CO低温氧化核壳结构负载型金催化剂的设计制备与性能表征

提高CO低温氧化金催化剂的稳定性，一直是环境催化领域的一个研究热点。研究者们都不否认，金颗粒的移动、聚积和长大，是金催化剂失活的重要原因之一。因此，限制负载型催化剂中金颗粒的移动，对提高其稳定性将非常有效。本课题拟通过拓展一步种子法，以金为核，以金属氧化物为壳，制备核壳结构负载型金催化剂，旨在利用核壳结构的特点，通过限制做为核的金纳米粒子的移动来增强其分散性和稳定性。为了避免因壳层的包裹而引起的金颗粒活性的下降，本课题还将介孔氧化物的制备方法引入了核壳结构催化剂的制备过程：在金属氧化物壳形成的过程中加入表面活性剂胶束做模板剂，使形成的氧化物疏松多孔。本课题做为一项对未来技术的探索，不仅为解决负载型金催化剂稳定性差的问题提供了全新的思路，还拓展了定向设计和制备具有核壳结构纳米材料的方法，两者都具有重要意义。

针对CO低温氧化贵金属催化剂易失活的问题，提出了通过制备核壳结构的负载型催化剂，利用壳的包覆作用来限制贵金属的移动，从而提高其稳定性的构想，并针对这一构想展开了研究，主要研究结果如下：. 研究了贵金属纳米颗粒的制备及性能，探索了Pt@Al2O3核壳结构催化剂的制备，研究表明，Pt@Al2O3核壳结构催化剂的制备非常困难，所以制备过程中主要形成的还是负载型催化剂。该催化剂具有良好的甲醇催化燃烧性能。. 利用溶胶-凝胶法制备了Pt@SiO2 及Pt@ SiO2-TiO2核壳结构催化剂，形成了较好的核壳结构，所得核壳结构以单核居多，该催化剂对甲醇催化燃烧有效。. 利用溶剂热合成法制备了Au@TiO2 核壳结构催化剂，考察了反应温度、反应时间、反应物浓度、反应溶剂、金含量等对核壳结构的形貌和纳米晶相的影响，并研究了其对CO催化燃烧性能。其中含金9.3 wt%的Au@TiO2核壳结构纳米粒子在室温下CO的转化率为8%，在130℃可实现CO完全转化，并且连续使用1000分钟后，仍保持原来的活性。说明制备得到的核壳结构纳米粒子具有较好的催化活性和稳定性。. 利用改进的水热合成法制备了Au@CeO2及Au@CeO2-CoO核壳结构的催化剂，并研究了水热反应时间及焙烧温度等对催化剂结构及性能的影响，结果表明，长的水热反应时间和较高的焙烧温度，对提高催化剂的性能有利，该类催化剂上CO转化90%的温度为142℃，连续使用72小时后，催化剂性能不变。掺入CoO后催化剂性能略有提高。. 利用溶胶-凝胶法制备了Au@Cu2O核壳结构的纳米粒子，并将其分散在γ-Al2O3上制备成负载型Au@Cu2O催化剂，该催化剂在使用过程中非但未见失活，而且活性越用越好。当Au含量为1.24 wt%时，一氧化碳在室温下转化率可达20%以上，CO 90%转化率的温度为144℃，在该温度下连续使用72小时以后，转化率达到100%，继续使用，催化剂活性不变。再将温度降至室温使用，CO转化率达到40%，继续在室温使用72小时，催化剂活性仍未见下降。. 尝试了将Pt颗粒嵌入介孔二氧化钛薄膜的孔结构中，制备介孔TiO2薄膜负载的类核壳结构Pt催化剂，该类催化剂对甲醇等的低温氧化具有良好的催化作用。其在CO低温氧化中的应用研究尚在继续。.