專利名稱：一種負(fù)載納米貴金屬的SnO₂催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnA催化材料及其制備方法， 屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米貴金屬因其具有獨(dú)特的光電子、化學(xué)特性，作為催化劑、醫(yī)學(xué)材料、電磁功能材料、 吸波材料、傳感器元器件材料及納米復(fù)合材料等，己在冶金、化工、輕工、電子、國(guó)防、核技術(shù)、航空航天等研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出極其重要的應(yīng)用價(jià)值。但在貴金屬納米顆粒的應(yīng)用中我們注意到這樣一個(gè)事實(shí)，為了節(jié)約貴金屬的消耗量、降低材料/產(chǎn)品成本，常常將貴金屬納米顆粒負(fù)載到一定的載體上/固體表面，包括金屬的真空沉積、惰性氣體蒸發(fā)、擴(kuò)散控制團(tuán)聚、化學(xué)和電化學(xué)沉積等?，F(xiàn)已發(fā)展到將Ag、Pt、Au納米晶體分散到沸石、Ti02、Al203、Si02、 石墨、碳納米管等表面。在這個(gè)應(yīng)用方向上，現(xiàn)有的材料制備技術(shù)(物理、化學(xué)法等)在有效地固定貴金屬納米顆粒方面尚存在一些問(wèn)題，材料在應(yīng)用中不足以保持高的物理、化學(xué)性質(zhì)，這是貴金屬納米顆粒使用中面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。如果貴金屬納米顆粒由于與載體之間不能形成有效的冶金結(jié)合，在使用過(guò)程中有可能受納米顆粒巨大表面能的影響而發(fā)生團(tuán)聚，進(jìn)而對(duì)納米材料性質(zhì)的發(fā)揮帶來(lái)負(fù)面影響。SnO2屬于η型半導(dǎo)體氧化物，具有較寬的能帶，其做為納米貴金屬的載體材料，對(duì)納米貴金屬催化活性的發(fā)揮具有重要作用。據(jù)此，SnO2載體材料的結(jié)構(gòu)，特別是載體材料比表面積的的大小，決定了納米貴金屬的分布，以及催化活性點(diǎn)的數(shù)量。因此，本發(fā)明就是通過(guò)對(duì)載體SnA材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnA載體以增大其比表面積，從而提高負(fù)載的納米貴金屬的比表面積，提高了催化劑的催化活性點(diǎn)，最終提高該類催化劑的催化性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料及其制備方法，得到表面均勻、牢固地結(jié)合有納米貴金屬顆粒的SnA催化材料，解決納米貴金屬與載體不能有效結(jié)合，導(dǎo)致催化材料的物理、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是負(fù)載納米貴金屬的SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為 SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)催化材料。負(fù)載的納米貴金屬為Ag、 Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，顆粒粒度為納米級(jí)，其重量百分比為1% 3% (占整個(gè)催化材料的重量百分比)。本發(fā)明負(fù)載納米貴金屬的SnOJI化材料的制備方法是首先通過(guò)熔煉制備含 1% 3%貴金屬(重量百分比)的錫基合金，然后通過(guò)板材軋制和蜂窩結(jié)構(gòu)加工，獲得具有多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛圍的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理和原位氧化反應(yīng)，最終獲得負(fù)載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnA催化材料產(chǎn)品。具體制備步驟如下
(1)先按1% 3%的重量百分比，取Ag、Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，與金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<1 X IO-3Pa,在220 250°C溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至180 220°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理1 5小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料。所述貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%。所述高純氧氣為純度為99. 999%的氧氣。本發(fā)明先將貴金屬和載體材料制成合金材料，再加工成多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)，然后在一定氧化氣氛條件下對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理，結(jié)合了過(guò)飽和金屬合金的加工性能和貴金屬在熱處理過(guò)程中的沉淀析出形成納米相及基體氧化形成金屬氧化物的方法，將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備合二為一，最終制備出均勻分布有納米貴金屬的圓筒狀多層蜂窩結(jié)構(gòu)SnA催化材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)能夠獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結(jié)構(gòu)牢固、催化效果明顯的新型結(jié)構(gòu)催化材料；
(2)能夠結(jié)合現(xiàn)有金屬合金材料制備、加工和熱處理設(shè)備，具有投入少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。(3)復(fù)合材料制備技術(shù)“高效、低成本、短流程、環(huán)境友好、高性能”的發(fā)展趨勢(shì)。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖2是本發(fā)明表面負(fù)載有納米貴金屬顆粒的圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnA催化材料示意圖。具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不限于所述范圍。實(shí)施例1:(如圖1)
(1)將純度>99.95%的貴金屬Ag按總重量1%的量，與純度>99. 95%金屬錫進(jìn)行配料， 然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度1 X 10_5Pa，在220°C溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 8mm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至200°C，然后按lOL/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理3小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%，負(fù)載的納米貴金屬為Ag，其重量百分比為1%。
(如圖 2)
實(shí)施例2 :(如圖1)
(1)將純度>99.95%貴金屬Pd按總重量2%的量，與純度>99. 95%金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<lX10_4Pa，在230°C溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 5mm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至180°C，然后按15L/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理1小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%，負(fù)載的納米貴金屬為Pd，其重量百分比為洲。(如圖2)
實(shí)施例3 :(如圖1)
(1)將貴金屬Pt按總重量3%的量，與金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度IX 10_4Pa，在250°C溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌2分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 7mm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至220°C，然后按5L/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理5小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為 SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%，負(fù)載的納米貴金屬Pt，其重量百分比為3%。(如圖2)
實(shí)施例4:(如圖1)
(1)將純度為99.95%貴金屬Pd和Pt按總重量2. 5%的量，與純度為99. 95%金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度1\10_節(jié)^在溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1. 5分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 6mm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至220°C，然后按llL/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理4小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%負(fù)載的納米貴金屬為Pd和Pt的任意混合物，其重量百分比為2. 5%。(如圖2) 實(shí)施例5 :(如圖1)
(1)將貴金屬Ag、Pd和Pt的任意混合物按總重量1.5%的量，與金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度1乂10_節(jié)^在溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌2. 5分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；
(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度0. 9mm的錫基合金板帶，再通過(guò)蜂窩軋制方法獲得蜂窩結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)卷曲來(lái)獲得多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；
(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至190°C，然后按12L/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理4小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，是以錫為載體、表層為SnO2并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料，錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%，負(fù)載的納米貴金屬為Ag、Pd 和Pt的任意混合物，其重量百分比為1. 5%。(如圖2)。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料，其特征在于是以錫為載體、表層為SnA并負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnA催化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料，其特征在于錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料，其特征在于負(fù)載的納米貴金屬為Ag、Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，其重量百分比為1% 3%。
4.一種負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料的制備方法，其特征在于首先通過(guò)熔煉制備含1% 3%貴金屬的錫基合金，然后通過(guò)板材軋制和蜂窩結(jié)構(gòu)加工，獲得具有多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)的錫基合金材料，最后將該材料放入具有一定流量氧氣氛圍的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理和原位氧化反應(yīng)，最終獲得負(fù)載有納米貴金屬的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料的制備方法，其特征在于 具體制備步驟如下(1)將貴金屬與金屬錫進(jìn)行配料，然后放入熔煉爐中，調(diào)整真空度<1XIO-3Pa,在 2200C 250°C溫度條件下進(jìn)行熔煉，待原料完全熔化后電磁攪拌1 3分鐘，然后澆注錠坯并自然冷卻；(2)常溫條件下，用普通金屬板帶軋制方法，將步驟(1)當(dāng)中得到的錠坯在下軋制成厚度<lmm的錫基合金板帶，然后再將其加工成多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)；(3)將獲得的蜂窩結(jié)構(gòu)錫基合金放入熱處理爐中，加熱至180 220°C，然后按5 15L/min的流量通入高純氧氣，對(duì)合金進(jìn)行熱處理和原位氧化處理1 5小時(shí)，然后自然冷卻后出爐，得到表面牢固負(fù)載有納米貴金屬顆粒的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料的制備方法，其特征在于錫載體表面的納米貴金屬的粒度小于lOOnm，貴金屬和金屬錫的純度均>99. 95%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的負(fù)載納米貴金屬的SnA催化材料的制備方法，其特征在于貴金屬為Ag、Pd、Pt中的一種或幾種的任意混合物，其重量百分比為總重量的1% 3%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)載納米貴金屬的SnO2催化材料及其制備方法。該技術(shù)以過(guò)飽和錫基合金的加工為基礎(chǔ)，結(jié)合氧氣氛條件下熱處理技術(shù)來(lái)獲得比表面積大、納米貴金屬分布均勻、催化材料結(jié)構(gòu)牢固、催化效果明顯的多層圓筒狀蜂窩結(jié)構(gòu)SnO2催化材料。該制備技術(shù)將貴金屬納米顆粒的制備與載體制備及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合三為一，具有制備技術(shù)成本低、流程短、環(huán)境友好、高性能的特點(diǎn)。該技術(shù)所制備的產(chǎn)品可用于汽車、石油、化工等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J35/04GK102489337SQ20111039234
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者于杰, 周曉龍, 曹建春, 陳敬超 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)