一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

摘要

本发明提供了一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

说明书

技术领域

本发明涉及负载型催化剂及非均相催化领域，具体涉及一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

背景技术

人类发展离不开化学工业，催化是化学工业的“发动机”，其核心是催化剂。使用最广泛的是负载型催化剂，主要由活性金属和载体组成。尤其是需要贵金属催化的反应，负载型催化剂既提高效率又减少贵金属用量。负载型催化剂的活性决定于活性位点的性质和数量，其关键影响因素是活性金属的分散。分散特性不仅决定活性位点的数量及原子利用率，还影响活性金属/载体的界面性质。从分散的角度，负载型催化剂正向原子级分散催化剂发展，它仅以相互孤立的单个原子作为活性中心。

与纳米级分散相比，原子级分散让活性金属利用率达到理论极限(100％)，对降低Pt、Pd等贵金属用量和催化剂成本意义极大。例如，电催化析氢、析氧、氧还原等反应，原子级催化剂的效率是纳米催化剂的数十倍。为了得到原子级分散，活性金属的质量负载量通常低于3％，严重牺牲了反应活性的提升空间。因而，原子级催化剂领域的关键共性技术问题是如何提高活性金属的负载量。目前能够实现5％以上高活性金属负载量的催化剂类型只有两类：多孔碳负载原子级催化剂和金属硫化物负载原子级催化剂。但是碳载体和金属硫化物载体的应用场景有限，因化学稳定性问题而无法在氧化性反应环境中使用。采用金属氧化物载体才能在氧化性环境使用。但是，现有原子级催化剂制备技术无法实现载量高于5％的金属氧化物负载的原子级催化剂制备。因此，发明金属氧化物负载的高载量原子级催化剂及其制备技术具有重要意义。基于此，本申请提供了一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题与不足，提供一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

进一步地，所述含有还原性基团的有机物和铈盐的质量比为0.25：1。

进一步地，所述还原剂基团包括羟基和/或氨基。

进一步地，所述有机物包括葡萄糖、维生素C和氨基酸中的一种或几种。

进一步地，所述铈盐包括硝酸铈和/或氯化铈。

本发明还提供一种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

(1)将氯铂酸、有机物和铈盐溶解于去离子水中，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)中制得的混合液进行雾化，雾化后将生成的微雾滴引入到管式炉中在400～800℃条件下进行高温反应，在管式炉末端收集橙黄色粉末；

(3)对步骤(2)中制得的橙黄色粉末进行热处理，去除残留的有机物，即可得到所述超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

进一步地，所述管式炉加热区长度20～40cm。

进一步地，所述步骤(2)中高温反应停留时间为2～3秒。

进一步地，所述步骤(3)中热处理温度为200～500℃。

进一步地，所述管式炉加热区长度30cm；所述步骤(3)中热处理温度为400℃。

进一步地，所述步骤(3)中热处理时间为1～3h。

该种超高Pt载量的片状原子级Pt/CeO

本发明的优点在于：

(1)本发明利用了在高温条件下，铈盐分解成CeO

(2)现有传统金属氧化物负载的原子级催化剂的Pt载量均低于3％，而本发明制备得到的催化剂与传统金属氧化物负载的原子级催化剂相比，活性金属Pt的负载量超高，且在10％负载时仍然能呈现原子级分散状态。

(3)本发明所得单原子催化剂为片状结构，有利于催化反应的传质过程，提升催化效果。以低温水汽变化反应为例，8％同等Pt载量时，本发明涉及的片状原子级Pt/CeO

(4)本发明中富缺陷位的CeO

(5)本发明制备得到的催化剂性能优异，以低温水汽变化反应为例，8％同等Pt载量时，本发明涉及的原子级Pt/CeO

附图说明

图1是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

图2是本发明对比例1商业载体制备的对比8％Pt/CeO

图3是本发明实施例3所得原子级10％Pt/CeO

图4是本发明对比例1商业载体制备的对比5％Pt/CeO

图5是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

图6是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

图7是本发明实施例2所得原子级5％Pt/CeO

图8是本发明实施例2所得原子级5％Pt/CeO

图9是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

图10是本发明对比例3不加有机物所得对比8％Pt/CeO

图11是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整性地描述。当然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.14mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g葡萄糖溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到8％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例2

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.09mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g葡萄糖溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到5％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例3

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.18mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g葡萄糖溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度700℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到10％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例4

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.14mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g葡萄糖溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为300℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到8％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例5

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.14mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g维生素C溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为350℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到8％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例6

本实施例提供了一种超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：取0.14mmol氯铂酸、2mmol氯化铈和0.2g葡萄糖溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到8％Pt载量的原子级Pt/CeO

实施例7

步骤1：取0.14mmol氯铂酸、2mmol硝酸铈和0.2g甘氨酸溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到8％Pt载量的原子级Pt/CeO

对比例1

为了对比，采用商业CeO

步骤1：0.14mmol氯铂酸溶于1mL去离子水中，加入2mmol商业CeO

步骤2：把上述干粉放入80℃烘箱中充分干燥5-6小时，随后在温度为400℃条件下进行热处理，时间2小时，即可得到对比8％Pt/CeO

对比例2

为了对比，采用商业CeO

步骤1：0.09mmol氯铂酸溶于1mL去离子水中，加入2mmol商业CeO

步骤2：把上述干粉放入80℃烘箱充分干燥5-6小时，随后在温度为400℃条件下进行热处理，时间2小时，即可得到对比5％Pt/CeO

对比例3

为了对比，不加任何有机物制备8％Pt/CeO

步骤1：取0.14mmol氯铂酸和2mmol硝酸铈溶解于去离子水形成30mL的混合溶液；

步骤2：将上述混合溶液倒入雾化器，将所生成的微雾滴引入管式炉中进行高温处理，管式炉加热区长度30cm，温度600℃，在管式炉的另一端收集得到橙黄色粉末；

步骤3：对上述橙黄色粉末在温度为400℃条件下进行热处理，去除残留的有机物，时间为2小时，即可得到对比8％Pt/CeO

为了得到所述超高Pt载量的原子级Pt/CeO

步骤1：100mg催化剂粉末与3mL石英砂混合，装填到8mm内径的石英管中形成催化剂床层，置入反应炉中；

步骤2：在3％H

图1是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

对比可以看出，本发明实施例1中所制得的原子级8％Pt/CeO

图3是本发明实施例3所得原子级10％Pt/CeO

对比可以看出，本发明实施例1中所制得的原子级10％Pt/CeO

图5是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

由图5对比可以看出，本发明实施例1所制得的原子级8％Pt/CeO

由图6对比可以看出，本发明实施例1所制得的原子级8％Pt/CeO

图7是本发明实施例2所得原子级5％Pt/CeO

由图可以看出，本发明所得的原子级5％Pt/CeO

图8是本发明实施例2所得原子级5％Pt/CeO

由图可以看出，本发明所得的原子级5％Pt/CeO

图9是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

由图可以看出，葡萄糖对形成片状结果十分关键，如果不加葡萄糖，则形成对比例的微球形貌。

图11是本发明实施例1所得原子级8％Pt/CeO

由图可以看出，本发明所得片状原子级8％Pt/CeO2催化剂的性能显著优于对比例8％Pt/CeO

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的产品及详细制备方法，但本发明并不局限于上述产品和详细制备方法，即不意味着本发明必须依赖上述产品和详细制备方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅料成分的添加，具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单的变形。这些简单变形均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。