一种高性能铂铈锡团簇催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂，具体涉及一种高性能铂铈锡团簇催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、机动车尾气污染物是大气污染的重要来源，据统计，机动车排放的污染物总量占据了大气污染的六成以上，随之带来了严重的环境问题。而随着人们环保意识的增强和国家相关法规的日益严格。大气污染治理成为了一个值得关注的要务。经过诸多研究表明，机动车的污染物排放的半数以上都来自于机动车发动机的冷启动阶段，其原因在于机动车的尾气处理系统的三效催化剂的起燃温度过高，在低温段催化剂无法对污染物形成有效分解。

2、在三效催化剂中，pt族贵金属被广泛的，而一般机动车尾气分解涉及到的反应包括co氧化反应以及chs燃烧反应，以co氧化反应为模型，研究pt与催化剂载体之间的相互作用，从而来实现催化反应性能的提升，一直是研究的核心问题。目前商业化的工业催化剂存在一些不足，如：(1)贵金属使用量居高不下，成本偏高；(2)起燃温度高，需要达到一定的起燃温度才有最佳的催化性能。因此，亟需开发一种高效、低成本、环境友好的催化剂。三效催化剂中常见的催化剂包括催化剂载体和活性金属，其中比较常见的载体成分是ceo2，其具有良好的储释氧能力，可以快速以金属活性组分发生相互作用，有效的提升了氧化还原性能，是很理想的载体成分，然而，随着研究的不断深入，研究者们逐渐发现ceo2也存在一个问题，就是将pt等活性组分负载之后，由于强烈的载体与活性组分之间的相互作用，高原子利用率的单原子催化剂往往表现出来并不理想的催化性能。但是将pt/ceo2催化剂简单用还原性气体处理以后，就能得到活性明显提升的催化剂，但是单纯氧化铈的供氧能力存在上限，具有能够继续突破的潜力。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种高效、低价、环境友好的高性能铂铈锡催化剂的制备方法。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种高性能铂铈锡催化剂。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种高性能铂铈锡催化剂在doc中的应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法：先通过sn掺杂调控ceo2载体的氧化还原性质，然后利用等体积浸渍法将pt负载在载体表面，经过焙烧制得高性能催化剂的前驱体，然后将前驱体在还原气氛下活化，最终得到活性团簇催化剂。

4、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法：通过sn掺杂调控ceo2载体的氧化还原性质采用的方法为：先以nh3·h2o为沉淀剂，采用沉淀法制备铈锡载体。

5、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，在去离子水中溶解ce(no3)3·6h2o和sncl4·5h2o，并用氨水调节沉淀直至ph＝10，然后陈化10小时；在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240min；获得铈锡载体。

6、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，硝酸铈和氯化锡的质量比为95：5。

7、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，取铈锡载体置于坩埚内，滴加溶解相应质量pt的等粉末吸水率体积的溶液，100℃下烘至干燥；将产物研磨后在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240min；之后使用体积分数是8％的co与ar混合气在275℃下煅烧1个小时，然后退火至室温，用空气吹扫后，得到黑灰色的高性能铂铈锡团簇催化剂。

8、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，pt的用量为1wt％。

9、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，包括以下步骤：

10、1)在去离子水中溶解ce(no3)3·6h2o和sncl4·5h2o，并用氨水调节沉淀直至ph＝10，然后陈化10小时；在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240min；获得铈锡载体；其中，硝酸铈和氯化锡的质量比为95：5；

11、2)取铈锡载体置于坩埚内，滴加溶解相应质量pt的等粉末吸水率体积的溶液，100℃下烘至干燥；将产物研磨后在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240min；之后使用体积分数是8％的co与ar混合气在275℃下煅烧1个小时，然后退火至室温，用空气吹扫后，得到黑灰色的高性能铂铈锡团簇催化剂；其中，pt的用量为1wt％。

12、所述方法制备获得的高性能铂铈锡团簇催化剂

13、所述的高性能铂铈锡团簇催化剂在doc催化剂中的应用。

14、本发明从载体表面结构设计出发，尝试选择利用sn良好的传递电子的能力，利用掺杂改性的方式对ceo2进行处理。通过掺杂处理得到的铈锡固溶体由于其丰富的氧化还原电对、丰富的表面氧缺陷极大地有利于低温氧化还原性的提升，同时丰富的氧缺陷位点为活性组分的落位提供条件。然后利用等体积浸渍法将pt负载在载体表面，，经过焙烧制得高性能催化剂的前驱体，然后将前驱体在还原气氛下活化，最终得到活性团簇催化剂。并将其应用于co氧化反应，表现出了很好的催化性能。

15、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点包括：所采用的原料廉价易得、资源丰富；制备方法简便快捷、可大规模生产；同时该方法能耗低、污染小、环境友好；制备所得的催化剂的热稳定性高、催化性能优异；具有很好的工业应用前景。

技术特征：

1.一种高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：先通过sn掺杂调控ceo2载体的氧化还原性质，然后利用等体积浸渍法将pt负载在载体表面，经过焙烧制得高性能催化剂的前驱体，然后将前驱体在还原气氛下活化，最终得到活性团簇催化剂。

2.根据权利要求1所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：通过sn掺杂调控ceo2载体的氧化还原性质采用的方法为：以nh3·h2o为沉淀剂，采用沉淀法制备铈锡载体。

3.根据权利要求1所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：在去离子水中溶解ce(no3)3·6h2o和sncl4·5h2o，并用氨水调节沉淀直至ph=10，然后陈化10小时；在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240 min；获得铈锡载体。

4.根据权利要求1或2或3所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：硝酸铈和氯化锡的质量比为95：5。

5.根据权利要求1所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：取铈锡载体置于坩埚内，滴加溶解相应质量pt的等粉末吸水率体积的溶液，100℃下烘至干燥；将产物研磨后在空气氛围下按照2℃/min的升温速率升温至550℃，并于550℃保持240 min；之后使用体积分数是8%的co与ar混合气在275℃下煅烧1个小时，然后退火至室温，用空气吹扫后，得到黑灰色的高性能铂铈锡团簇催化剂。

6.根据权利要求1或6所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于pt的用量为1wt%。

7.根据权利要求1所述的高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.权利要求1-7任一项所述方法制备获得的高性能铂铈锡团簇催化剂。

9.权利要求8所述的高性能铂铈锡团簇催化剂在doc催化剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高性能铂铈锡团簇催化剂及其制备方法和应用，属于环保催化技术领域。该高性能铂铈锡团簇催化剂的制备方法是将硝酸铂利用等体积浸渍法在高性能铈锡固溶体进行负载，最后经过焙烧制得铂铈锡单原子催化剂前体，然后在还原气氛下还原制备高性能铂铈锡团簇催化剂。本发明制备所得催化剂催化性能优异、热稳定性高，所需原料廉价易得、资源丰富，制备过程简单方便，对设备无特殊要求，能耗低，污染小，环境友好，可大规模生产，可以大幅降低成本，具有很好的工业应用前景。

技术研发人员：高飞,刘庆龙,谭伟,董林
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11