的影响，应引起足够的重视。
[0003]CO作为一种不易被人的感官所察觉的污染物，其可以随吸入的空气被人吸收后，同血红蛋白结合而干扰体内氧的运输与传递，心脏的功能会受到损害。CO来源包括工业生产和城市活动等。这种气体是由碳的不完全燃烧释放出来的。汽车尾气可能含有CO：7％～50％，煤气含10％左右，水煤气约含30％，炼铁炉烟道气约含30％，以火力发电厂、钢铁厂、石油化工厂、水泥厂等对大气污染最为严重。
[0004]此外，挥发性有机化合物(VOCs)也是现如今主要大气污染物之一，不仅对人体健康极其有害，也对环境也有害。挥发性有机化合物主要来自建筑材料、装修材料等日常生活以及化工、电厂锅炉尾气等工业。挥发性有机化合物(如低碳烃、芳烃、醛等)绝大多数具有毒性、恶臭味且易燃易爆，不仅对生态环境造成污染(如生成为光化学烟雾、破环臭氧层和二次有机气溶胶等)，而且严重威胁人类健康。挥发性有机化合物的污染面广、危害大、成份复杂、治理难度大。
[0005]在现有技术中，催化燃烧处理废气浓度宽，无二次污染，是目前CO和VOCs净化的最有效方法；且随着环保标准的提高，催化燃烧在VOCs和CO净化领域的应用有待进一步加强。因此，无论是从节能还是从减排的角度出发，都很有必要研制出高效的燃烧催化剂。
[0006]现有燃烧催化剂的主要问题在于低于400℃时，燃烧催化剂的活性很低或者高温下燃烧催化剂不稳定。目前催化燃烧的催化剂主要分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属催化剂具有较高的催化活性、不易挥发以及对反应器材质等的要求比较低，工业应用前景较好，所以贵金属催化剂在研究以及应用中所占比例较大。然而贵金属易烧结、耐热性差、价格昂贵的缺点，很大程度上限制了其发展，从而使得非贵金属催化剂的研究成为必要。非贵金属催化剂低温活性差，但其资源丰富、廉价，具有大规模应用的前景。在非贵金属催化燃烧催化剂中，钙钛矿型复合金属氧化物催化剂(ABO3)由于其化学结构易裁剪的性能使其成为最具发展潜力的燃烧催化剂之一。
[0007]钙钛矿型复合金属氧化物催化剂是一类过渡金属与稀土金属相复合的金属氧化物，已被证明在挥发性有机化合物催化氧化过程中不但具有较好的活性，还具有高稳定性。钙钛矿型金属氧化物由于其组成和结构的变化性，使其具有不同的物理化学性质(如氧化还原行为、氧迁移率、电子和离子电导率)，在过去几十年被广泛研究，并应用于各个领域。
[0008]众所周知，钙钛矿型金属氧化物的催化活性与其物理化学性质有关，包括形貌、比表面积、孔隙结构和非化学计量氧化物。近年来，已经相继报道各种合成钙钛矿金属氧化物
的方法(软膜板法、水热法、燃烧法、溶胶凝胶法、共沉淀法、熔盐法等)来改善其物理化学性能，从而提高其催化活性。目前也有研究者通过在A位掺杂其他元素可以提高钙钛矿的催化活性。然而，掺杂的元素往往会在钙钛矿表面富集，阻挡了具有催化活性的B位元素，限制了钙钛矿活性的进一步提高。
[0009]引用文献1公开了一种具有高活性的钙铁矿空心颗粒催化剂及制备和应用，其催化剂具有纳米级空心颗粒结构，具有La1‑
x
Sr
x
Fe
l
‑
y
Mn
y
O3型钙钛矿特征的复合氧化物，镧、锶阳离子之和与铁、锰阳离子之和的摩尔比为0.6
‑
2，锶、锰阳离子的含量可以进行调变，即x值的、范围在0
‑
0.1之内，y值的范围在0
‑
0.3之内。但是该催化剂的制备方法复杂，所需原料及反应条件要求较高，不利于大范围推广。
[0010]引用文献2公开了一种介孔La
0.8
Sr
0.2
CoO3负载纳米CeO2催化剂及其制备方法和应用。其以高比表面积的介孔钙钛矿La
0.8
Sr
0.2
CoO3为载体，以硝酸铈溶液为铈源，在碱性条件下采用水热法负载CeO2于介孔La
0.8
Sr
0.2
CoO3表面上得到负载型催化剂，具体步骤为：1)将大比表面积的La
0.8
Sr
0.2
CoO3作为载体，与硝酸铈溶液在碱性条件下混合水热负载一段时间，2)、将混合物洗涤、过滤、干燥、煅烧即得到负载型钙钛矿催化剂；其中大比表面积的La
0.8
Sr
0.2
CoO3可以介孔SiO2为硬模板合成。但是，由于CeO2和Sr在催化剂的表面富集，会阻挡了具有催化活性的B位元素，且CeO2活性弱于钙钛矿催化剂，限制了钙钛矿活性的进一步提高。
[0011]引用文献：
[0012]引用文献1：CN103861610A
[0013]引用文献2：CN106166491A

技术实现思路

[0014]专利技术要解决的问题
[0015]鉴于现有技术存在的问题，例如钙钛矿比表面积较小，通过A位元素掺杂提高比表面积和催化活性的制备方法复杂，所需原料及反应条件要求较高，不利于大范围推广，且掺杂的元素往往会在钙钛矿表面富集，限制了钙钛矿活性的进一步提高等，本专利技术提供了一种钙钛矿催化剂。本专利技术的钙钛矿催化剂与普通的钙钛矿和掺杂钙钛矿催化剂相比，提高了催化剂的比表面积，同时克服了表面富集的掺杂元素对催化剂活性带来的不利影响。
[0016]进一步地，本专利技术还提供一种钙钛矿催化剂的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，成本低，适合大批量生产。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]本专利技术提供一种钙钛矿催化剂，其采用如下式(1)所示的结构式表示：
[0019]A1‑
y
B
y
Z3‑
aX(I)
[0020]其中，A元素选自稀土金属，
[0021]B元素选自过渡金属，
[0022]Z元素选自O、S、N、P或卤素，
[0023]X选自铵基活化剂，
[0024]0≤y<1，
[0025]a表示铵基活化剂与A元素和C元素之和的摩尔比，1.5≤a≤6。
[0026]根据本专利技术所述的钙钛矿催化剂，其中，所述钙钛矿催化剂具有多孔结构，所述钙钛矿催化剂的平均孔径为30
‑
100nm；所述钙钛矿催化剂的比表面积为6
‑
40m2/g；所述钙钛矿催化剂的孔容为0.01
‑
0.1cm3/g。
[0027]根据本专利技术所述的钙钛矿催化剂，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿催化剂，其特征在于，采用如下式(1)所示的结构式表示：A1‑
y
B
y
Z3‑
aX
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(I)其中，A元素选自稀土金属，B元素选自过渡金属，Z元素选自O、S、N、P或卤素，X选自铵基活化剂，0≤y<1，a表示铵基活化剂与A元素和C元素之和的摩尔比，1.5≤a≤6。2.根据权利要求1所述的钙钛矿催化剂，其特征在于，所述钙钛矿催化剂具有多孔结构，所述钙钛矿催化剂的平均孔径为30
‑
100nm；所述钙钛矿催化剂的比表面积为6
‑
40m2/g；所述钙钛矿催化剂的孔容为0.01
‑
0.1cm3/g。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿催化剂，其特征在于，所述铵基活化剂包括尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、醋酸铵中的一种或两种以上的组合。4.一种根据权利要求1
‑
3任一项所述的钙钛矿催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用铵基活化剂对金属前驱体进行络合，得到络合产物；对所述络合产物进行酸处理，得到凝胶状...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建军，李俊华，刘晓庆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：