一种以单原子分散铂为前体物制备高分散Pt/CeO2的方法与应用

本发明涉及一种以单原子分散铂为前体物制备高分散pt/ceo2的方法，并将其用于挥发性有机物的催化净化、一氧化碳完全氧化，属于热催化材料。

背景技术：

1、据报道，尾气中排放的一氧化碳(co)不仅危害健康，而且污染环境。因此，如何高效净化挥发性有机污染物和一氧化碳，是目前提升大气环境质量亟待解决的问题。

2、目前，vocs的末端治理技术有热力焚烧技术、臭氧催化氧化技术、吸附技术、非热等离子体技术、生物降解技术、光催化技术、以及催化氧化技术等，其中催化氧化技术因具有净化效率高、二次污染少、占地面积小等诸多优势，而被受到广泛关注。在催化氧化技术中，其核心是高效、稳定催化剂的设计与制备。针对目前应用的催化剂存在长期稳定较差、催化活性较低、抗水性较弱、制备成本较高等缺点，因此亟待研发一种长期稳定较好、催化活性较高、抗水性较强、制备成本较低的vocs净化催化剂。目前，已有大量的催化剂用于vocs的降解，尤其是pt/ceo2催化剂因其载体具有良好的储氧能力和热稳定性、pt与ceo2之间有丰富的活性位点，因此，pt/ceo2催化剂被广泛应用。当前，为了进一步降低pt颗粒的尺寸，增加pt与ceo2之间活性位点的数量，从而进一步提升催化剂的催化性能，许多报道采用表面活性剂、有机溶剂等来制备近亚纳米尺度的pt颗粒，然而这些方法不仅繁琐，而且严重增加了催化剂的制备成本。

3、考虑到上述情况，本发明开发了以一种以单原子分散铂为前体物制备高分散pt/ceo2的方法，该方法制备过程无需额外添加表面活性剂、有机溶剂等，极大降低催化剂的制备成本，且制备方法简单，制备出的催化剂pt颗粒尺寸接近亚纳米尺度，而且尺寸均一，此外催化剂对甲苯和一氧化碳均表现出优异的催化性能。该方法能够实现规模化制备，且在挥发性有机污染物的净化和一氧化碳的完全氧化等催化氧化领域有着巨大的应用潜力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有制备成本高、需额外添加表面活性剂、有机溶剂制备近亚纳米铂颗粒方法的不足，提供一种简单可行，能够实现规模化制备接近亚纳米尺度的铂颗粒，而且铂颗粒尺寸均一，此外制备的pt/ceo2催化剂对甲苯和一氧化碳均表现出优异的催化性能。

2、一种以单原子分散铂为前体物制备高分散pt/ceo2的方法，制备方法包括以下步骤：

3、(1)ceo2的制备：

4、室温搅拌下，称取醋酸铈和氢氧化钠分别溶解在去离子水中，形成溶液a和溶液b；随后将溶液b缓慢加入溶液a中混合搅拌得到浅紫色悬浮液c，将所得悬浮液c在室温下搅拌均匀后，转移至水热反应釜内进行水热反应，待降至室温后将水热后的悬浮液离心、洗涤数次至洗涤液ph为中性、烘干得到淡黄色粉末ceo2载体备用；

5、(2)单原子分散pt/ceo2的制备：

6、称取步骤(1)所制备的ceo2分散在含有一定量某浓度铂盐的去离子水中，所得的悬浮液d在室温下超声，并在摇床中烘干，再转移至管式炉高温焙烧，得到单原子分散pt/ceo2样品；

7、(3)高分散pt/ceo2的制备：

8、将步骤(2)中制备的单原子分散pt/ceo2样品，通过高温还原气氛焙烧，获得黑色高分散pt/ceo2样品。

9、(4)将步骤(2)和(3)中的pt/ceo2样品，在压片机设定压强下压片，过筛，得到40～60目的催化剂。

10、上述方法，步骤(1)中，所述醋酸铈质量为0.79～2.37g，所述氢氧化钠的质量为7.7～23.1g，所述溶液a和溶液b中去离子水的体积分别为10～30ml和27.5～82.5ml，悬浮液c中去离子水的体积为37.5～112.5ml；所述搅拌温度为20～35℃；所述搅拌时间为0.5～1h；所述搅拌速率100～200r/min；所述反应釜体积规格为60～100ml；所述水热反应温度为120～140℃，反应压力0.1～0.3mpa，反应时间为3～7h，离心转速为3500～4000r/min；所述ph为7～8；所述烘干温度为60～80℃，所述烘干时间为8～16h。

11、上述方法，步骤(2)中，所述ceo2的质量为0.75～1.25g；所述铂盐为四氨合硝酸铂；所述铂盐溶液浓度为4.84～8.06mmol/ml；所述铂盐溶液体积为1.5～2.5ml；所述超声时间为0.5～1h；所述超声频率为20～40khz，超声功率为280～560w；所述摇床转速120～180rmp；所述摇床温度60～80℃；所述摇床干燥时间为8～16h；所述管式炉高温焙烧方法为，在干空气氛下，气体流速为80ml/min，从室温以3～5℃/min的速率升温至400～900℃，恒温5～10h，随后降至室温，关闭干空。

12、上述方法，步骤(3)中，所述高温焙烧方法为，在5～15vol.％h2/ar气氛下，气体流速为60～100ml/min，从室温以3～5℃/min的速率升温至250～350℃，恒温2～4h，随后降至室温后，关闭还原气。

13、上述方法，步骤(4)中，所述的压片机压强为12～16mpa，稳定时间为1～3min。

14、一种以单原子分散铂为前体物制备高分散pt/ceo2催化剂应用于挥发性有机物的催化净化、一氧化碳完全氧化。对于挥发性有机物的催化净化，选取甲苯为目标污染物，将甲苯/干空通入装有高分散pt/ceo2催化剂的石英管，石英管置于带有热偶的管式炉中加热，甲苯经过催化剂，会完全氧化为二氧化碳和水；对于一氧化碳完全氧化，一氧化碳/干空经过催化剂，会完全氧化为二氧化碳。

15、上述应用中，所述甲苯/干空浓度为200～2000ppm，所述一氧化碳/干空浓度为1000～10000ppm；所述加热炉温度30～450℃，每个反应温度点保留50min，以1℃/min的速率10min升温至下一个反应温度点；所述甲苯/干空、一氧化碳/干空流速均为50～100ml；所述甲苯催化净化、一氧化碳完全氧化反应中催化剂的用量均为50～150mg。

16、本发明采用高温热处理方法，将预先采用浸渍法制备好的pt/ceo2在高温下焙烧，在ceo2表面获得单原子分散的pt，随后将单原子分散的pt/ceo2在还原气氛下还原，获得高分散pt/ceo2催化剂。该催化剂制备方法的制备过程无需额外添加表面活性剂、有机溶剂等，极大降低催化剂的制备成本，且制备方法简单，制备出的催化剂pt颗粒尺寸接近亚纳米尺度，而且尺寸均一，此外催化剂对甲苯和一氧化碳均表现出优异的催化性能。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优势：

18、(1)制备过程简单易行，制备条件比较温和，可是实现规模化制备，制备过程无需额外添加表面活性剂、有机溶剂等，极大降低催化剂的制备成本。

19、(2)将预先采用浸渍法制备好的pt/ceo2在高温下焙烧，在ceo2表面获得单原子分散的pt，随后将单原子分散的pt/ceo2在还原气氛下还原，获得高分散pt/ceo2催化剂，pt颗粒大小均一，且催化氧化性能大幅提升。