的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2-C〇3〇4的制備方法，屬 于催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以煤炭、石油和天然氣為支柱的化石燃料的使用日益 廣泛，一氧化碳(C0)等空氣污染物大量排放而導(dǎo)致的大氣污染問題也日益突出。據(jù)調(diào)查報 道，工業(yè)生產(chǎn)廢氣和交通運輸尾氣是造成大氣污染的主要源頭，其中70%以上的城市空氣污 染來自于汽車尾氣排放。C0是汽車尾氣的主要成分，城市大氣污染物中的C0絕大部分來自 于汽車尾氣排放。目前，對汽車尾氣進(jìn)行催化后處理的凈化思路被認(rèn)為是減少C0等污染物 排放的最有效可行的方法。
[0003] 催化反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)的一個重要分支，約有90%的化工過程會涉及催化劑的使用。 催化劑一般是通過降低反應(yīng)活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率，特別是當(dāng)其使得反應(yīng)控速步驟的 活化能降低時，反應(yīng)速率將會極大地提高，大大縮短反應(yīng)所需時間。由此看出，催化劑的開 發(fā)和使用對現(xiàn)代社會的工業(yè)化大生產(chǎn)發(fā)揮著極其重要的作用。尤其是一般發(fā)生在固體催化 劑表面發(fā)生的多相催化反應(yīng)，作為催化反應(yīng)的一個重要方向，對其的基礎(chǔ)研究及工業(yè)應(yīng)用 已成為現(xiàn)代化工發(fā)展的熱點方向。
[0004] 以往研究者們通常都是通過尋找新的催化材料、縮小催化劑粒徑和增加催化劑比 表面積等尋找特定化學(xué)組成和簡單控制物理結(jié)構(gòu)的方式來開發(fā)制備新型催化劑或改進(jìn)催 化劑的性能，這樣可以較大改善催化劑的種類、活性、穩(wěn)定性及選擇性。但是，隨著人們對化 工生產(chǎn)和碳資源利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題的日益關(guān)注，促使化工生產(chǎn)向環(huán)境友好型催化 以及高效綠色化學(xué)方向發(fā)展。此外，大量研究表明，納米材料的催化性能在很大程度上取決 于該材料的形貌和尺寸，通過對形貌的可控合成可以選擇性暴露材料的活性晶面。因此，在 分子層面設(shè)計與開發(fā)不同形貌的多相催化材料，最大限度地提高催化劑原子的使用效率， 并選擇性暴露活性晶面，以達(dá)到提高催化劑的催化活性、催化選擇性和耐用性等目標(biāo)的思 路成為了催化劑研發(fā)與制備的新熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種立方形貌納米復(fù)合金屬氧 化物催化劑Ce〇2_C〇3〇4的制備方法。本發(fā)明制備得到的納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2_ C〇304具有更多優(yōu)勢暴露活性晶面的立方微觀形貌、具有更高活性和C0催化選擇性，本發(fā)明 通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0006] -種立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2_C〇3〇4的制備方法，其具體步驟如 下： (1)首先將金屬鈷鹽、沉淀劑尿素和表面活性劑CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)溶于去 離子水中并攪拌均勻，形成混合溶液； (2) 將混合溶液置于反應(yīng)釜中，在溫度為160~240°C條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)4~24h，反應(yīng) 完成后進(jìn)行離心分離得到C〇(0H) x(C03)q.5(2-x) · ηΗ20堿式鹽前驅(qū)體沉淀物(其中x<2); (3) 將步驟(2)得到的Co(0H)x(C03)Q.5(2- χ) · ηΗ20堿式鹽前驅(qū)體經(jīng)過洗滌、離心后溶于 去離子水中，然后加入金屬硝酸鹽Ce(N03)3 · 6H20、沉淀劑尿素和稀釋劑聚乙二醇-400并攪 拌均勻得到混合液，其中混合液中Co2+和Ce 3+的摩爾濃度比為1~20:1，沉淀劑尿素與Ce3+的 摩爾濃度比為2~6:1，稀釋劑聚乙二醇-400的加入量為每升去離子水40~100ml聚乙二醇-400； (4) 將步驟(3)得到的混合液置于反應(yīng)釜中，在溫度為120~180°C進(jìn)行水熱反應(yīng)12~ 20h，離心分離出沉淀； (5) 將步驟(4)得到的沉淀洗滌、烘干后，以升溫速率為1~5°C/min升溫至300~900°C并 焙燒4~14h，得到立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2-Co 3〇4。
[0007] 所述步驟（1)中鈷鹽為C0CI2 · 6H20、C4H6〇4 · Co · 4H20或Co(N03)2 · 6H2O。
[0008] 所述步驟（1)中混合溶液Co2+摩爾濃度為0.04mol/L，沉淀劑尿素的摩爾濃度為 0.10~0.16mol/L，表面活性劑CTAB的質(zhì)量濃度為1~15g/L。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是： (1)本發(fā)明提出的納米非貴金屬氧化物催化劑（納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2-C〇304)制備原料低廉，采用水熱法制備的催化劑產(chǎn)品均一性和穩(wěn)定性較高，而且反應(yīng)設(shè)備簡 單，操作步驟簡便，能高效、連續(xù)地生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)催化材料。
[0010] (2)本發(fā)明提出的納米非貴金屬氧化物催化劑(納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2-C〇3〇4)的制備方法關(guān)鍵在于:采用二次水熱法合成了具有雙活性組分的復(fù)合金屬氧化物催 化劑。即通過控制一次水熱條件，獲得了具有更多優(yōu)勢暴露晶面的立方形貌前驅(qū)體;然后采 用二次水熱法將活性組分Ce0 2負(fù)載在具有立方形貌的C〇3〇4前驅(qū)體上，二次水熱后有效地繼 承了前驅(qū)體的原有形貌。此外，Ce0 2均勻分散在C〇304上，使得催化劑中活性組分間的相互作 用增強(qiáng)，從而顯著提高催化劑的活性和選擇性。
[0011] (3)本發(fā)明提供的復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce02-C〇3〇4制備方法中，Ce0 2的負(fù)載有效 地增強(qiáng)催化劑的儲放氧性能和抗積碳性能，極大改善了催化劑的活性和使用壽命。
[0012] (4)本發(fā)明提供的催化劑具有較高的目標(biāo)產(chǎn)物選擇性，能高效地將有毒氣體C0催 化氧化成無毒的C0 2,可以作為汽車尾氣凈化劑減少汽車尾氣中C0污染物的排放。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實施例2制備得到的立方形貌復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce02-C〇304催化 劑的XRD圖； 圖2是本發(fā)明實施例2制備得到的立方形貌復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce02-C〇3〇4的TEM表 征的顯微結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015] 實施例1 該立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2_C〇3〇4的制備方法，其具體步驟如下： (1) 首先將金屬鈷鹽、沉淀劑尿素和表面活性劑CTAB(十六烷基三甲基溴化銨）溶于 150ml去離子水中攪拌（以300r/min的攪拌速度攪拌80min)均勾，形成混合溶液。其中鈷鹽 為C 〇Cl2 · 6H20,混合溶液Co2+摩爾濃度為0.04mol/L，沉淀劑尿素的摩爾濃度為0.16mol/L， 表面活性劑CTAB的質(zhì)量濃度為10g/L; (2) 將混合溶液置于反應(yīng)釜中，在溫度為160°C條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)20h，反應(yīng)完成后進(jìn) 行洗滌、離心(離心速率為6000印111)，分離得到&3(0!〇\((1)3)().5(2-\)*11!12〇堿式鹽前驅(qū)體沉淀 物(其中x<2); (3) 將步驟(2)得到的Co(0H)x(C03)Q.5(2- χ) · ηΗ20堿式鹽前驅(qū)體溶于150ml去離子水中， 然后加入金屬硝酸鹽Ce(N03) 3 · 6H20、沉淀劑尿素和稀釋劑聚乙二醇-400攪拌均勻得到混 合液。其中混合液中(：〇 2+和(^3+的摩爾濃度比為2:1，沉淀劑尿素與(^3+的摩爾濃度比為2.5 : 1，稀釋劑聚乙二醇-400的加入量為6ml; (4) 將步驟(3)得到的混合液置于反應(yīng)釜中，在溫度為160°C下進(jìn)行水熱反應(yīng)16h，反應(yīng) 結(jié)束后冷卻至室溫，離心分離(離心速率為6000rpm)出沉淀； (5) 將步驟(4)得到的沉淀洗滌、烘干(在100°C恒溫下烘干12h)后，以升溫速率為2°C/ min升溫至600°C并恒溫焙燒5h，即得到立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2_C〇3〇4。 [0016] 實施例2 該立方形貌納米復(fù)合金屬氧化物催化劑Ce〇2_C〇3〇4的制備方法，其具體步驟如下： (1) 首先將金屬鈷鹽、沉淀劑尿素和表面活性劑CTAB(十六烷基三甲基溴化銨）溶于 100ml去離子水中攪拌（以300r/min的攪拌速度攪拌80min)均勾，形成混合溶液。其中鈷鹽 為C 〇Cl2 · 6H20,混合溶液Co2+摩爾濃度為0.04mol/L，沉淀劑尿素的摩爾濃度為0.16mol/L， 表面活性劑CTAB的質(zhì)量濃度為15g/L; (2) 將混合溶液置于反應(yīng)釜中，在溫度為200°C條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)16h，反應(yīng)完成后進(jìn) 行洗滌、離心(離心速率為6000印111)，分離得到&3(0!〇\((1)3)().5(2-\)*11!12〇堿式鹽前驅(qū)體沉淀 物(其中x<2); (3) 將步驟(2)得到的Co(0H)x(C03)Q.5( 2-x) · ηΗ20堿式鹽前驅(qū)體溶于100ml去離子水中， 然后加入金屬硝酸鹽Ce(N03) 3 · 6H20、沉淀劑尿素和稀釋劑聚乙二醇-400并攪拌均勻得到 混合液。其中混合液中Co2+和Ce 3+的摩爾濃度比為2:1，沉淀劑尿素與Ce3+的摩爾濃度比為4: 1，稀釋劑聚乙