三维有序大孔-介孔复合氧化物原位担载贵金属纳米粒子的可控制备及同时消除NOx和碳烟的催化性能研究

氮氧化物（NOx）和柴油碳烟是柴油车尾气中危害最大，最难消除的两种污染物。利用柴油车自身排放的NOx和碳烟颗粒在富氧条件下发生氧化还原反应，将会是一种非常重要和具有发展前景的柴油车尾气后处理技术，具有很高的实用价值。催化剂与碳烟之间的有效接触直接影响同时消除催化剂的活性，三维有序大孔孔道利于碳烟扩散，介微孔加速NOx和O2等小分子的活化。本项目拟在前期工作的基础上，设计研制新型三维有序大孔基复合氧化物负载贵金属纳米粒子催化剂，创建大孔-介孔复合氧化物和原位担载贵金属纳米粒子的可控制备方法，探讨大孔基负载催化剂的物化性质和NOx和碳烟同时消除催化活性的关系，为进一步设计开发同时消除NOx和碳烟的高效催化剂提供理论依据和数据支持。

催化剂与碳烟之间的有效接触对催化燃烧活性有很大影响。为了提高碳烟和催化剂的接触效率，本课题采用“胶体晶体模板法”制备了系列三维有序大孔基复合氧化物催化剂，这些大孔基样品的碳烟催化燃烧活性优于相应的无序大孔样品，此外，大孔-介孔样品活性最佳。此外，研究表明，K, Pr等第三种元素的掺杂可以提高铈锆固溶体的（水）热稳定性，然而，其催化活性无法满足碳烟催化燃烧。若要实际应用，贵金属活性组分必不可少。采用超声辅助膜还原法制备了贵金属纳米粒子、贵金属纳米催化剂以及双金属纳米催化剂，并对金属纳米粒子成核与生长机制以及控制贵金属纳米催化剂（负载型Pt、Rh和Pd金属催化剂）载体上金属粒子（金属簇）的粒度、形状（结构）、化学组成的方法进行研究。同时还对贵金属纳米催化剂的CO催化氧化模型反应的活性、选择性、反应路径以及催化剂的（水）热稳定性进行了考察。研究结果表明，通过贵金属掺杂的办法制备碳烟催化燃烧催化剂在保证高活性的同时，还大的提高了贵金属组分的热稳定性。但是由于掺杂进入晶格的量有限，因此，贵金属掺杂的办法为我们制备热稳定性高效、低贵金属含量汽车催化剂提供了思路。此外，为了在分子水平上探究各个因素对催化剂活性的影响，搭建了2D催化反应体系，利用in-situ AFM为表征手段，对2D催化体系进行研究，必将为纳米催化科学的发展提供有用的实验数据。