CN103476703A - 用于形成稳定PtPd柴油氧化的湿化学方法 - Google Patents
用于形成稳定PtPd柴油氧化的湿化学方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种纳米颗粒,其包含:包含混合金属氧化物的内部区域;和包含纯金属的外表面。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和金属销连剂。在一些实施方案中,外表面上的纯金属与内部区域中的混合金属氧化物中的金属销连剂相同。在一些实施方案中,催化纳米颗粒与外表面上的纯金属结合。在一些实施方案中,内部区域和外表面使用等离子体枪形成。在一些实施方案中,内部区域和外表面使用湿化学方法形成。在一些实施方案中,使用等离子体枪将催化纳米颗粒与纯金属结合。在一些实施方案中,使用湿化学方法将催化纳米颗粒与纯金属结合。
Description
发明领域
本发明涉及催化剂领域。更具体而言,本发明涉及生产催化剂的方法。
发明背景
可使用湿化学将小铂颗粒置于陶瓷表面上以产生催化剂。然而,当将催化剂加热并使用时,铂颗粒不充分地结合在陶瓷表面上。因此,它们是可移动的,使它们来回移动并找到其它铂颗粒。当铂颗粒彼此发现时,它们聚集成较大的铂颗粒。
例如,即使现有技术方法以1/2nm铂颗粒开始,到进行老化试验(相当于在汽车上10年)时,铂颗粒聚集成16nm颗粒。
铂颗粒的聚集产生催化表面积的巨大减少。因此,催化剂的性能显著降低。
发明概述
本发明使用销连剂(pinning agent)以将催化材料安全地结合在核纳米颗粒上。销连剂将催化材料安全地锚定在核纳米颗粒上,由此使催化材料的移动性和聚集最小化或消除。因此,本发明能够提供最小老化或甚至未老化催化剂,所述催化剂充分保持极小尺寸的催化颗粒在各个核纳米颗粒上,由此使催化表面积最大化。
在本发明一个方面中,纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯。外表面包含纯金属钯。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。在一些实施方案中,中心核包含二氧化硅。
在本发明另一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化,由此形成包含气化氧化铝和气化钯的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化氧化铝和气化钯冷凝成纳米颗粒。各个纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
在一些实施方案中,将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化的步骤包括:使工作气体流入等离子体枪的反应器中;将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和使一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料流入等离子体流中。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在本发明的又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:提供所需比的一定量的铝材料和一定量的钯材料;和使用湿化学方法由一定量的铝材料和一定量的钯材料形成多个纳米颗粒。各个形成的纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,钯材料为盐,且湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物。在一些实施方案中,混合金属氧化物形成各个纳米颗粒的中心核,且混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,使用湿化学方法形成多个纳米颗粒的步骤包括形成围绕各个纳米颗粒的中心核的单层,其中单层包含混合金属氧化物。在一些实施方案中,各个纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在本发明又一方面中,催化载体纳米颗粒包含含有内部区域和外表面的载体纳米颗粒。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。催化纳米颗粒与外表面上的纯金属钯结合。催化纳米颗粒为铂。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕载体纳米颗粒的中心核的单层。权利要求26的纳米颗粒,其中中心核包含二氧化硅。
在本发明又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:将一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料气化,由此形成包含气化氧化铝、气化钯和气化铂的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化氧化铝、气化钯和气化铂冷凝成载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,外表面包含纯金属钯,且铂纳米颗粒与外表面上的纯金属钯结合。
在一些实施方案中,将一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料气化的步骤包括:使工作气体流入等离子体枪的反应器中;将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和使一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料流入等离子体流中。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在本发明又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:提供所需比的一定量的铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料;和使用湿化学方法由一定量的铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料形成多个载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,外表面包含纯金属钯,且铂纳米颗粒与外表面上的纯金属钯结合。
在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,钯材料为盐,且湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物,和形成包含多个铂-钯载体颗粒的载体颗粒悬浮液。各个铝-钯载体颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。在一些实施方案中,湿化学方法进一步包括将铂溶液与载体颗粒悬浮液混合,和将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与铝-钯载体颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,钯材料为盐,且湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物,形成围绕各个载体纳米颗粒的中心核的混合金属氧化物单层,和形成载体纳米颗粒的悬浮液。中心核包含与单层不同的化学组成,且各单层包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。在一些实施方案中,湿化学方法进一步包括将铂溶液与纳米颗粒的悬浮液混合,和将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与载体纳米颗粒上的纯金属钯结合。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。在一些实施方案中,各个载体纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面上的纯金属钯-铂合金,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在本发明又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:使用等离子体枪形成多个铝-钯载体颗粒,其中各个铝-钯载体颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯;和使用湿化学方法将铂纳米颗粒固定在各个铝-钯载体颗粒的纯金属钯上。
在一些实施方案中,使用等离子体枪形成多个铝-钯载体颗粒包括:将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化,由此形成包含气化氧化铝和气化钯的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化氧化铝和气化钯冷凝成载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
在一些实施方案中,将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化的步骤包括使工作气体流入等离子体枪的反应器中,将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流。和使一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料流入等离子体流中。在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,铝-钯载体颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成各个铝-钯载体颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,湿化学方法包括将铂溶液与铝-钯载体颗粒混合,和将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与铝-钯载体颗粒上的纯金属钯结合。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,铝-钯载体颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在本发明又一方面中,催化剂包含载体结构和结合在载体结构上的多个载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属。催化颗粒与外表面上的纯金属结合。
在一些实施方案中,载体结构为多孔陶瓷材料,且多个载体纳米颗粒置于陶瓷材料的孔内。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯。在一些实施方案中,纯金属为钯。在一些实施方案中,内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成各个载体纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕各个载体纳米颗粒的中心核的单层。在一些实施方案中,中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,外表面包含纯金属合金。在一些实施方案中,催化颗粒为铂。在一些实施方案中,催化剂为未老化催化剂。
在本发明又一方面中,形成催化剂的方法包括:提供载体结构;提供多个载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属,其中催化颗粒与外表面上的纯金属结合,且多个载体纳米颗粒与载体结构结合。
在一些实施方案中,载体结构为多孔陶瓷材料,且多个载体纳米颗粒置于陶瓷材料的孔内。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含纯金属钯。在一些实施方案中,催化颗粒为铂。在一些实施方案中,内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料气化,由此形成包含气化第一材料、气化第二材料和气化第三材料的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料、气化第二材料和气化第三材料冷凝成载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。在一些实施方案中,将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料气化的步骤包括使工作气体流入等离子体枪的反应器中,将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流,和使一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料流入等离子体流中。
在一些实施方案中,提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:提供所需比的一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料;和使用湿化学方法由一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料形成多个载体纳米颗粒。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,外表面包含第二材料,且催化颗粒包含第三材料。在一些实施方案中,湿化学方法包括借助化学反应由第一材料和第二材料形成混合金属氧化物,和形成包含多个载体颗粒的载体颗粒悬浮液。各个载体颗粒包含内部区域和外表面,内部区域的混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且外表面上的纯金属包含第二材料。
在一些实施方案中,第一材料为铝材料,且第二材料为钯材料。在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,且钯材料为盐。
在一些实施方案中,湿化学方法进一步包括将催化溶液与载体颗粒悬浮液混合,和将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
在一些实施方案中,形成混合金属氧化物包括形成围绕各个载体颗粒的中心核的单层。中心核包含与单层不同的化学组成,且各单层包含内部区域和外表面。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且外表面上的纯金属包含钯。在一些实施方案中,湿化学方法进一步包括将催化溶液与载体颗粒悬浮液混合,和将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。在一些实施方案中,各个载体纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:使用等离子体枪形成多个载体颗粒,其中各个载体颗粒包含内部区域和外表面;和使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在各个载体颗粒上的纯金属上。在一些实施方案中,使用等离子体枪形成多个载体颗粒的步骤包括:将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体颗粒。在一些实施方案中,将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括:使工作气体流入等离子体枪的反应器中;将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。在一些实施方案中,使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括将催化溶液与核颗粒混合,和将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。在一些实施方案中,将多个载体纳米颗粒与载体结构结合包括进行煅烧方法。
在本发明又一方面中,纳米颗粒包含含有混合金属氧化物的内部区域和包含纯金属的外表面。
在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯。在一些实施方案中,纯金属为钯。在一些实施方案中,内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。在一些实施方案中,混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。在一些实施方案中,中心核包含二氧化硅。在一些实施方案中,外表面包含纯金属合金。在一些实施方案中,纯金属合金为钯-铂合金。
在本发明又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括提供一定量的第一材料和一定量的第二材料,和由一定量的第一材料和一定量的第二材料形成多个纳米颗粒。各个纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属。
在一些实施方案中,混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且纯金属包含第二材料。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含钯。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含钯-铂合金。
在一些实施方案中,形成多个纳米颗粒的步骤包括:将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中;使用等离子体枪将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云;和将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成纳米颗粒,其中各个纳米颗粒包含内部区域和外表面。在一些实施方案中,将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括:使工作气体流入等离子体枪的反应器中;将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。在一些实施方案中,混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且纯金属包含第二材料。在一些实施方案中,第一材料为铝材料且第二材料为钯材料。
在一些实施方案中,形成多个纳米颗粒的步骤包括用一定量的第一材料和一定量的第二材料进行湿化学方法。在一些实施方案中,湿化学方法包括借助化学反应由第一材料和第二材料形成混合金属氧化物。在一些实施方案中,第一材料包含铝材料,且第二材料包含钯材料。在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,且钯材料为盐。在一些实施方案中,混合金属氧化物形成各个纳米颗粒的中心核,且混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。在一些实施方案中,湿化学方法包括形成围绕各个纳米颗粒的中心核的单层。单层包含混合金属氧化物。在一些实施方案中,各个纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
在本发明又一方面中,纳米颗粒包含含有混合金属氧化物的内部区域、包含纯金属的外表面,和固定在纯金属上的催化颗粒。催化颗粒具有不同于纯金属和混合金属氧化物的化学组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,纯金属包含第二材料,且催化颗粒包含第三材料。在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。在一些实施方案中,中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和不包含铂的金属销连剂,纯金属包含金属销连剂,且催化颗粒包含铂。在一些实施方案中,金属销连剂包含铜、钼或钴。在一些实施方案中,催化颗粒包含金属合金。在一些实施方案中,金属合金为钯-铂合金。在一些实施方案中,金属销连剂包含铜、钼或钴,且催化颗粒包含钯-铂合金。
在一些实施方案中,内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。在一些实施方案中,纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
在一些实施方案中,催化颗粒为纳米颗粒。在一些实施方案中,催化颗粒包含约1nm或更小的直径。在一些实施方案中,催化颗粒包含约1/2nm的直径。
在本发明又一方面中,形成纳米颗粒的方法包括:提供载体纳米颗粒,其中载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属;和将催化颗粒固定在纯金属上,其中催化颗粒具有不同于纯金属和混合金属氧化物的化学组成。
在一些实施方案中,混合金属氧化物由第一材料和第二材料形成,纯金属由第二材料形成,且催化颗粒由第三材料形成。在一些实施方案中,混合金属氧化物形成围绕载体纳米颗粒的中心核的单层.在一些实施方案中,中心核包含二氧化硅。
在一些实施方案中,混合金属氧化物包含氧化铝和不包含铂的金属销连剂,纯金属包含金属销连剂,且催化颗粒包含铂。在一些实施方案中,金属销连剂包含铜、钼或钴。在一些实施方案中,催化颗粒包含金属合金。在一些实施方案中,金属合金为钯-铂合金。在一些实施方案中,金属销连剂包含铜、钼或钴,且催化颗粒包含钯-铂合金。
在一些实施方案中,内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。在一些实施方案中,载体纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
在一些实施方案中,催化颗粒为纳米颗粒。在一些实施方案中,催化颗粒包含约1nm或更小的直径。在一些实施方案中,催化颗粒包含约1/2nm的直径。
在一些实施方案中,提供载体纳米颗粒和将催化颗粒固定在纯金属上的步骤使用等离子体枪进行。在一些实施方案中,提供载体纳米颗粒和将催化颗粒固定在纯金属上的步骤使用湿化学方法进行。
在一些实施方案中,提供载体纳米颗粒包括将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中,将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云,和将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体纳米颗粒。载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。在一些实施方案中,将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括使工作气体流入等离子体枪的反应器中,将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流,和使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。在一些实施方案中,将催化颗粒固定在纯金属上的步骤使用湿化学方法进行。在一些实施方案中,湿化学方法包括将催化溶液与载体纳米颗粒混合,和将由催化溶液形成的催化颗粒与载体纳米颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液,且催化颗粒为铂纳米颗粒。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
在本发明又一方面中,形成催化纳米颗粒的方法包括:提供多个载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属;和将催化纳米颗粒固定在各个载体纳米颗粒上的纯金属上。
在一些实施方案中,将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤使用等离子体枪进行。在一些实施方案中,将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括:将多个纳米颗粒和一定量的催化材料以所需比装入等离子体枪中,将一定量的催化材料气化,由此形成包含气化催化材料的蒸气云,和将蒸气云骤冷,由此将气化催化材料冷凝成催化纳米颗粒,其与载体纳米颗粒上的纯金属结合。
在一些实施方案中,多个载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,各个催化纳米颗粒包含约1nm或更小的直径。在一些实施方案中,各个催化纳米颗粒包含约1/2nm的直径。
在一些实施方案中,将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤使用湿化学方法进行。在一些实施方案中,使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括将催化溶液与多个载体纳米颗粒混合,和将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与多个载体纳米颗粒上的纯金属结合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
附图简述
图1阐述根据本发明原理与载体纳米颗粒结合的催化纳米颗粒的一个实施方案的横截面视图。
图2阐述根据本发明原理与载体纳米颗粒结合的催化纳米颗粒的另一实施方案的横截面视图。
图3A阐述根据本发明原理的催化剂的一个实施方案的横截面视图。
图3B阐述根据本发明原理的催化剂的另一实施方案的横截面视图。
图4阐述根据本发明原理生产催化载体纳米颗粒的方法和来自它的催化剂的一个实施方案。
图5阐述根据本发明原理使用等离子体枪生产催化载体纳米颗粒的方法的一个实施方案。
图6阐述根据本发明原理使用等离子体枪生产催化载体纳米颗粒的方法的另一实施方案。
图7阐述根据本发明原理的等离子体基颗粒生产系统的一个实施方案。
图8阐述根据本发明原理的等离子体基颗粒生产系统的另一实施方案。
图9阐述根据本发明原理使用湿化学方法生产催化载体纳米颗粒的方法的一个实施方案。
图10阐述根据本发明原理使用等离子体枪和湿化学方法生产催化载体纳米颗粒的方法的一个实施方案。
发明详述
提出以下描述以使本领域技术人员作出并使用本发明,并在专利申请及其要求的上下文中提供。对所述实施方案的各种改进是本领域技术人员容易获悉的且其中的一般原理可应用于其它实施方案。因此,本发明不意欲限于所示实施方案,而是最宽范围地符合本文所述原理和特征。
该公开内容提供本发明的几个实施方案。预期来自任何实施方案的任何特征可与来自任何其它实施方案的任何特征结合。以这种方式,所阐述和描述的实施方案的混合构型适当地在本发明范围内。
本公开内容涉及颗粒和粉末。这两个术语是等价的,单数“粉末”指颗粒的集合的注意事项除外。本发明可适用于多种粉末和颗粒。属于本发明范围内的粉末可包括但不限于下面任一种:(a)纳米结构粉末(纳米粉末),其具有小于250nm的平均粒度和1-1,000,000的纵横比;(b)超微粉,其具有小于1μm的平均粒度和1-1,000,000的纵横比;(c)超细粉,其具有小于100μm的平均粒度和1-1,000,000的纵横比;和(d)细粉,其具有小于500μm的平均粒度和1-1,000,000的纵横比。
可通过使用流程图描述公开内容的各个方面。通常可显示本公开内容的一个方面的一种情况。然而,如本领域技术人员所理解,可连续或根据需要通常重复本文所述协议、方法和程序以满足本文所述要求。另外,预期本发明某些方法步骤可以以与流程图所述那些可选的顺序进行。因此,权利要求书的范围应不限于方法步骤的任何具体顺序,除非顺序是通过权利要求书的语言明确要求的。
图1阐述根据本发明原理与载体纳米颗粒100结合的催化纳米颗粒130的一个实施方案的横截面视图。载体纳米颗粒100包含内部区域和外表面115。外表面115限定载体纳米颗粒100的圆周。在一些实施方案中,载体纳米颗粒100包含约10nm或更小的直径,发现这是理想的尺寸。但预期其它直径在本发明的范围内。
内部区域为载体颗粒中心与外表面115之间的区域。该内部区域包含混合金属氧化物110。在一些实施方案中,混合金属氧化物110包含氧化铝以及伴随金属。在一些实施方案中,该伴随金属为钯。发现合适的其它伴随金属为铜、钼和钴。预期还可使用其它氧化物和其它金属。
外表面包含一个或多个由纯金属组成的纯金属区120。发现适于这些纯金属区的金属包括钯、铜、钼和钴。然而,预期也可使用其它金属。就本公开内容而言,术语“纯金属”和“纯金属的”应解释意指仅由金属组成的区域且特征是不存在任何其它类型的材料。例如,纯金属区120可包含金属或金属-金属合金,但它们不可以包含任何陶瓷材料。这些纯金属区120的目的是在载体纳米颗粒100的外表面115上提供暴露区,催化纳米颗粒130对所述暴露区具有强吸引力。
催化纳米颗粒130结合或固定在这些纯金属区120上。在一些实施方案中,这些催化纳米颗粒130包含或由铂组成。在一些实施方案中,这些催化纳米颗粒130包含或由铂合金,例如铂-钯合金组成。然而,预期还可使用其它催化材料。在一些实施方案中,催化纳米颗粒130具有约1nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒130具有约1/2nm的平均粒度。然而,预期其它尺寸在本发明的范围内。尽管图1显示在载体纳米颗粒110上的多于一个纯金属区120和结合在载体纳米颗粒110上的多于一个催化纳米颗粒130,预期其它量的这些元素在本发明的范围内。例如,在一些实施方案中,载体纳米颗粒110包含仅一个独特纯金属区120和结合在载体纳米颗粒110上的一个独特催化纳米颗粒130。在一些实施方案中,载体纳米颗粒110包含多于一个独特纯金属区120和结合在载体纳米颗粒110上的多于一个独特催化纳米颗粒130。
纯金属区120与混合金属氧化物110结合并充当销连剂以将催化纳米颗粒130安全地固定在载体纳米颗粒100上,由此降低或消除催化纳米颗粒130的迁移率和防止它们聚集。
图2阐述根据本发明原理与载体纳米颗粒200结合的催化纳米颗粒230的一个实施方案的横截面视图。载体纳米颗粒200包含内部区域和外表面215。外表面215限定载体纳米颗粒200的圆周。在一些实施方案中,载体纳米颗粒200包含约10nm或更小的直径,发现这是理想的尺寸。但预期其它直径在本发明的范围内。
内部区域为载体颗粒的中心与外表面215之间的区域。该内部区域包含混合金属氧化物210。在一些实施方案中,混合金属氧化物210包含氧化铝以及伴随金属。在一些实施方案中,该伴随金属为钯。发现合适的其它伴随金属为铜、钼和钴。预期还可使用其它氧化物和其它金属。
图2的实施方案非常类似于图1的实施方案。然而,与载体纳米颗粒100的内部区域相反,其在图1中显示为从其中心至其外表面115和纯金属区120仅包含混合金属氧化物110,载体纳米颗粒200的内部区域在图2中显示为具有中心核205,围绕所述中心核形成混合金属氧化物210的单层。在一些实施方案中,该中心核205由陶瓷材料形成。在一些实施方案中,该中心核205由二氧化硅形成。然而,预期其它材料可能适于形成中心核205。
类似于载体纳米颗粒100的外表面,载体纳米颗粒200的外表面包含一个或多个由纯金属组成的纯金属区220。发现适于这些纯金属区的金属包括钯、铜、钼和钴。然而,预期也可使用其它金属。就本发明而言,术语“纯金属”和“纯金属的”应解释意指该区域仅由金属组成且特征是不存在任何其它类型的材料。例如,纯金属区220可包含金属或金属-金属合金,但它们不可以包含任何陶瓷材料。这些纯金属区220的目的是在载体纳米颗粒200的外表面215上提供暴露区域,催化纳米颗粒230对所述暴露区具有强吸引力。
如以上关于图1的实施方案所讨论的,催化纳米颗粒230结合或者固定在这些纯金属区220上。在一些实施方案中,这些催化纳米颗粒230包含或仅由铂组成。在一些实施方案中,这些催化纳米颗粒230包含或仅由铂合金,例如铂-钯合金组成。然而预期还可使用其它催化材料。在一些实施方案中,催化纳米颗粒230具有约1nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒230具有约1/2nm的平均粒度。然而,预期其它尺寸在本发明范围内。尽管图2显示在载体纳米颗粒210上的多于一个纯金属区220和结合在载体纳米颗粒210上的多于一个催化纳米颗粒230,预期其它量的这些元素在本发明范围内。例如,在一些实施方案中,载体纳米颗粒210包含仅一个独特纯金属区220和结合在载体纳米颗粒210上的一个独特催化纳米颗粒230。在一些实施方案中,载体纳米颗粒210包含多于一个独特纯金属区220和结合在载体纳米颗粒210上的多于一个独特催化纳米颗粒230。
如先前关于图1的实施方案所讨论的,纯金属区220与混合金属氧化物210结合并充当销连剂以将催化纳米颗粒230安全地固定在载体纳米颗粒200上,由此降低或消除催化纳米颗粒230的迁移率和防止它们聚集。
无论是关于图1-2的实施方案还是关于本发明范围内的一些其它实施方案,元素的化学和结构组成可变化。例如,在一些实施方案中,混合金属氧化物包含或由氧化铝组成,纯金属区包含或由钯组成,且催化颗粒包含或仅由铂组成。在一些实施方案中,内部区域仅由混合金属氧化物组成。在一些实施方案中,内部区域包含被混合金属氧化物单层围绕的陶瓷中心核。在一些实施方案中,纯金属包含或由不同于钯的金属,例如铜、钼或钴组成。在一些实施方案中,催化颗粒包含或由钯-铂合金组成。在一些实施方案中,纯金属包含或由不同于钯的金属,例如铜、钼或钴组成,且催化颗粒包含或由钯-铂合金组成。
无论是关于图1-2的实施方案还是本发明范围内的一些其它实施方案,一个或多个催化纳米颗粒与载体纳米颗粒的结合限定催化载体纳米颗粒的形成。这些催化载体纳米颗粒可浸渍或者固定在催化剂载体上以形成可用的催化剂。在一些实施方案中,催化剂载体为陶瓷材料。在一些实施方案中,催化剂载体为氧化物材料。在一些实施方案中,催化剂载体为单块。在一些实施方案中,催化剂载体为压出物。这类载体发现是有用的,因为它们的高度可达性和大表面积,与250m2/g一样高。在一些实施方案中,催化剂载体为宏观载体颗粒。在该实施方案中,选择宏观载体颗粒的尺寸以提供催化载体纳米颗粒结合或固定的最大表面积。在一些实施方案中,催化剂载体为多孔结构。
在一些实施方案中,混合金属氧化物210可以为在部分单层和多层单层之间的任何事物。在一些实施方案中,纯金属区220可以为部分结合在具有锚定金属颗粒的至少一个结合部位的基质中的氧原子上的金属原子,与具有并入混合金属氧化物中的一个或多个原子和可与金属催化颗粒(例如铂纳米颗粒)合金的一个或多个纯金属原子的金属原子簇之间的任何事物。
图3A阐述根据本发明原理的催化剂300A的一个实施方案的横截面视图。催化剂300A包含催化剂载体310A,所述载体为多孔结构,其用催化载体纳米颗粒330A,例如上述催化载体纳米颗粒浸渍。作为多孔结构,催化剂载体310A包含多个孔320。浸渍多孔载体310A的近视图阐述于图3A中,其显示固定在孔320内的催化载体纳米颗粒330A。
图3B阐述根据本发明原理的催化剂300B的另一实施方案的横截面视图。催化剂300B包含催化剂载体310B,所述载体为大孔结构,其用催化载体纳米颗粒330B,例如上述催化载体纳米颗粒浸渍。
预期可使用多种不同的方法将催化剂载体310A、310B用催化剂载体纳米颗粒330A、330B浸渍。在一些实施方案中,将催化剂载体纳米颗粒的液体分散体应用于催化剂载体上。使催化剂载体干燥和/或干燥方法在催化剂载体上进行。当分散体中的液体蒸发时,催化剂载体纳米颗粒沉降在载体表面上和/或载体内的孔中。当浸渍的催化剂载体干燥时,催化剂载体纳米颗粒与催化剂载体之间的静电相互作用和其它力实现一些粘附。有利地,这类力导致纳米颗粒粘附在载体的表面和孔上。
在一些实施方案中,进行煅烧步骤以在纳米颗粒与催化剂载体之间形成氧化物-氧化物键,使它们暴露于热、压力或其组合下。煅烧温度通常为350-1000℃,且压力为大约环境气氛至几大气。对于最佳的氧化物-氧化物键,选择一部分催化载体纳米颗粒以相应于催化剂载体包含的材料。例如,如果一部分催化剂载体纳米颗粒包含氧化铝,则催化剂载体优选包含氧化铝,但还预期不同的氧化物。由于催化剂载体与纳米颗粒之间的物理和化学键,结合、固定或者销连在催化剂载体表面上的纳米颗粒的岛在催化剂转化期间不会迁移和聚结。用于催化的表面积保持高,因此催化活性保持低。实际上,不需要操作如细化学装置和油精炼厂以停止和以与现有方法相同的频率用新鲜催化剂载体换出无效的催化剂载体,由此提高装置和精炼厂的产量和降低它们的总操作成本。
图4阐述根据本发明原理生产催化载体纳米颗粒的方法和来自它的催化剂的一个实施方案。
在步骤410,形成多个载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物,同时外表面包含纯金属。载体纳米颗粒可包含以上关于图1-2所讨论的任何元素。
在步骤420,将至少一个催化颗粒与各个载体纳米颗粒结合,由此形成催化载体纳米颗粒。催化颗粒与载体颗粒外表面上的纯金属结合。催化颗粒可包含以上关于图1-2所讨论的任何元素。
在步骤430,将多个载体纳米颗粒与载体结构结合。这种载体结构的一个实例为多孔陶瓷材料。然而,预期可使用其它类型的载体结构。载体结构可包含以上关于图3A-B所讨论的任何元素。
图5阐述根据本发明原理使用等离子体枪生产催化载体纳米颗粒的方法的一个实施方案。
在步骤510,将第一材料、第二材料和第三材料以所需比装入等离子体枪中。在一些实施方案中,第一材料为氧化铝材料,第二材料为钯材料,且第三材料为铂材料。然而,预期另外或者作为这些材料的替代物,可使用其它材料。
在步骤520,使用等离子体枪将第一材料、第二材料和第三材料气化,由此形成包含气化第一材料、气化第二材料和气化第三材料的蒸气云。
在步骤530,将蒸气云骤冷,由此将气化材料冷凝成具有结合在载体纳米颗粒上的催化纳米材料的载体纳米颗粒。各个纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物。外表面包含纯金属。催化纳米材料与外表面上的纯金属结合。
预期本发明可使用多种不同类型的等离子体枪系统以将装入的材料气化和骤冷成纳米颗粒。在优选实施方案中,纳米颗粒的尺寸基本均匀。纳米颗粒可通过将微米级材料引入等离子体方法中而形成,例如2005年4月19日提交且标题为“High Throughput Discovery of Materials ThroughVapor Phase Synthesis”的共有和共同未决申请序列No.11/110,341,和2008年5月8日提交且标题为“高湍流骤冷室”的共有和共同未决申请序列No.12/151,935中所描述和要求的,如同此处所述一样,通过引用将其二者并入本文中。
图7阐述可根据本发明原理使用的等离子体基颗粒生产系统700的一个实施方案。系统700使用等离子体方法和高湍流骤冷室745生产纳米颗粒。系统700包含前体供应装置710和与等离子体生产和反应室730流体连接的工作气体供应装置720。能量输送系统725还与等离子体生产和反应室730结合。等离子体生产和反应室730包含与收缩骤冷室745流体连通的注射孔740。一个或多个孔790也可容许骤冷室745与可控大气系统770之间的流体连通。骤冷室745还与出口765流体连接。
一般而言,室730作为反应器操作,产生气流内包含颗粒的输出。生产包括如本文稍后所述的结合、反应和调整的基本步骤。该系统在室730的能量输送区内将由前体供应装置710供入的前体材料与由工作气体供应装置720供入的工作气体结合。
在一些实施方案中,前体材料包含粉状物质。在一些实施方案中,前体材料为微米级的。在一些实施方案中,前体材料包含500-600nm的平均粒径。在一些实施方案中,前体材料包含1μm的平均粒径。在一些实施方案中,前体材料包含大于或等于5μm的平均粒径。
该系统使用来自能量供应系统725的室730中的工作气体,由此形成等离子体。将等离子体应用于室730内的前体材料上以形成激发的反应性混合物。该混合物包含在多相中的至少一相中的一种或多种材料,其可包括蒸气、气体和等离子体。反应性混合物使等离子体生产和反应室730通过注射孔740流入骤冷室745中。
骤冷室745优选包含基本圆柱形表面750、截头圆锥形表面755和连接注射孔740与圆柱形表面750的环形表面760。截头圆锥形表面760变窄以会合出口765。等离子体生产和反应室730包含延伸部分,注射孔740置于其末端。该延伸部分缩短注射孔740与出口765之间的距离,降低反应性混合物和调节流体在其中混合的区域,称为骤冷区的体积。在优选实施方案中,注射孔740与出口765共轴排列。注射孔的中心置于从出口765起的第一距离d1。注射孔的圆周位于从一部分截头圆锥形表面755起的第二距离d2。注射孔740和截头圆锥形表面755在其间形成上述骤冷区。注射孔740的圆周与截头圆锥形表面755之间的空间形成在其间的间隙,所述间隙充当将调节流体供入骤冷区中的通道。截头圆锥形表面755充当通风表面,使流体通过间隙并进入骤冷区中。
当反应性混合物流入骤冷室745中时,孔790将调节流体供入骤冷室745中。调节流体然后沿着截头圆锥形表面755移动,通过注射孔740与截头圆锥形表面755之间的间隙,并进入骤冷区中。在一些实施方案中,配置可控大气系统770以控制供入骤冷区中的调节流体的体积流速或质量流速。
当反应性混合物从注射孔740中移出时,它膨胀并与调节流体混合。优选提供调节流体的角度产生高湍流度并促进与反应性混合物混合。该湍流可取决于许多参数。在优选实施方案中,可调节这些参数中的一个或多个控制湍流水平。这些因素包括调节流体的流速、截头圆锥形表面755的温度、截头圆锥形表面755的角度(其影响将调节流体供入骤冷区中的角度),和骤冷区的尺寸。例如,截头圆锥形表面755与注射孔740的相对位置是可调节的,且可用于调整骤冷区的体积。这些调整可以以多种不同的方式,使用多种不同的机制,包括但不限于自动化工具和手动工具进行。
在进入骤冷室745中以后直接的简短期间,发生颗粒形成。颗粒聚集的程度取决于冷却的速率。冷却速率取决于骤冷区内流的湍流。优选,调整系统以形成高湍流,和形成非常分散的颗粒。例如,在优选实施方案中,骤冷区内流的湍流度使得该流具有至少1000的雷诺数。
仍参考图7,骤冷室745的结构优选由能够驱散实质量的热的相对薄壁组件形成。例如,薄壁组件可将热从室的内部传送并将热发射到环境中。
实质的热在其进入骤冷室745中以后主要以辐射的形式从反应性混合物中发出。设计骤冷室745以有效地驱散该热。骤冷室745的表面优选暴露于冷却系统(未显示)下。在优选实施方案中,配置冷却系统以控制截头圆锥形表面755的温度。
在注入骤冷区中、冷却和颗粒形成以后,混合物通过出口765从骤冷室745流出。通过发生器795产生的吸力使混合物和调节流体从骤冷区移动至导管792中。混合物沿着导管792从出口765流向吸力发生器795。优选,将颗粒在遇到吸力发生器795以前通过收集或取样系统(未显示)从混合物中除去。
仍参考图7,可控大气系统770与室785流体连接,所述室785通过孔790与骤冷区流体连接,调节流体通过导管780从可控大气系统770的储蓄器引入其中。如上所述,调节流体优选包含氩气。然而,同样优选其它惰性的相对重质气体。另外,如上所述,将调节流体供入骤冷室745中的优选机制为骤冷室745与出口765之间压差的形成。这种压差通过孔790将调节流体拉入骤冷室745中。提供调节流体的其它方法包括但不限于在室785内形成正压力。
截头圆锥形表面的角度影响将调节流体供入骤冷区中的角度,其可影响骤冷区中的湍流水平。调节流体优选沿着多个动量矢量流入骤冷区中。动量矢量之间的角度越大,产生的湍流水平越高。在优选实施方案中,高湍流骤冷室包含截头圆锥形表面,配制所述截头圆锥形表面以将至少两个调节流体动量矢量灌进骤冷区中使得两个动量矢量之间存在至少90度角。预期也可应用其它角度阈值。例如,还可注意至少一个调节流体动量矢量与反应性混合物的动量矢量之间形成的角。在高湍流骤冷室的一个实施方案中,配置反应性混合物入口以将反应性混合物沿着第一动量矢量供入骤冷区中,配置截头圆锥形表面以将调节流体沿着第二动量矢量供入骤冷区中,且第二动量矢量具有相对于第一动量矢量大于20度的斜角。
骤冷区的尺寸还影响骤冷区中的湍流水平。骤冷区越小,产生的湍流水平越高。骤冷区的尺寸可通过降低注射孔740中心与出口765之间的距离而降低。
通过本发明实施方案产生的高湍流降低所形成的颗粒可相互聚集的期间,由此产生具有更均匀尺寸的颗粒,在一些情况下产生小尺寸颗粒。这些特征都导致具有提高的分散性和提高的表面积:体积比的颗粒。当上述等离子体方法在生产纳米颗粒中极有利时,预期纳米颗粒也可以以其它方式产生。
图6阐述根据本发明原理使用等离子体枪生产催化载体纳米颗粒的方法的另一实施方案。
在步骤610,将第一材料和第二材料以所需比装入等离子体枪中。在一些实施方案中,第一材料为氧化铝材料,且第二材料为钯材料。然而,预期另外或者作为这些材料的替代物,可使用其它材料。
在步骤620,使用等离子体枪将第一材料和第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云。
在步骤630,将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物。外表面包含纯金属。
在步骤640,将载体纳米颗粒和第三材料以所需比装入等离子体枪中。在一些实施方案中,第三材料为铂材料。然而,预期另外或者作为铂材料的替代物,可使用其它材料。
在步骤650,使用等离子体枪将第三材料气化,由此形成包含气化第三材料的蒸气云。
在步骤660,将载体纳米颗粒与蒸气云中的气化第三材料混合。
在步骤670,将蒸气云骤冷,由此将气化第三材料冷凝成催化纳米颗粒并将它们与载体纳米颗粒外表面上的纯金属结合。
如上所述,预期本发明可使用多种不同类型的等离子体枪系统以将装入的材料气化和骤冷成纳米颗粒。纳米颗粒可通过将微米级材料引入等离子体方法中而形成,例如2008年5月9日提交且标题为“Powder CoatingSystem and Method Including Gun Extension”的共有和共同未决申请序列No.12/152,111所描述和要求,如同此处所述一样,通过引用将其并入本文中。
图8阐述根据本发明原理的等离子体基颗粒生产系统800的另一实施方案。系统800包含等离子体生产室820、涂覆室830、冷却导管870、取样系统880和动力泵890。等离子体生产室820和涂覆室830优选包含在动力气体供应室810中。
动力气体供应室810与动力气体供应系统815流体连接,配置所述动力气体供应系统815以提供动力气体。优选动力气体为惰性气体,例如氩气。此外,室810优选包含配置以使导管通过的气密入口和出口以供给等离子体生产室820和涂覆室830。动力气体供应室810可包含气密连接器,所述气密连接器容许这些导管通过,同时防止漏入或从室中漏出。此外,来自涂覆室830的输出可流入冷却导管870中,其也可通过动力气体供应室810的壁。优选冷却导管870还通过气密连接器离开动力气体供应室。
等离子体生产室820优选包含几个不同的输入以接收功率、气体和目标材料。输入通过多个供应系统通过上述工具供入室820中。这些供应系统的功能方面也描述于下文中。
各种输入导管将等离子体供应混合器840与第一气体供应容器842和第二气体供应容器844流体连接。等离子体供应系统840包含与等离子体生产室820的入口流体连接的出口。气体供应系统840和生产室820通过通过动力气体供应室810的导管连接。优选,但图中未显示,总系统控制器将控制信号供入等离子体供应系统840中。
动力供应系统825也通过通过动力气体供应室810的导管与等离子体生产室820连接。优选,但图中未显示,总系统控制器将控制信号供入动力供应系统825中。
涂覆剂供应系统852容纳前体材料并包含与等离子体生产室820的材料入口流体连接的外部可控输送系统。供应系统852通过通过动力气体供应室810的导管与生产室820连接。优选,但图中未显示,总系统控制器将控制信号供入供应系统852中。
优选在等离子体供应系统840与生产室820、涂覆剂供应系统852与等离子体生产室820、动力供应系统825与等离子体生产室820之间运行的导管都通过气密密封进入动力气体供应室810中。在一些实施方案中,各个供应系统的导管为具有通向动力气体供应室810的专业气密入口。在一些实施方案中,单个气密入口适应多个导管。
涂覆室830优选包含动力气体、涂覆剂材料-等离子体混合物和涂覆材料的入口,以及将输出供入冷却导管870中的出口。动力气体的入口将动力气体供应室810与涂覆室830的内部连接。优选,这些入口为直接连接两个室的具有可调节尺寸的通道,又容许从供应室810至涂覆室830的可控流。
涂覆材料储存在涂覆材料供应系统854内,所述系统优选位于动力气体供应室810外部。导管从供应系统854通过动力气体供应室810以及通过涂覆室830的壁。涂覆材料供应系统854包含将涂覆材料供入导管中的可控输送系统。优选,导管通过气密密封进入两个室中。导管在涂覆室内在所选择的位置上终止。优选,末端的位置基于操作参数选择。还优选,但未显示,配置总系统控制器以将控制信号供入供应系统854中。
冷却导管870将涂覆室830与取样系统880连接。导管870通过气密工具离开动力气体供应室810。冷却导管870包含第一段872、第二段874、第三段876和第四段878。所述段通过含有气体输入特征的气体输入连接器连接。第一段872通过气体输入连接器862连接在第二段874上。第二段874又通过气体输入连接器864连接在第三段876上。气体输入连接器866将第三段876连接在第四段878上。
在所述实施方案中,没有显示将气体供入气体输入连接器862、864、866中以输入冷却导管870中。然而,气体可通过一个或多个气体输入连接器供入。
取样系统880在冷却导管870与动力泵890之间流体连接。配置取样系统880以接收来自冷却导管870的输出,具有来自输出的合适特征的试样材料,并容许其余输出流入动力泵890中,所述动力泵890通过导管与取样系统880流体连接。
在操作期间,供应系统840、852和825分别将等离子体气体、涂覆剂材料和动力供入等离子体生产室820中。来自输送系统825的动力用于激活来自供应系统840的气体以在生产室820内产生等离子体。涂覆剂材料供应系统852将计量量的涂覆剂材料供入等离子体生产室820中,使涂覆剂材料暴露于其中形成的等离子体下。
总控制系统(未显示)将信号送至等离子体供应系统840、涂覆剂材料供应系统852和动力供应系统825以设置操作参数。等离子体供应系统840确定第一与第二气体的混合比以产生等离子体气体,以及将等离子体气体供入等离子体生产室820中的速率。在优选实施方案中,第一气体为氢气且第二气体为惰性气体,例如氩气。涂覆剂材料供应系统852确定将涂覆剂材料供入等离子体生产室820中的速率。动力供应系统825确定将动力供入等离子体生产室中的电压和安培数。组合地,这些参数决定等离子体生产室820内产生的等离子体的特征,以及也在室820内产生的等离子体-涂覆材料混合物的特征。此外,尽管涂覆剂供应系统描述为仅将单一涂覆材料在单一位置供入等离子体生产室820中,在本发明一些实施方案中,涂覆剂供应系统852将多种材料在一个或多个位置供入等离子体生产室820中。
动力气体供应室810接收来自优选专用动力气体供应系统815的动力气体,通常惰性气体如氩气。动力气体供应室810提供围绕等离子体生产室820和涂覆室830的气密包封。动力气体供应系统815优选保持动力气体供应室810内的压力,所述压力稍微超过系统800容纳于其中的环境的环境压力,不管动力泵890产生的任何吸取力变化。
涂覆室830接收涂覆剂材料和来自等离子体生产室820的等离子体混合物。涂覆室830还通过输入特征接收动力气体。优选,这些输入特征将可调节流速的动力气体供入涂覆室830中。动力气流优选通过动力泵890通过在导管870上拉动负压而推动,推动质量流通过涂覆室870的出口。然而,动力气体进入涂覆室830中的流速优选通过总控制系统控制。
此外,涂覆材料供应系统854将涂覆剂材料的计量料流通过涂覆材料导管供入涂覆室830内导管末端的位置。涂覆材料供入室830中的速率优选通过总控制系统确定。此外,尽管显示涂覆材料供应导管的末端以使材料仅沉积在涂覆室830内的一个位置,在本发明一些实施方案中,末端使涂覆材料沉积在导管内的多个位置(例如围绕等离子体生产室820的输出的环形结构中)。
优选,形成涂覆室830并控制设备800的操作参数使得涂覆剂材料和等离子体混合物进入涂覆室中并在其后不久达到最大焓。最优选,焓的这一最大值在涂覆室830的指定区域内出现,其中在它离开该区域时,混合物的平均焓下降,其最小值(涂覆室830内)在冷却导管870的出口达到。例如,如图8所述,最大焓出现在区域1中。在这些实施方案中,选择用于输送涂覆材料的末端的位置在最大区域外部和最大区域与出口之间。
此外,在本发明的某些实施方案中,形成涂覆室830并选择设备800的操作参数使得涂覆剂材料在涂覆室830的指定区域内开始由涂覆剂材料和气体混合物冷凝。例如,在图8中,区2为这种初始冷凝区。通常,初始冷凝区位于最大焓区与涂覆室830的出口之间。在一些实施方案中,将涂覆材料输送至初始冷凝区中。优选,在这些实施方案中,足够的焓保持在冷凝混合物中以将涂覆材料气化。因此,当涂覆剂材料冷凝形成颗粒时,涂覆剂材料气化,与冷凝颗粒混合。当涂覆材料气体颗粒混合物与气化涂覆材料混合并移向出口时,涂覆剂在涂覆颗粒冷凝,形成多个涂覆颗粒。
冷却导管870接收来自涂覆室830的涂覆颗粒和气体混合物。优选,混合物通过动力泵890推入冷却导管中。然而,在一些实施方案中,取样系统880内的动力泵或其它系统提供一些原动力以推动混合物。当然,等离子体生产室820和动力气体供应815提供的压力某种程度上推动混合物移入冷却导管870中。
在一些实施方案中,冷却导管870装配有活性冷却系统。在一些实施方案中,将气体供入气体输入连接器862、864或866中。在这些实施方案中的一些中,气体为冷却和夹带气体。在这些实施方案中的一些中,气体为钝化气体,其配置以降低混合物内的冷凝颗粒的反应性。
如上所述,取样系统880优选容许动力泵890提供原动力通过那里。然而,在一些实施方案中,取样系统880提供另一原动力。在一些实施方案中,取样系统880取代通过动力泵890提供的原动力并将替代原动力供入冷却导管870中。
预期取样系统880可以以多种方式配置。在一个实施方案中,取样系统880包含取样结构、在取样结构中形成的至少一个填充孔,和在取样结构形成的至少一个未填充孔。配置各个填充孔以例如通过使用过滤器收集来自混合物料流的颗粒。配置取样结构以在通过结构与收集结构之间调整。通过结构包含与导管如导管870流体排列的未填充孔,由此容许未填充孔接收来自导管的混合物料流以及使混合物料流流过取样结构而不实质上改变混合物料流的颗粒含量。收集结构包含与导管流体排列的填充孔,由此容许填充孔接收混合物料流和接收颗粒,同时混合物料流流过填充孔。
预期取样结构可以以多种方式在通过结构与收集结构之间调整。在一个实施方案中,取样结构为包含孔的环形阵列的盘型结构,其中环形阵列包含多个填充孔和多个未填充孔。取样结构可旋转地安装在基底上,其中取样结构的旋转运动产生取样结构在通过结构与收集结构之间的调整。在另一实施方案中,取样结构为包含孔的线性阵列的矩形结构,其中线性阵列包含多个填充孔和多个未填充孔。取样结构可滑动地安装在基底上,其中取样结构的滑动产生取样结构在通过结构与收集结构之间的调整。
预期另外或者作为使用等离子体基体系的替代物,本发明颗粒可使用湿化学方法形成和结合。这类方法包括但不限于以下参考文献所述方法,如同此处所述一样,通过引用将其并入本文中:Adschiri等人,“金属氧化物纳米颗粒在超临界条件下的热液合成”(Journal of NanoparticleResearch3:227-235,2001);Kratohvil等人,“涂覆的均匀无机胶粒的制备和性能:I.Aluminum(hydrous)oxide on hematile,chromia,and titania”(Advanced Ceramics Materials2:4,1987);Matijevic,“MonodispersedMetal(Hydrous)Oxides-A Fascinating Field of Colloid Science”(Acc.Chem.Res.14,22-29,1981);Lakshmi等人,“半导体氧化物微米-和纳米结构的溶胶-凝胶模板合成”(Chem.Mater.9,2544-2550,1997);Carnes等人,“纳米结晶氧化铝和生物金属纳米结晶氧化铝/氧化镁的合成、表征和吸收研究”(Chem.Mater.14,2922-2929,2002);Zhu等人,“由铝水合物和聚(氧化乙烯)表面活性剂制备的γ-氧化铝纳米纤维”(Chem.Mater.14,2086-2093,2002);Alexander等人,“PROCESS FOR MODIFYINGTHE PROPERTIES OF A SILICA SOL AND PRODUCT THEREOF”(美国专利No.2,892,797,1959年6月30日签发);Alexander等人,“AQUASOLS OF POSITIVELY-CHARGED COATED SILICAPARTICLES AND THEIR PRODUCTION”(美国专利No.3,007,878,1961年11月7日签发);Moore,Jr.,“STABLE POSITIVELY CHARGEDALUMINA COATED SILICA SOLS AND THEIR PREPARATION BYPOST-NEUTRALIZATION”(美国专利No.3,719,607,1973年3月6日签发);Moore,Jr.,“STABLE POSITIVELY CHARGED ALUMINACOATED SILICA SOLS”(美国专利No.3,745,126,1973年7月10日签发);和Kovarik,“METAL OXIDE SOLS”(美国专利No.3,864,142,1975年2月4日签发)。
图9阐述根据本发明原理使用湿化学方法的催化载体纳米颗粒的方法900的一个实施方案。
在步骤910,以所需比提供第一材料和第二材料。在一些实施方案中,第一材料为铝材料且第二材料为钯材料。在一些实施方案中,铝材料为盐或有机化合物,且钯材料为盐。然而,预期另外或者作为这些材料的替代物,可使用其它材料。
在步骤920,多个载体纳米颗粒使用湿化学方法借助化学反应由第一材料和第二材料形成。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,内部区域包含混合金属氧化物。外表面包含纯金属。在一些实施方案中,各个载体纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
在步骤930,形成载体纳米颗粒悬浮液并与催化溶液(包含具有催化性能的颗粒的溶液)混合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。然而,预期可使用其它类型的催化溶液。
在步骤940,催化溶液与载体纳米颗粒混合,由此将催化纳米颗粒销连在载体纳米颗粒外表面上的纯金属上。例如,在一个实施方案中,来自催化溶液的铂离子与载体纳米颗粒的氧化物表面反应,产生终止于载体纳米颗粒表面的离散铂原子。这些原子可在氧化物表面上扩散并与其它铂原子聚集以形成铂纳米颗粒。当铂纳米颗粒达到结合于氧化物表面中的钯原子簇时,铂簇与钯簇形成合金,由此销连铂簇。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒具有约1nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒具有约1/2nm的平均粒度。然而,预期其它尺寸在本发明范围内。
图10阐述根据本发明原理使用等离子体枪和湿化学方法生产催化载体纳米颗粒的方法1000的一个实施方案。
在步骤1010,将第一材料和第二材料以所需比装入等离子体枪中。在一些实施方案中,第一材料为氧化铝材料且第二材料为钯材料。然而,预期另外或者作为这些材料的替代物,可使用其它材料。
在步骤1020,使用等离子体枪将第一材料和第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云。
在步骤1030,将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体纳米颗粒。各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。内部区域包含混合金属氧化物。外表面包含纯金属。本发明的一个目的是将容易氧化和还原的金属混入载体氧化物(例如氧化铝、二氧化铈、氧化锆、二氧化硅等)中。想法是将金属(例如Pd、Cu、Zn、Cr、Ni等)并入氧化物基质中。然而,通过使这成为贫氧环境,例如通过将H2加入载气中,一些金属在颗粒表面上为其非氧化态。可使用的一个方法是形成混合金属氧化物纳米颗粒,然后使它们暴露于还原环境,例如温度下的H2或H2等离子体下,并将表面上的金属氧化物部分还原。载体氧化物在该环境中不容易还原。然而,没入混合金属氧化物表面以下的金属的氧化态不是关键的。结果是具有表面上未完全氧化的金属原子的混合金属氧化物颗粒。这些金属原子形成用于稍后加入的金属催化颗粒的锚,例如图9的步骤930和940以及图10的步骤1040和1050所述。
在步骤1040,将载体纳米颗粒与催化溶液混合。在一些实施方案中,催化溶液为铂溶液。在一些实施方案中,铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。然而,预期可使用其它类型的催化溶液。
在步骤1050,催化溶液与载体纳米颗粒反应,由此将催化纳米颗粒销连在载体纳米颗粒外表面上的纯金属上。例如,在一个实施方案中,来自催化溶液的铂离子与载体纳米颗粒的氧化物表面反应,产生终止于载体纳米颗粒表面的离散铂原子。这些原子可在氧化物表面上扩散并与其它铂原子聚集以形成铂纳米颗粒。当铂纳米颗粒达到结合于氧化物表面上的钯原子簇时,铂簇与钯簇形成合金,由此销连铂簇。在一些实施方案中,载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒具有约1nm或更小的平均粒度。在一些实施方案中,催化纳米颗粒具有约1/2nm的平均粒度。然而,预期其它尺寸在本发明范围内。
根据并入详情的具体实施方案描述了本发明,以促进结构原理和发明操作的理解。本文对具体实施方案及其详情的这种提及不意欲将所附权利要求书的范围限于它。本领域技术人员容易了解在选择用于阐述的实施方案中作出其它各种改进而不偏离权利要求书所定义的本发明精神和范围。
Claims (172)
1.一种纳米颗粒,其包含:
包含混合金属氧化物的内部区域,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯;
和
包含纯金属钯的外表面。
2.根据权利要求1的纳米颗粒,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
3.根据权利要求1的纳米颗粒,其中纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
4.根据权利要求1的纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。
5.根据权利要求4的纳米颗粒,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
6.根据权利要求1的纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。
7.根据权利要求6的纳米颗粒,其中中心核包含二氧化硅。
8.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化,由此形成包含气化氧化铝和气化钯的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此使气化氧化铝和气化钯冷凝成纳米颗粒,
其中各个纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
9.根据权利要求8的方法,其中使一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体,由此形成等离子体流;和
使一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料流入等离子体流中。
10.根据权利要求8的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
11.根据权利要求8的方法,其中纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
12.根据权利要求8的方法,其中混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。
13.根据权利要求12的方法,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
14.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
提供所需比的一定量的铝材料和一定量的钯材料;和
使用湿化学方法由一定量的铝材料和一定量的钯材料形成多个纳米颗粒,其中每个形成的纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
15.根据权利要求14的方法,其中:
铝材料为盐或有机化合物;
钯材料为盐;且
湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物。
16.根据权利要求15的方法,其中:
混合金属氧化物形成各个纳米颗粒的中心核;且
混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
17.根据权利要求14的方法,其中使用湿化学方法形成多个纳米颗粒的步骤包括形成围绕各个纳米颗粒的中心核的单层,其中单层包含混合金属氧化物。
18.根据权利要求17的方法,其中各个纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
19.根据权利要求14的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
20.根据权利要求14的方法,其中纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
21.一种催化载体纳米颗粒,其包含:
包含内部区域和外表面的载体纳米颗粒,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯;且
结合在外表面的纯金属钯上的催化纳米颗粒,其中催化纳米颗粒为钯。
22.根据权利要求21的催化载体纳米颗粒,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
23.根据权利要求21的催化载体纳米颗粒,其中载体纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
24.根据权利要求21的催化载体纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。
25.根据权利要求24的催化载体纳米颗粒,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
26.根据权利要求21的催化载体纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成围绕载体纳米颗粒的中心核的单层。
27.根据权利要求26的催化载体纳米颗粒,其中中心核包含二氧化硅。
28.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
将一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪使一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料气化,由此形成包含气化氧化铝、气化钯和气化铂的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此将气化氧化铝、气化钯和气化铂冷凝成载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,外表面包含纯金属钯,且铂纳米颗粒与外表面上的纯金属钯结合。
29.根据权利要求28的方法,其中将一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的氧化铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料流入等离子体流中。
30.根据权利要求28的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
31.根据权利要求28的方法,其中载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
32.根据权利要求28的方法,其中混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。
33.根据权利要求32的方法,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
34.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
提供所需比的一定量的铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料;和
使用湿化学方法由一定量的铝材料、一定量的钯材料和一定量的铂材料形成多个载体纳米颗粒,
其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,外表面包含纯金属钯,且铂纳米颗粒与外表面上的纯金属钯结合。
35.根据权利要求34的方法,其中:
铝材料为盐或有机化合物;
钯材料为盐;且
湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物,并形成包含多个铝-钯载体颗粒的载体颗粒悬浮液,其中各个铝-钯载体颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
36.根据权利要求35的方法,其中湿化学方法进一步包括:
将铂溶液与载体颗粒悬浮液混合;和
将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与铝-钯载体颗粒上的纯金属钯结合。
37.根据权利要求36的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
38.根据权利要求34的方法,其中:
铝材料为盐或有机化合物;
钯材料为盐;且
湿化学方法包括借助化学反应由铝材料和钯材料形成混合金属氧化物,形成围绕各个载体纳米颗粒的中心核的混合金属氧化物单层,并形成载体纳米颗粒的悬浮液,其中中心核包含与单层不同的化学组成,且各单层包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
39.根据权利要求38的方法,其中湿化学方法进一步包括:
将铂溶液与纳米颗粒的悬浮液混合;和
将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与载体纳米颗粒上的纯金属钯结合。
40.根据权利要求39的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
41.根据权利要求38的方法,其中各个载体纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
42.根据权利要求34的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯-铂合金,并与其结合。
43.根据权利要求34的方法,其中载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
44.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
使用等离子体枪形成多个铝-钯载体颗粒,其中各个铝-钯载体颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯;和
使用湿化学方法将铂纳米颗粒固定在各个铝-钯载体颗粒的纯金属钯上。
45.根据权利要求44的方法,其中使用等离子体枪形成多个铝-钯载体颗粒包括:
将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化,由此形成包含气化氧化铝和气化钯的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此将气化氧化铝和气化钯冷凝成载体纳米颗粒,
其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含含有氧化铝和钯的混合金属氧化物,且外表面包含纯金属钯。
46.根据权利要求45的方法,其中将一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的氧化铝材料和一定量的钯材料流入等离子体流中。
47.根据权利要求45的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
48.根据权利要求44的方法,其中铝-钯载体颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
49.根据权利要求44的方法,其中混合金属氧化物形成各个铝-钯载体颗粒的中心核。
50.根据权利要求49的方法,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
51.根据权利要求44的方法,其中湿化学方法包括:
将铂溶液与铝-钯载体颗粒混合;和
将由铂溶液形成的铂纳米颗粒与铝-钯载体颗粒上的纯金属钯结合。
52.根据权利要求51的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
53.根据权利要求44的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
54.根据权利要求44的方法,其中铝-钯载体颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
55.一种催化剂,其包含:
载体结构;和
结合在载体结构上的多个载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属,其中催化颗粒与外表面上的纯金属结合。
56.根据权利要求55的催化剂,其中:
载体结构为多孔陶瓷材料;且
多个载体纳米颗粒置于陶瓷材料的孔内。
57.根据权利要求55的催化剂,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯。
58.根据权利要求55的催化剂,其中纯金属为钯。
59.根据权利要求55的催化剂,其中内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。
60.根据权利要求55的催化剂,其中载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
61.根据权利要求55的催化剂,其中混合金属氧化物形成各个载体纳米颗粒的中心核。
62.根据权利要求61的催化剂,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
63.根据权利要求55的催化剂,其中混合金属氧化物形成围绕各个载体纳米颗粒的中心核的单层.
64.根据权利要求63的催化剂,其中中心核包含二氧化硅.
65.根据权利要求55的催化剂,其中外表面包含纯金属合金。
66.根据权利要求55的催化剂,其中催化颗粒为铂。
67.根据权利要求55的催化剂,其中催化剂为未老化催化剂。
68.一种形成催化剂的方法,所述方法包括:
提供载体结构;
提供多个载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属,其中催化颗粒与外表面上的纯金属结合;和
将多个载体纳米颗粒结合在载体结构上。
69.根据权利要求68的方法,其中:
载体结构为多孔陶瓷材料;且
多个载体纳米颗粒置于陶瓷材料的孔内。
70.根据权利要求68的方法,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含纯金属钯。
71.根据权利要求68的方法,其中催化颗粒为铂。
72.根据权利要求68的方法,其中内部区域中的钯延伸至外表面的纯金属钯,并与其结合。
73.根据权利要求68的方法,其中载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
74.根据权利要求68的方法,其中混合金属氧化物形成载体纳米颗粒的中心核。
75.根据权利要求74的方法,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
76.根据权利要求68的方法,其中提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料气化,由此形成包含气化第一材料、气化第二材料和气化第三材料的蒸气云和
将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料、气化第二材料和气化第三材料冷凝成载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。
77.根据权利要求76的方法,其中将一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料流入等离子体流中。
78.根据权利要求68的方法,其中提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:提供所需比的一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料;和
使用湿化学方法由一定量的第一材料、一定量的第二材料和一定量的第三材料形成多个载体纳米颗粒。
79.根据权利要求78的方法,其中混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,外表面包含第二材料,且催化颗粒包含第三材料。
80.根据权利要求78的方法,其中湿化学方法包括:
借助化学反应由第一材料和第二材料形成混合金属氧化物;和
形成包含多个载体颗粒的载体颗粒悬浮液,其中各个载体颗粒包含内部区域和外表面,内部区域的混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且外表面上的纯金属包含第二材料。
81.根据权利要求80的方法,其中:
第一材料为铝材料;且
第二材料为钯材料。
82.根据权利要求81的方法,其中:
铝材料为盐或有机化合物;且
钯材料为盐。
83.根据权利要求80的方法,其中湿化学方法进一步包括:
将催化溶液与载体颗粒悬浮液混合;和
将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。
84.根据权利要求83的方法,其中催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。
85.根据权利要求84的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
86.根据权利要求80的方法,其中形成混合金属氧化物包括形成围绕各个载体颗粒的中心核的单层,其中中心核包含与单层不同的化学组成,且各单层包含内部区域和外表面。
87.根据权利要求86的方法,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且外表面上的纯金属包含钯。
88.根据权利要求86的方法,其中湿化学方法进一步包括:
将催化溶液与载体颗粒悬浮液混合;和
将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。
89.根据权利要求88的方法,其中催化溶液为铂溶液且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。
90.根据权利要求89的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液.
91.根据权利要求86的方法,其中各个载体纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
92.根据权利要求68的方法,其中提供多个载体纳米颗粒的步骤包括:使用等离子体枪形成多个载体颗粒,其中各个载体颗粒包含内部区域和外表面;和
使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在各个载体颗粒的纯金属上。
93.根据权利要求92的方法,其中使用等离子体枪形成多个载体颗粒的步骤包括:
将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体颗粒。
94.根据权利要求93的方法,其中将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。
95.根据权利要求92的方法,其中使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括:
将催化溶液与核颗粒混合;和
将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与载体颗粒上的纯金属结合。
96.根据权利要求95的方法,其中催化溶液为铂溶液且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。
97.根据权利要求96的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
98.根据权利要求68的方法,其中将多个载体纳米颗粒与载体结构结合包括进行煅烧方法。
99.一种纳米颗粒,其包含:
包含混合金属氧化物的内部区域;和
包含纯金属的外表面。
100.根据权利要求99的纳米颗粒,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯。
101.根据权利要求99的纳米颗粒,其中纯金属为钯。
102.根据权利要求99的纳米颗粒,其中内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。
103.根据权利要求99的纳米颗粒,其中纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
104.根据权利要求99的纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成纳米颗粒的中心核。
105.根据权利要求104的纳米颗粒,其中混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
106.根据权利要求99的纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。
107.根据权利要求106的纳米颗粒,其中中心核包含二氧化硅。
108.根据权利要求106的纳米颗粒,其中外表面包含纯金属合金。
109.根据权利要求108的纳米颗粒,其中纯金属合金为钯-铂合金。
110.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
提供一定量的第一材料和一定量的第二材料;和
由一定量的第一材料和一定量的第二材料形成多个纳米颗粒,其中各个纳米颗粒包含内部区域和外表面,且其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属。
111.根据权利要求110的方法,其中混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且纯金属包含第二材料。
112.根据权利要求110的方法,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含钯。
113.根据权利要求110的方法,其中混合金属氧化物包含氧化铝和钯,且纯金属包含钯-铂合金。
114.根据权利要求110的方法,其中形成多个纳米颗粒的步骤包括:
将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中;
使用等离子体枪将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此使气化第一材料和气化第二材料冷凝成纳米颗粒,其中各个纳米颗粒包含内部区域和外表面。
115.根据权利要求114的方法,其中将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。
116.根据权利要求114的方法,其中混合金属氧化物包含第一材料和第二材料,且纯金属包含第二材料。
117.根据权利要求116的方法,其中第一材料为铝材料,且第二材料为钯材料。
118.根据权利要求110的方法,其中形成多个纳米颗粒的步骤包括用一定量的第一材料和一定量的第二材料进行湿化学方法。
119.根据权利要求118的方法,其中湿化学方法包括借助化学反应由第一材料和第二材料形成混合金属氧化物。
120.根据权利要求119的方法,其中:
第一材料包含铝材料;且
第二材料包含钯材料。
121.根据权利要求120的方法,其中:
铝材料为盐或有机化合物;且
钯材料为盐。
122.根据权利要求119的方法,其中:
混合金属氧化物形成各个纳米颗粒的中心核;且
混合金属氧化物仅由氧化铝和钯组成。
123.根据权利要求119的方法,其中湿化学方法包括形成围绕各个纳米颗粒的中心核的单层,其中单层包含混合金属氧化物。
124.根据权利要求123的方法,其中各个纳米颗粒的中心核包含二氧化硅。
125.根据权利要求110的方法,其中内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。
126.根据权利要求110的方法,其中纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
127.一种纳米颗粒,其包含:
包含混合金属氧化物的内部区域;
包含纯金属的外表面;和
固定在纯金属上的催化颗粒,其中催化颗粒具有不同于纯金属和混合金属氧化物的化学组成。
128.根据权利要求127的纳米颗粒,其中:
混合金属氧化物包含第一材料和第二材料;
纯金属包含第二材料;且
催化颗粒包含第三材料。
129.根据权利要求128的纳米颗粒,其中混合金属氧化物形成围绕纳米颗粒的中心核的单层。
130.根据权利要求129的纳米颗粒,其中中心核包含二氧化硅。
131.根据权利要求127的纳米颗粒,其中:
混合金属氧化物包含氧化铝和金属销连剂;
纯金属包含金属销连剂,其中金属销连剂不包含铂;且
催化颗粒包含铂。
132.根据权利要求131的纳米颗粒,其中金属销连剂包含铜、钼或钴。
133.根据权利要求131的纳米颗粒,其中催化颗粒包含金属合金。
134.根据权利要求133的纳米颗粒,其中金属合金为钯-铂合金。
135.根据权利要求131的纳米颗粒,其中:
金属销连剂包含铜、钼或钴;且
催化颗粒包含钯-铂合金。
136.根据权利要求127的纳米颗粒,其中内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。
137.根据权利要求127的纳米颗粒,其中纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
138.根据权利要求127的纳米颗粒,其中催化颗粒为纳米颗粒。
139.根据权利要求138的纳米颗粒,其中催化颗粒包含约1nm或更小的直径。
140.根据权利要求139的纳米颗粒,其中催化颗粒包含约1/2nm的直径。
141.一种形成纳米颗粒的方法,所述方法包括:
提供载体纳米颗粒,其中载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属;和
将催化颗粒固定在纯金属上,其中催化颗粒具有不同于纯金属和混合金属氧化物的化学组成。
142.根据权利要求141的方法,其中:
混合金属氧化物由第一材料和第二材料形成;
纯金属由第二材料形成;和
催化颗粒由第三材料形成。
143.根据权利要求142的方法,其中混合金属氧化物形成围绕载体纳米颗粒的中心核的单层。
144.根据权利要求143的方法,其中中心核包含二氧化硅.
145.根据权利要求141的方法,其中:
混合金属氧化物包含氧化铝和金属销连剂;
纯金属包含金属销连剂,其中金属销连剂不包含铂;且
催化颗粒包含铂。
146.根据权利要求145的方法,其中金属销连剂包含铜、钼或钴。
147.根据权利要求145的方法,其中催化颗粒包含金属合金。
148.根据权利要求147的方法,其中金属合金为钯-铂合金。
149.根据权利要求145的方法,其中:
金属销连剂包含铜、钼或钴;且
催化颗粒包含钯-铂合金。
150.根据权利要求141的方法,其中内部区域中的混合金属氧化物延伸至外表面的纯金属,并与其结合。
151.根据权利要求141的方法,其中载体纳米颗粒包含约10nm或更小的直径。
152.根据权利要求141的方法,其中催化颗粒为纳米颗粒。
153.根据权利要求152的方法,其中催化颗粒包含约1nm或更小的直径。
154.根据权利要求153的方法,其中催化颗粒包含约1/2nm的直径。
155.根据权利要求141的方法,其中提供载体纳米颗粒和将催化颗粒固定在纯金属上的步骤使用等离子体枪进行。
156.根据权利要求141的方法,其中提供载体纳米颗粒和将催化颗粒固定在纯金属上的步骤使用湿化学方法进行。
157.根据权利要求141的方法,其中提供载体纳米颗粒包括:
将一定量的第一材料和一定量的第二材料以所需比装入等离子体枪中;
将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化,由此形成包含气化第一材料和气化第二材料的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此将气化第一材料和气化第二材料冷凝成载体纳米颗粒,其中载体纳米颗粒包含内部区域和外表面。
158.根据权利要求157的方法,其中将一定量的第一材料和一定量的第二材料气化的步骤包括:
使工作气体流入等离子体枪的反应器中;
将能量输送至工作气体中,由此形成等离子体流;和
使一定量的第一材料和一定量的第二材料流入等离子体流中。
159.根据权利要求157的方法,其中将催化颗粒固定在纯金属上使用湿化学方法进行。
160.根据权利要求159的方法,其中湿化学方法包括:
将催化溶液与载体纳米颗粒混合;和
将由催化溶液形成的催化颗粒与载体纳米颗粒上的纯金属结合。
161.根据权利要求160的方法,其中催化溶液为铂溶液,且催化颗粒为铂纳米颗粒。
162.根据权利要求161的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
163.一种形成催化纳米颗粒的方法,所述方法包括:
提供多个载体纳米颗粒,其中各个载体纳米颗粒包含内部区域和外表面,其中内部区域包含混合金属氧化物,且外表面包含纯金属;和
将催化纳米颗粒固定在各个载体纳米颗粒的纯金属上。
164.根据权利要求163的方法,其中将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤使用等离子体枪进行。
165.根据权利要求164的方法,其中将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括:
将多个纳米颗粒和一定量的催化材料以所需比装入等离子体枪中;
将一定量的催化材料气化,由此形成包含气化催化材料的蒸气云;和
将蒸气云骤冷,由此将气化催化材料冷凝成催化纳米颗粒,所述颗粒与载体纳米颗粒上的纯金属结合。
166.根据权利要求164的方法,其中多个载体纳米颗粒具有约10nm或更小的平均粒度。
167.根据权利要求166的方法,其中各个催化纳米颗粒包含约1nm或更小的直径。
168.根据权利要求167的方法,其中各个催化纳米颗粒包含约1/2nm的直径。
169.根据权利要求163的方法,其中将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤使用湿化学方法进行。
170.根据权利要求169的方法,其中使用湿化学方法将催化纳米颗粒固定在纯金属上的步骤包括:
将催化溶液与多个载体纳米颗粒混合;和
将由催化溶液形成的催化纳米颗粒与多个载体纳米颗粒上的纯金属结合。
171.根据权利要求170的方法,其中催化溶液为铂溶液,且催化纳米颗粒为铂纳米颗粒。
172.根据权利要求171的方法,其中铂溶液为硝酸铂溶液或氯化铂溶液。
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