CN103706367A - 一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，既可以有效提高CuO的负载率到50%，又可以降低催化CO的反应温度至100℃，极大的提高CeO2/CuO催化剂的催化活性。本发明将含有硝酸铈，硝酸铜和提高溶液粘度的材料的混和溶液加热处理形成透明溶液，将所得溶液铺展在预先处理过的模板上面。之后将含有混合材料的模板置于高温下处理，得到新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂。再通过X射线衍射图谱和扫描电镜照片观察材料的相结构和形貌。最后用检测CO的转化率及反应温度的方法来确定材料的相结构和形貌的变化对材料的催化性能的影响。

Description

一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种简便有效的新型一氧化碳（CO）氧化催化剂，具体为一种新型氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法。 
背景技术
近年来，一氧化碳（CO）催化氧化受到了极大的关注，可广泛的应用到各个领域，包括：汽车尾气污染的控制，封闭环境中微量CO的去除，CO2激光器的气体净化，CO气体传感器和燃料电池。贵金属催化剂，如金（Au），铂（Pt），钯（Pd） 已被证明能在较低的温度下催化氧化CO, 但贵金属的价格昂贵、资源匮乏、易发生硫中毒，使得人们越来越关注成本较低的过渡金属催化剂。如CeO2/CuO催化剂，由于其高活性，高选择性和低价格，已被广泛研究用于CO氧化，选择性氧化，水煤气变换（WGS）等众多领域。影响CeO2/CuO催化剂的催化活性的因素主要有两个：比表面积和催化剂的活性位点的多少。具有高比表面积的催化剂具有较高的催化活性，可以提供更多的活性位点。
传统的制备CeO2/CuO催化剂的方法是在CeO2 粒子中掺杂Cu2+组分，但这种情况下，Cu2+离子容易从CeO2基质材料中分离出来，生成没有活性的CuO粒子，降低CuO的负载率。研究表明在相同的负载率下，CuO的分布越均匀，产物的催化活性越高。而目前传统的制备方法下的CuO的负载量约为10%时材料的催化活性最好，继续增加CuO的含量仍然不能提高材料的催化活性。且传统方法制备的CeO2/CuO催化剂催化CO，转化率达100%时的温度为130-160 oC。 
发明内容
为解决现有的CeO2/CuO催化剂的制备方法中存在的缺陷，本发明提供一种简单易行的方法，即一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，该方法既可以提高CuO的负载量（高达50%），又可以降低催化CO的反应温度（100oC），极大的提高了催化剂的反应活性。
 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为将物质的量比为1：1硝酸铜和硝酸铈以及3-5g能提高溶液粘度的材料加入到20-50ml的水溶液中，在60-80oC下保温15-24h，然后将所得溶液铺展在预先处理过的模板上面。然后，将涂抹过溶液的模板置于400-600oC下保温4-6h，即制得所述的新型的氧化铈（CeO2）/氧化铜（CuO）复合纳米膜催化剂。
所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的硝酸铜和硝酸铈总的物质的量为10mmol。
所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的模板为滤纸或棉絮纤维制成。
所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的模板的预先处理为在使用之前用乙醇超声处理掉模板材料表面上吸附上的灰尘杂质。
所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的能提高溶液粘度的材料为柠檬酸，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇中的一种。
本发明采用的是牺牲模板法制备复合纳米膜材料的方法。
所述的牺牲模板法为用滤纸，纤维等材料作为模板，把合成的催化剂材料铺展在模板上面，然后后高温处理，把滤纸，纤维用高温处理除掉，留下我们要的催化剂材料的方法。
样品中所用的试剂均为分析纯，水为去离子水。
本发明的有益效果是：本发明提供一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，在保持复合催化剂高催化性能的同时，有效将CuO的负载率由10%提高到50%，同时有效将CO催化氧化的反应温度由130-160 oC降低到100 oC，能够有效提高氧化铜的负载率、提高对CO的催化能力、以及降低CO 的催化温度，极大的提高了催化剂的催化活性。
附图说明
 图1为本发明实例制得的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的XRD图谱。
图2为本发明实例制得的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的SEM照片。
图3为本发明实例制得的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂催化CO的转化率图谱。
具体实施方式
将总的物质的量为10mmol的硝酸铜，硝酸铈按物质的量比1：1的比例和3-5g能提高溶液粘度的材料加入到20-50ml的水溶液中，，在60-80oC下保温15-24h，然后将所得溶液铺展在预先处理过的模板上面。然后，将涂抹过溶液的模板置于400-600oC下保温4-6h，即制得所述的新型的氧化铈（CeO2）/氧化铜（CuO）复合纳米膜催化剂。
所用的模板采用滤纸或棉絮纤维制成。
模板在使用之前用乙醇超声处理掉模板材料表面上吸附上的灰尘杂质。
方案中能提高溶液粘度的材料为柠檬酸，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇中的一种。
通过XRD 确定所得产物的相结构，通过SEM观察所得产物形貌，通过检测CO的转化率和反应温度确定所得产物的催化性能。
由图1可以发现所制备的产物中既含有CeO2的衍射峰（28.8 o，33.05 o，47.4 o，56.4 o， 69.3 o，76.7 o，79 o，88.4o），又有CuO的衍射峰（35.5 o，38.8o），（加“*”为氧化铜的衍射峰），确定了纳米复合材料的成功制备。
由图2可以发现所制备的以滤纸为模板的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂为纳米多孔薄膜，上面有大量的褶皱。
由图3可以看到当CuO的掺杂达一定浓度时，CO的转化率达到100%所需要的反应温度仅为100oC时，远低于传统催化剂所需的130-160oC。

Claims (5)

1.一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为将物质的量比为1：1硝酸铜和硝酸铈以及3-5g能提高溶液粘度的材料加入到20-50ml的水溶液中，，在60-80oC下保温15-24h，然后将所得溶液铺展在预先处理过的模板上面，然后，将涂抹过溶液的模板材料置于400-600oC下保温4-6h，即制得所述的新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂。
2. 根据权利要求1所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的硝酸铜和硝酸铈总的物质的量为10mmol。
3.根据权利要求1所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的模板为滤纸或棉絮纤维制成。
4.  根据权利要求1所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的模板的预先处理为在使用之前用乙醇超声处理掉模板表面上吸附上的灰尘杂质。
5.根据权利要求1所述的一种新型的氧化铈/氧化铜复合纳米膜催化剂的制备方法，其特征在于：所述的能提高溶液粘度的材料为柠檬酸，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇中的一种。
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