一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于催化材料制备，具体涉及一种具有蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着汽车尾气排放法规的进一步的加严，燃油经济性能的提高及对co2排放控制的加严，出于环保和能源方面考虑，发展适用的代用燃料发动机清洁汽车成为必然的发展趋势。

2、压缩天然气发动机(cng)由于具有较高的燃烧效率及较低的污染物排放比传统的汽油和柴油发动机在环境保护方面具有明显的优势。但是，天然气发动机排温较低(300～550℃)，尾气中含水(10～15％)及含s量较高，目前最大的挑战是低温下ch4的氧化及催化剂抗水热稳定性和抗s性能的提高。

3、催化剂的成分、结构和形貌及其合成、服役过程中的动态变化对其催化活性起着决定性作用。钯负载催化剂具有较低的起燃温度，在稀燃条件下仍能保持较高的催化活性，因此成为广泛的研究热点。目前常用的载体是γ-al2o3，然而高温下γ-al2o3不稳定，容易s中毒，为了解决这些问题，其它氧化物载体被广泛研究。

4、zro2基载体具有优良的耐水性和耐硫中毒性，适用于天然气汽车尾气净化，有望克服目前催化剂易发生水和硫中毒的缺点，因此zro2基催化剂是当前研究汽车尾气中甲烷催化氧化的热点催化体系之一。然而，zro2比表面积较低，高温下也容易烧结，发生相分离，从而导致催化活性的下降，因此一些研究者试图通过改进制备方法提高zro2比表面积以提高其性能，也有研究者通过稀土和过渡金属元素的掺杂来提高zro2的稳定性和抗s性能：稀土、过渡金属掺杂zro2可以改变载体的微结构和表面化学组成，优化催化剂的活性物种和催化性能，其中y掺杂能明显提高zro2的热稳定性。另外，不同制备方法会导致载体间相互作用的不同，进而引起织构、结构和催化活性的不同。近年来，研究者制备出了不同结构、形貌的zro2及其混合氧化物，但关于形貌对催化剂催化性能的影响还有待进一步的研究。目前的甲烷燃烧催化剂还面临着抗水抗硫性能、低温氧化性能以及水热稳定性等不能满足实际需求的问题，之后的研究重点可能是对具有特殊结构、形貌和暴露晶面的纳米材料进行可控合成，以达到从原子层面调控各组分之间及其与反应物之间的相互作用。

5、目前公开的专利或论文以钇源、锆盐为原料，稀土金属、碱土金属、过渡金属中的一种或几种为稳定助剂，采用浸渍法、共沉淀法、水热法等方法制备了不同结构、形貌的钇锆氧化物，主要用于热障涂层和陶瓷材料(主要应用于飞行器耐热元件、导弹天线罩、载重汽车刹车片等航空和工程器械领域，cn 113845367b，cn 111574811 b)，高彦峰等(cn102976405 a)采用水热法制备了花状钇掺杂氧化锆粉体，所制备的ysz材料具有很好的热导率和较大的热扩散系数。舒展霞等(二氧化锆纳米材料的水热/溶剂热法控制合成及性质表征)以zrocl2·8h2o和y(no3)3·6h2o为反应试剂，在丁醇/乙酰丙酮或乙醇/乙酰丙酮均相溶液中，采用无模板溶剂热法制备了四方钇稳定氧化锆(ysz)空心球。张王莹(有机模板调控氧化锆的形貌控制合成)以有机大分子peg200为模板，制备了树枝状的纳米结构氧化锆，通过对产物的电导率和红外分析，探讨了peg200与zrocl2·8h2o的作用机制；现有技术中并未涉及到蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料。

6、因此,本申请提出一种具有蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种具有蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料及其制备方法和应用，本发明制备的具有蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料，形貌独特，能够耐受高温环境。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料，本发明所述材料具有蠕虫状结构，所述蠕虫状结构为链条状结构自组装而成的多级纳米结构；所述蠕虫状结构的孔径最大不超过20nm，孔径分布呈单峰分布；

4、本发明的蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料，具有较好的热稳定性，950℃焙烧后，比表面积可达36m2/g以上；氧化钇在氧化锆中均匀分布，具有较稳定的四方相态，孔径为单峰分布，孔径在0～16nm范围内。

5、本发明的蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料，其以氧化物计量的该材料各组分含量为氧化锆90～98wt％，氧化钇2～10wt％。

6、本发明的具有蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料制备方法，包括以下步骤：

7、(1)取锆化合物、钇化合物，加入到去离子水中，溶解后，逐滴同时加入沉淀剂和分散剂，搅拌形成凝胶；

8、(2)将凝胶倒入水热反应釜中，密封，然后将反应釜加热，反应釜无额外压力加入，仅利用水蒸发产生的压力来加压，保温一定时间，保温结束后让反应釜自然冷却至室温；

9、(3)将步骤(2)中的产物用去离子水抽滤洗涤四次，产物在烘箱中干燥；

10、(4)将步骤(3)中得到的产物研磨、焙烧，得到所述的氧化钇-氧化锆材料；

11、进一步，所述锆化合物为氧氯化锆，添加浓度为0.2740～0.2940mol·l-1，优选0.2930mol·l-1。

12、进一步，所述钇化合物为硝酸钇，添加浓度为0.0300～0.0360mol·l-1，优选0.0355mol·l-1。

13、进一步，所述沉淀剂为氢氧化钠，添加浓度为0.300～0.500mol·l-1，优选0.328mol·l-1。

14、进一步，所述分散剂为乙二胺四乙酸(edta)，添加浓度0.1400～0.1700mol·l-1，优选0.1642mol·l-1。

15、进一步，所述步骤(2)水热反应的条件为120℃～160℃，优选120℃，保温时间为4h～6h，优选4h。

16、进一步，所述步骤(3)中每次抽滤添加等体积的去离子水。

17、进一步，所述步骤(4)中马弗炉的煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h，升温速率为5℃/min。

18、进一步，本发明的具有蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料制备方法中不含醇、醚等有机溶剂的使用。

19、进一步，氧化钇-氧化锆材料用于机动车尾气后处理催化剂的载体材料。

20、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

21、本发明制得了具有蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料，形貌独特，能够耐受高温环境，可用于机动车尾气后处理催化剂的载体材料，该材料负载贵金属钯，蠕虫状结构利于活性组分的分散和高温下活性组分的保护，用于ch4催化氧化具有较低的起燃温度。并且制备方法简单，原料易得。

22、本发明的具有蠕虫状结构氧化钇-氧化锆材料制备方法中不含醇、醚等有机溶剂的使用，对环境影响较小。

技术特征：

1.一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料，其特征在于：氧化钇-氧化锆材料具有蠕虫状结构，所述的蠕虫状结构为链条状结构自组装而成的多级纳米结构。

2.根据权利要求1所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料，其特征在于：所述的蠕虫状结构的孔径最大不超过20nm，孔径分布呈单峰分布。

3.一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锆化合物为氧氯化锆，添加浓度为0.2740～0.2940mol·l-1；钇化合物为硝酸钇，添加浓度为0.0300～0.0360mol·l-1；沉淀剂氢氧化钠，添加浓度为0.300～0.500mol·l-1；所述分散剂为乙二胺四乙酸，添加浓度0.1400～0.1700mol·l-1。

5.根据权利要求3所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中沉淀物搅拌时间2～5h。

6.根据权利要求3所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中水热反应的条件为：温度为120～160℃，保温时间为4h～6h。

7.根据权利要求3所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中马弗炉的煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h，升温速率为5℃/min。

8.根据权利要求3所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中沉淀剂和分散剂同时加入。

9.根据权利要求1或2所述的一种蠕虫状结构的氧化钇-氧化锆材料的应用，其特征在于：氧化钇-氧化锆材料用于机动车尾气后处理催化剂的载体材料。

10.根据权利要求3-7任意所述方法制备的氧化钇-氧化锆材料的应用，其特征在于：氧化钇-氧化锆材料用于机动车尾气后处理催化剂的载体材料。

技术总结
本发明属于催化材料制备技术领域，具体涉及一种具有蠕虫状结构的氧化钇‑氧化锆材料及其制备方法和应用；发明所述材料具有蠕虫状结构，所述蠕虫状结构为链条状结构自组装而成的多级纳米结构；所述蠕虫状结构的孔径最大不超过20nm，孔径分布呈单峰分布；本发明制得了具有蠕虫状结构氧化钇‑氧化锆材料，形貌独特，能够耐受高温环境，可用于机动车尾气后处理催化剂的载体材料，该材料负载贵金属钯，蠕虫状结构利于活性组分的分散和高温下活性组分的保护，用于CH<subgt;4</subgt;催化氧化具有较低的起燃温度。并且制备方法简单，原料易得。

技术研发人员：郑婷婷,张秀娟,王成雄,陆炳,杜君臣,夏文正,赵云昆
受保护的技术使用者：昆明贵研催化剂有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15