新型高效负载型纳米贵金属催化剂的制备及在催化氧化反应中的应用

本申请拟主要针对CO低温催化氧化反应深入开展具有高活性和高稳定性的负载型纳米贵金属（Pt、Au等）催化剂的制备及反应性能的研究工作。催化剂将主要采用胶体沉积法等方法制备，将通过改变载体的类型和表面性质、调变胶体的制备方法和参数、改变活性组分的组成（包括引入第二种贵金属或其它贵金属）等方式来设法提高催化剂的反应活性和稳定性。另外，还将结合不同的表征手段对催化剂的结构及性能进行细致研究，以获得贵金属纳米粒子的价态、粒径分布、形貌及与载体的相互作用情况等方面的信息，逐步建立催化剂结构及表面性质与催化反应性能关系。另外，还将尝试把一些性能优异的催化剂体系用于甲醛低温氧化、烯烃环氧化等催化氧化反应中，以加深对催化剂活性中心性质的理解。这些工作将能为新型高效负载型纳米贵金属催化剂的设计与制备提供更多的参考依据。

本项目主要采用不同方法制备了多种负载型Pt催化剂，并通过HCHO和CO低温催化氧化反应考察了催化剂的性能。系统研究了制备方法（包括制备条件）、载体种类等因素对负载的Pt催化剂反应性能的影响；结合各种表征手段对催化剂的组成、结构及氧化还原性质进行了研究，探讨了催化剂活性中心的性质和催化作用机制等问题，取得了一些较为有意义的研究成果。. 在CO低温催化氧化方面，主要采用胶体沉积法制备了多种负载型Pt/Fe2O3催化剂。结果表明：催化剂的反应活性随Pt粒径大小的变化会产生明显变化，平均Pt粒径为1.9 纳米的催化剂（Pt/Fe2O3-b）表现出相对较高的催化活性，在接近室温的条件下即可实现CO的完全氧化。各种表征结果证实：Pt/Fe2O3-b催化剂在低温条件下强的活化氧的能力应该同金属-载体间适宜的相互作用有密切关系,这种相互作用能够在一定程度上改变Pt粒子的电荷性能，使CO在Pt粒子表面的吸附能力减弱，从而更有利于氧物种的竞争吸附。在HCHO低温催化氧化方面，主要采用胶体沉积法和浸渍法等方法制备了一系列Pt/Fe2O3和Pt/SiO2催化剂。结果表明：采用胶体沉积法制备的Pt/Fe2O3催化剂和以Fumed SiO2 (f-SiO2)为载体制备的Pt/ f-SiO2催化剂在室温条件下即可将HCHO完全氧化生成CO2和H2O。各种表征结果证实：不同方法制备的Pt/Fe2O3催化剂上，Pt物种粒子的大小、价态及与Fe2O3载体之间相互作用力强度都有明显不同，并且氧化铁载体的结构及性能也会产生一定的变化。金属和载体之间存在的一定强度的相互作用可以使Pt物种保持一个稳定的化学态，同时还可以稳定Pt粒子使其不发生聚集，从而有利于HCHO氧化反应的进行。. 在项目的实施过程中，课题组主要成员还多次参加了各种重要学术会议，与国内外同行进行了很好的学习和交流；此外，先后有6名研究生参加了项目的具体研究工作，其中已有1人获得博士学位, 2人获硕士学位，另有3名在读研究生继续围绕相关领域开展论文研究工作。 目前相关研究成果累计发表论文9篇（另有3篇研究论文正在投稿中）。