本发明专利技术公开了一种具有Pd1M/载体结构的单原子催化剂及应用，该催化剂以Pd为第一活性金属，添加Co、Zr、Ba、Ni形成的双金属或三金属催化剂，该催化剂在机动车尾气净化、气体中NOx、CO和CH净化和清除中应用，有较好的效果。本申请发现活性金属Pd以单原子形式存在，能够有效提高催化性能和稳定性，而加入第二活性金属后，能在降低Pd金属含量的基础上，提高CO和NOx的催化消除效果，降低反应温度。此外，本发明专利技术的活性金属体系在氧化铝、氧化硅和分子筛载体上都表现高催化性能，无需使用较高成本的铈锆复合氧化物。合氧化物。合氧化物。
【技术实现步骤摘要】
一种具有Pd1M/载体结构的单原子催化剂及应用
[0001]本专利技术涉及用于机动车尾气净化的催化剂，属于环境催化领域。
技术介绍
[0002]随着机动车保有量的持续增加，机动车尾气污染物包括一氧化碳(CO)，未燃烧的碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NO
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)的排放量也越来越大。这些气体污染物吸附在雾霾颗粒表面上，吸入人体内，会对人体健康造成严重伤害；另外氮氧化合物也是形成酸雨的直接原因，直接危害到生态环境安全。
[0003]各国相继制定并执行了越来越严苛的机动车尾气排放法规，来限制机动车尾气污染物的排放。机动车尾气净化技术主要是在三效催化技术基础上不断发展的。因此企业亟需开发出性能更为优异的三效催化剂来降低尾气污染物含量。
[0004]目前，三效催化剂的主要活性组分为铂族贵金属(Pd、Pt、Rh)，其中Pd和Pt主要用于催化CO和HC的氧化，Rh主要用于催化NOx的还原，但贵金属成本在催化剂总成本中占据很大比例，进一步降低贵金属用量并满足机动车尾气排放标准面临巨大的挑战。
[0005]专利申请CN2020116372442公开了制备单原子三效催化剂的方法，业界还需要进一步降低贵金属含量，以进一步降低成本。
技术实现思路
[0006]本专利技术公开了一种Pd1M/载体结构的单原子催化剂，其中，Pd金属以单原子位点状态负载在载体上，Pd负载量以催化剂总重量计为0.1
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2.0wt%，优选为0.2
‑
1.5wt%；M选自Co、Zr、Ba或Ni的一种或二种，M金属负载量以催化剂总重量计为0.1
‑
10wt%，优选为0.4
‑
5wt%；载体为常用的多孔金属氧化物载体，可选自氧化铝、二氧化硅、分子筛、氧化钛或稀土氧化物。
[0007]当M选自一种金属时，优选M为Co或Zr；当M选自两种金属时，优选选自Co/Ba（Co和Ba）、Co/Ni（Co和Ni）或Ni/Ba（Ni和Ba），M金属各自独立的负载量优选为0.1
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10wt%，优选0.4
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5wt%，载体优选为氧化铝、二氧化硅、分子筛、或氧化钛。
[0008]本专利技术具体实施了Pd1Co/Al2O3、Pd1Zr/Al2O3、Pd1CoBa/Al2O3、Pd1CoNi/Al2O3、Pd1NiBa/Al2O3、Pd1Co/SiO2、Pd1Co/TiO2、和Pd1Co/ZSM
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22。
[0009]本专利技术公开一种Pd1M/载体结构的单原子催化剂的制备方法，包括：S1：根据设计的负载量，将Pd前驱体和M金属前驱体负载到载体上，形成催化剂前体；S2：使用含氮化合物来处理前述催化剂前体；S3：对催化剂前体进行焙烧，得到所述催化剂。
[0010]其中，M金属选自Co、Zr、Ba或Ni的一种或二种；所述Pd或M金属前驱体为可溶性金属的无机盐、有机盐或配合物。优选，硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐、乙酰丙酮盐、氯络合物或氨络合物。所述可溶是指可溶解在水或醇中，其中醇为甲醇或乙醇。
[0011]Pd以单原子位点状态分散在载体上，Pd的含量基于催化剂总重量为0.1
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2.0wt%，优选为0.2
‑
1.5wt%。M金属含量为0.1
‑
10wt%，优选为0.4
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5wt%。
[0012]所述载体为常用多孔金属氧化物载体，包括氧化铝、二氧化硅、分子筛、氧化钛或稀土氧化物。
[0013]步骤S1中，可以使用本领域任何已知的手段进行负载，包括浸渍、吸附、离子交换、初湿含浸法、沉淀、喷雾干燥等方法。本专利技术优选使用浸渍法，可根据载体吸附量，配制合适质量（或体积）金属盐溶液，确保溶液质量为载体吸附量的1
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20倍，优选溶液质量为载体吸附量1
‑
10倍，更优选1
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5倍，将载体与金属盐溶液混合，充分搅拌，优选搅拌5
‑
400分钟，分离得到负载金属的催化剂前体。
[0014]步骤S2中，所述处理包括用含氮化合物浸泡或冲洗催化剂前体，而后固液分离得到固态催化剂前体。
[0015]所述含氮化合物为NH3、二甲基甲酰胺、尿素、C1‑
20
烷烃胺，C2‑
20
烯烃胺，C1‑
20
烷烃二胺、C1‑
20
烷烃三胺、C4‑
20
环烷烃胺、C4‑
20
环烷烃二胺、C4‑
20
含氮杂环、C6‑
20
芳香族胺；优选为NH3、二甲基甲酰胺、尿素、C1‑6烷烃胺、C1‑6烷烃二胺、C6‑
20
芳族胺；更优选为NH3、乙二胺、三乙胺、正丁胺或二甲基甲酰胺。可以使用含氮化合物的溶液，如水溶液，醇溶液，其中醇溶液为甲醇或乙醇溶液，优选使用0.5
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15wt%浓度的氨水、或0.5
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15wt%的乙二胺水溶液，特别优选0.5
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5wt%的氨水溶液或0.5
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5wt%乙二胺水溶液。
[0016]步骤S3之前，可根据需要，对固态催化剂前体进行干燥；所述干燥可选用常规干燥方法、烘箱烘烤、热空气烘烤、真空干燥、冷冻干燥等。
[0017]步骤S3中，焙烧在200
‑
600℃，优选300
‑
500℃下进行。
[0018]尽管Pd盐溶液质量与载体吸附量相同时，使用等体积浸渍法负载Pd盐，形成的催化剂即能达到本专利技术的目的。但将Pd溶液质量设定为载体吸附量的1
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20倍，优选1
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10倍，最优选1
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5倍，通过降低Pd的溶液浓度，让Pd在载体上的分布更分散。一方面利用浓度低使得单位体积的Pd离子密度低，另一方面利用Pd阳离子彼此排斥的特点，在反复吸附
‑
脱附过程中进一步分散贵金属，更有利于形成贵金属呈现单原子分布的三效催化剂前体。
[0019]本专利技术进一步公开一种Pd1M/载体结构的单原子催化剂的制备方法，包括，S1：将载体与金属盐溶液混合，分离得到负载贵金属的催化剂前体；S2：用含氮化合物浸泡或冲洗催化剂前体，而后固液分离得到固态催化剂前体；S3：根据需要，对固态催化剂前体进行干燥，干燥后进行焙烧，焙烧在200
‑
600℃，优选300
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500℃进行，得到所述催化剂。
[0020]所述原料定义如前述部分内容。
[0021]专利技术人发现增加第二金属以后，相对于仅使用Pd的单原子催化剂，双金属以及三金属催化剂在NOx消除，CO氧化和/或CH化合物的消除上，在贵金属含量不变甚至降低的情况下，显著的提升了三类污染物质的催化消除能力，尤其是NOx的消除方面。
[0022]本专利技术进一步保护一种具有Pd1M/本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有Pd1M/载体结构的单原子催化剂，其中，Pd金属以单原子位点状态负载在载体上，Pd负载量以催化剂总重量计为0.1
‑
2.0wt%， M选自Co、Zr、Ba或Ni的一种或二种，M金属负载量以催化剂总重量计为0.1
‑
10wt%，载体为氧化铝、二氧化硅、分子筛、氧化钛或稀土氧化物。2.如权利要求1所述的催化剂，其中，Pd负载量为0.2
‑
1.5wt%，M为一种金属时，为Co或Zr，M为两种金属时，选自Co和Ba、Co和Ni或Ni和Ba，M金属各自独立的负载量为0.4
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5wt%，载体为氧化铝、二氧化硅、分子筛、氧化钛。3.如权利要求1所述的催化剂，催化剂结构为Pd1Co/Al2O3、Pd1Zr/Al2O3、Pd1CoBa/Al2O3、Pd1CoNi/Al2O3或Pd1NiBa/Al2O
3 。4.如权利要求1
‑
3任一项的Pd1M/载体结构的单原子催化剂的制备方法，包括：S1：根据设计的负载量，将Pd前驱体和M金属前驱体负载到载体上，形成催化剂前体；S2：使用含氮化合物来处理前述催化剂前体；S3：对催化剂前体进行焙烧，得到所述催化剂；其中，Pd以单原子位点状态分散在载体上，Pd的含量基于催化剂总重量为0.1
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2.0wt%；M金属选自Co、Zr、Ba或Ni的一种或二种，M金属负载量以催化剂总重量计为0.1
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10wt%；所述Pd前驱体或M金属前驱体为可溶性金属的无机盐、有机盐或配合物；所述可溶是指可溶解在水或醇中，其中醇为甲醇或乙醇；所述载体为常用多孔金属氧化物载体，包括氧化铝、二氧化硅、分子筛、氧化钛或稀土氧化物；所述含氮化合物选自NH3、二甲基甲酰胺、尿素、C1‑
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烷烃胺，C2‑
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烯烃胺，C1‑
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烷烃二胺、C1‑
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烷烃三胺、C4‑
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环烷烃胺、C4‑
20
环烷...
【专利技术属性】
技术研发人员：王梦云，李杨，连超，
申请(专利权)人：北京单原子催化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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