CN113274999A - 一种Pd/CeO2催化剂及其合成和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化甲烷低温燃烧(250‑400℃)的Pd/CeO2催化剂的制备及应用。本发明利用氧化铈立方体负载金属钯粒子，通过调控氧化铈立方体晶面重构实现Pd纳米粒子的选择性落位；随氧化铈立方体焙烧温度从500℃提高到700℃，棱边处逐渐重构为由锯齿状{111}面组成的{110}面，从而{110}面和{111}面的面积比例显著增加，落位于氧化铈立方体棱边和截角上的Pd粒子逐渐增多，金属‑载体相互作用程度增强，体现出氧化铈纳米立方体表面重构对Pd纳米粒子分散和稳定的独特作用。所制备的Pd/CeO2催化剂在低温区间可高效催化甲烷燃烧反应，300℃的反应速率达2.0molCH4/gPd h且具有优异的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化甲烷低温燃烧的Pd/CeO2催化剂。
本发明涉及一种氧化铈纳米立方体的合成。
本发明涉及一种调控CeO2纳米立方体晶面重构的方法。
本发明涉及一种氧化铈负载Pd纳米粒子催化剂的合成方法。
本发明涉及一种Pd/CeO2催化甲烷低温燃烧反应。
背景技术
纳米材料形貌效应是指通过选择性暴露更多活性晶面提高催化性能。氧化铈纳米立方体主要暴露六个极性{100}面，作为载体用于负载金属催化剂。氧化铈立方体的制备技术主要是无机水热法合成。大部分报道以硝酸亚铈和氢氧化钠为原料，通过调变原料的化学组成和水热温度调控氧化铈立方体的尺寸。目前得到的氧化铈立方体的尺寸一般大于20nm,比如平均尺寸为70nm的CeO2立方体[Chemical Engineering Journal 2019,369,233-244]，平均尺寸为37.5nm的CeO2立方体[Research on Chemical Intermediates2019,45,3019-3032]，以及平均尺寸24nm的CeO2立方体 [Catalysis Science&Technology2019,9,2960-2967]。专利CN 107746069 B 公开了一种水热法制备不同形貌氧化铈的方法，控制反应物Ce(NO3)3·6H2O 和NaOH的摩尔比为1:100～1:125，NaOH浓度为10mol/L，于180±5℃水热处理20～24h，得到尺寸为7.5～40nm的CeO2立方体；专利CN 104926650 B公开了一种平均10-50nm CeO2立方体的制备方法，即将铈盐溶液和碱溶液搅拌混合后，120-200℃处理12-48小时。上述水热合成制备的氧化铈立方体尺寸一般较大，为20-200nm；基于催化影响需求，探索氧化铈立方体合成条件和形成机制，制备平均尺寸小于20nm且分布均匀的氧化铈立方体具有科学价值和应用前景。
近年来有文献报道发现氧化铈立方体不仅暴露六个{100}面，其边和角分别被{110}和{111}面截断，但其比例低于10％，其中{110}截面由锯齿状{111}面组成[CrystalGrowth&Design 2013,13,1110-1121]；将CeO2立方体的氧化处理温度从500℃提高到600℃，截边{110}面上的锯齿状{111} 面加深，其截角{111}面延长，进一步提高到700℃，氧化铈形貌转变为不规则的纳米粒子[Catalysis Communications 2018,117,94-98]。研究发现CeO2立方体于600℃氧化处理后{110}面的比例可提高至24％，从而所负载Au 粒子催化CO氧化的活性远高于未经氧化处理的氧化铈立方体负载的Au催化剂；表面重构的氧化铈立方体使得金纳米粒子更多地落位并稳定于锯齿状{111}晶面之间，增强Au-CeO2相互作用程度[ACS Catalysis 2015,5, 3504-3513]。通过调控氧化铈立方体晶面重构提高负载金属纳米粒子的活性和稳定性已成为研制高效纳米催化剂的重要手段。然而，氧化铈立方体表面重构引起的{100}/{110}/{111}晶面比例的变化和这些重构晶面对负载Pd 纳米粒子催化的研究，尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化甲烷低温燃烧的Pd/CeO2催化剂。
本发明的目的在于提供一种氧化铈纳米立方体的制备方法。
本发明的目的在于提供一种通过调控氧化铈纳米立方体晶面重构提高负载的Pd纳米粒子催化活性和稳定性的方法。
本发明的目的在于提供上述氧化铈立方体负载的Pd纳米粒子作为催化剂应用于低温甲烷燃烧。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现：
一种CeO2纳米立方体合成方法及其晶面重构，包括以下步骤：
(1)将40mL Ce(NO3)3·6H2O(0.1～0.5mol/L)和40mL NaOH(5～20 mol/L)溶液混合后，于室温下搅拌20min以上；
(2)将上述混合溶液转移到100mL反应釜中，在150～200℃进行水热反应8～24h；
(3)将所得产物冷却至室温后，进行过滤、洗涤、干燥，得到氧化铈立方体；
(4)将上述氧化铈立方体分别于空气中500～700℃焙烧3～6小时，得到具有不同{100}/{110}/{111}晶面面积比例({111}比例为0.8～70％)的 CeO2-T，其中T代表焙烧温度。
所述体系的NaOH摩尔浓度15～20mol/L为优选，Ce(NO3)3·6H2O 的摩尔浓度0.1～0.2mol/L为优选。
采用Rigaku D/MAX-2500/PC型X射线粉末衍射仪表征产物结构，结果如图3所示，产物为典型的面心立方萤石型氧化铈结构。采用 FEI-TECNAI G2F30型透射电镜观察产物尺寸、形貌和表面显微结构，结果如图4。随着焙烧温度的升高，氧化铈立方体的边长变化不大，从20.2± 13nm(CeO2-500)增至23.4±13nm(CeO2-600)和25.3±15nm(CeO2-700)；但晶面重构效应明显增强，截边{110}面包含的锯齿状{111}面加深，{110} 面和{111}面比例显著增加，随温度从500℃升高到700℃，截边{110}晶面的面积比例从14.4％增加到45.8％；截角{111}晶面的面积比例从0.8％增加到21.1％。
一种氧化铈立方体负载Pd纳米粒子催化剂的合成方法，包括以下步骤：
(1)取上述氧化铈立方体2.3g分散至200～300mL水溶液，加入含有0.039～0.117gPdCl2的稀盐酸溶液，稀盐酸浓度为1.5～2mol/L(优选 1.6mol/L)，盐酸与水的体积比例为1:15～1:20(优选1:19)；
(2)将0.5～1.0mol/L Na2CO3溶液加入到上述溶液中，调节体系 pH为8.0～11.0，搅拌老化1小时以上，优选1小时；
(3)将老化后的产物进行过滤、洗涤、干燥，在500～700℃空气或其它气氛如氧气、水蒸气等中焙烧3～6小时；
(4)将上述所得PdO/CeO2样品装在石英反应管(Φ＝6mm)中，在氦气气氛下从室温升到400～600℃，1～10％H2/Ar气氛下在相应温度还原 1～2小时，得到Pd/CeO2催化剂。
所述PdCl2质量以0.051～0.078g(1.3～2.0wt％)为优选。
所述的体系pH值以10.0～11.0为优选。
所述的焙烧气氛以空气为优选。
所述的还原条件以5％H2/Ar中还原2h为优选。
采用Rigaku D/MAX-2500/PC型X射线粉末衍射仪表征产物结构，其XRD测试结果如图5所示。采用HITACHI S5500型高分辨扫描电镜观察Pd纳米粒子在氧化铈表面上的落位分布，结果如图6所示。随氧化铈立方体晶面重构程度增加，Pd粒子平均尺寸变化不大，从2.3nm增至2.6nm，但落位于CeO2截边和截角缺陷位上的Pd粒子比例从49％增至73％。
利用AutoChem II 2920化学吸附仪对催化剂前驱体PdO/CeO2进行氢气程序升温还原(H2-TPR)测试，包括以下步骤：
(1)利用所述的PdO/CeO2样品30～60mg，置于内径为10mm的 U形石英管中，在200℃、20％O2/N2气氛下预处理1～2h，降至-50℃；
(2)通入5％H2/Ar，流速20～60mL/min，以5～20℃/min的速率升温至900℃。
所述催化剂用量以50～60mg为优选；
所述反应流速以20～30mL/min为优选；
所述升温速率以10～20℃/min为优选。
采用TCD检测器在线分析H2浓度变化，结果如图7所示。随氧化铈立方体焙烧温度从500℃升高至700℃，所负载PdO的还原温度从 23.5℃降至20.8℃，表面氧耗氢量从178μmol/g增至237μmol/g，表明随着落位于氧化铈截边和截角等缺陷位上Pd粒子的增多，金属-载体相互作用程度增强。
利用Pd/CeO2催化剂用于催化低温甲烷燃烧反应，包括以下步骤：
(1)利用所述的PdO/CeO2样品30～60mg，置于内径为10mm的 U形石英管反应器中，在400～600℃、5％H2/Ar气氛下预处理1～2h；He 气氛下降温置至300℃；
(2)在300℃，通入反应气体1％CH4/20％O2/He，流速40～70 mL/min，反应12h。
所述催化剂用量以50～60mg为优选；
所述反应流速以60～70mL/min为优选；
采用气相色谱在线分析产物，结果如图8所示；随氧化铈立方体焙烧温度从500℃提高至700℃，相应的Pd/CeO2催化剂的甲烷转化率从38％增加到52％，反应速率从1.5molCH4/gPd h增至2.0 molCH4/gPd h，相应的反应数据见表1。
本发明利用氧化铈立方体负载金属钯粒子，通过调控氧化铈立方体晶面重构实现Pd纳米粒子的选择性落位；随氧化铈立方体焙烧温度从500℃提高到700℃，棱边处逐渐重构为由锯齿状{111}面组成的{110}面，从而 {110}面和{111}面的面积比例显著增加，落位于氧化铈立方体棱边和截角上的Pd粒子逐渐增多，金属-载体相互作用程度增强，体现出氧化铈纳米立方体表面重构对Pd纳米粒子分散和稳定的独特作用。所制备的Pd/CeO2催化剂在低温区间可高效催化甲烷燃烧反应，300℃的反应速率达2.0 molCH4/gPd h，且具有优异的稳定性。
附图说明
图1a为由采用本发明方法的实施例1所制备样品的XRD谱图；横坐标为衍射角度2θ，单位为°(摄氏度)，纵坐标为衍射强度，单位为a.u.(绝对单位)。图1c，d为本发明实施例1所制备样品的高分辨透射电镜图 (HRTEM)，图1b为本发明实施例1所制备样品的尺寸分布。
图2是本发明实施例2所制备样品的透射电镜图(TEM)。
图3为由采用本发明方法的实施例3-5所制备样品的XRD谱图。横坐标为衍射角度2θ，单位为°(摄氏度)，纵坐标为衍射强度，单位为a.u.(绝对单位)。
图4为本发明实施例3-5所制备样品的高分辨透射电镜图 (HRTEM)。
图5为由采用本发明方法的实施例6所制备样品的XRD谱图。横坐标为衍射角度2θ，单位为°(度)，纵坐标为衍射强度，单位为a.u.(绝对单位)。
图6为本发明实施例6所制备样品的高分辨扫描电镜图(HRSEM)。
图7是本发明实施例6所制备样品进行氢气程序升温还原(H2-TPR) 的测试。
图8是本发明实施例6所制备样品催化甲烷燃烧的反应性能。
图9是本发明实施例9所制备样品催化甲烷燃烧的反应性能。
图10是本发明实施例10所制备样品催化甲烷燃烧升降温循环的反应性能及稳定性测试。
图11是本发明实施例11所制备样品催化甲烷燃烧的反应性能及其与实施例10所制备样品甲烷燃烧性能的对比。
具体实施方式
表1是本发明实施例6制备所得样品的反应数据。
实施例1
将3.47g Ce(NO3)3·6H2O和32g NaOH分别溶解于40mL水中，混合后搅拌30min。随后将紫色浆态物转移到100mL反应釜中，于155℃下水热处理24h。待反应釜冷却至室温，对产物进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，得到浅黄色CeO2固体粉末，属于萤石型面心立方结构，其XRD谱图见图1a；HRTEM图片见图1c,d，结果显示氧化铈呈立方体形；尺寸分布见图1b，尺寸为平均边长18.3nm，边长范围为5-55 nm，其中70％位于12-20nm区间。
实施例2
考察反应物浓度对实施例1所制备氧化铈立方体尺寸的影响,具体步骤如下：
(1)将1.73g Ce(NO3)3·6H2O和32g NaOH分别溶解于40mL水中，混合后搅拌30min；随后将紫色浆态物转移到100mL反应釜中，于155℃下水热处理24h。待反应釜冷却至室温，对产物进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，得到浅黄色CeO2固体粉末，TEM图片见图2a，结果显示氧化铈立方体尺寸为平均边长12.4nm，边长范围为5-25nm，与实施例1所得样品尺寸对比，可发现NaOH定量时，铈源浓度减小后，氧化铈立方体尺寸减小。
(2)将6.94g Ce(NO3)3·6H2O和32g NaOH分别溶解于40mL水中，混合后搅拌30min；随后将紫色浆态物转移到100mL反应釜中，于155℃下水热处理24h。待反应釜冷却至室温，对产物进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，得到浅黄色CeO2固体粉末，TEM图片见图2b，结果显示氧化铈立方体尺寸为平均边长47.8nm，边长范围为8-190nm，与实施例1所得样品尺寸对比，可发现NaOH定量时，铈源浓度增加后，氧化铈立方体尺寸增加且均匀度下降。
(3)将3.47g Ce(NO3)3·6H2O和16g NaOH分别溶解于40mL水中，混合后搅拌30min；随后将紫色浆态物转移到100mL反应釜中，于155℃下水热处理24h。待反应釜冷却至室温，对产物进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，得到浅黄色CeO2固体粉末，TEM图片见图2c，结果显示氧化铈立方体尺寸为平均边长19.0nm，边长范围为5-48nm，与实施例1所得样品尺寸对比，可发现铈源定量时，NaOH浓度减小后，氧化铈立方体尺寸增大。
(4)将3.47g Ce(NO3)3·6H2O和8g NaOH分别溶解于40mL水中，混合后搅拌30min；随后将紫色浆态物转移到100mL反应釜中，于155℃下水热处理24h。待反应釜冷却至室温，对产物进行抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，得到浅黄色CeO2固体粉末，TEM图片见图2d，结果显示氧化铈立方体尺寸为平均边长20.6nm，边长范围为5-55nm，进一步证明了铈源定量时，NaOH浓度减小后，氧化铈立方体尺寸增大。
实施例3-5
取实施例1中固体粉末于500℃在马弗炉中焙烧4h，所得样品标记为CeO2-500；经XRD分析为氧化铈，属于萤石型面心立方结构，其XRD 谱图见图3a；HRTEM图片见图4a，结果显示氧化铈立方体尺寸为平均边长20.2nm，边长范围为7-55nm，比表面积为38.6m2/g，其主要暴露面为六个{100}面，所占晶体外表面(不包括锯齿状{111}面，在此只计算{100} 面，截边{110}面和截角{111}面)的面积比例为84.8％；立方体的棱边被所占晶体外表面的面积比例为14.4％的{110}面所截，形成截边面，且由沿棱边方向起伏延伸的锯齿状{111}面组成(其中锯齿状{111}和{110}面的比例约为1.2:1)；立方体的角，被{111}面所截，形成截角面，截角面为{111} 面，所占晶体外表面的面积比例为0.8％。
取实施例1中固体粉末于600℃在马弗炉中焙烧4h，所得样品标记为CeO2-600；经XRD分析为氧化铈，属于萤石型面心立方结构，其XRD 谱图见图3b；HRTEM图片见图4b，结果显示600℃焙烧的氧化铈立方体尺寸为平均边长23nm，边长范围10-36nm，比表面积降为32.9m2/g，{100} 晶面面积所占比例降为68.9％；截边面为锯齿状{111}面组成的{110}面，所占比例增至27.4％；截角面为{111}面，所占比例增至3.7％。
取实施例1中固体粉末于700℃在马弗炉中焙烧4h，所得样品标记为CeO2-700；经XRD分析为氧化铈，属于萤石型面心立方结构，其XRD 谱图见图3c；HRTEM图片见图4c，结果显示700℃焙烧的氧化铈立方体尺寸为：平均边长25nm，边长范围10-40nm，比表面积降为30.4m2/g， {100}晶面面积比例降为33.1％；截边面为锯齿状{111}面组成的{110}面，所占比例增至45.8％；截角面为{111}面，所占比例增至21.1％。
实施例6
分别取实施例3-5中得到的氧化铈2.3g分散于300mL去离子水中，超声30min，于75℃搅拌30min,加入6mL含有0.058g PdCl2的稀盐酸溶液，稀盐酸浓度为1.6mol/L，盐酸与水的体积比例为1:19，搅拌15 min，加入1mol/L Na2CO3溶液至溶液pH为10，老化1h,将所得沉淀物抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，在空气中500℃焙烧4h得到PdO/CeO2样品；
将上述PdO/CeO2催化剂装在石英反应管(Φ＝6mm)中，并在催化剂床层上下两端装入石英棉；在氦气气氛下从室温升到500℃；再在500℃经体积浓度5％的H2/Ar混合气(混合气中H2体积浓度5％)中还原2h得到Pd/CeO2催化剂，其中Pd的负载量为1.3wt％(Pd与氧化铈载体的质量比为1.3/100)。其XRD谱图和HRSEM图片分别见图5和图6，氧化铈载体的形貌和晶相保持不变，CeO2-500上的Pd粒子尺寸为2.3±1.4nm，落位于CeO2截边和截角缺陷位上的Pd粒子个数比例为49％；随载体晶面重构增强，CeO2-600和CeO2-700上Pd粒子尺寸分别为2.6±1.4nm和2.6±1.2 nm，但落位于氧化铈截边{110}面和截角{111}面缺陷位上的Pd粒子分别增至64％和73％。
实施例7
分别取实施例6中PdO/CeO2样品50mg，采用程序升温技术考察其氧化还原性能；于200℃、O2体积浓度20％的O2/N2混合气气氛处理1h，在N2吹扫下降至-50℃；通入H2体积浓度5％的H2/Ar混合气，流速为30 mL/min，程序升温还原至900℃，升温速率10℃/min；结果如图7所示，随氧化铈立方体焙烧温度从500℃增加至700℃，所负载PdO的还原温度从23.5℃降至20.8℃，表面氧耗氢量从178μmol/g增至237μmol/g，表明随着落位于氧化铈截边和截角等缺陷位上Pd粒子的增多，金属-载体相互作用程度增强。
实施例8
分别取实施例6中Pd/CeO2催化剂50mg，在300℃、反应气体积浓度1％CH4/20％O2/He，空速72000h-1条件下，考察了所制备的Pd/CeO2催化剂的甲烷燃烧性能，结果如图8所示。Pd/CeO2-500催化剂的甲烷转化率为38％，反应速率为1.5 molCH4/gPd h；Pd/CeO2-600和Pd/CeO2-700催化剂的甲烷转化率分别增至45％和52％，相应的反应速率分别增至1.8和2.0molCH4/gPd h。本研究结果说明Pd/CeO2催化剂的甲烷燃烧活性和Pd金属粒子的稳定性与氧化铈立方体的表面重构程度密切相关；其中重构截面较多的CeO2-700和Pd纳米粒子的相互作用程度较强，提高了Pd金属粒子的催化活性和稳定性。
表1
实施例9
制备1wt％Pd/CeO2催化剂并考察甲烷燃烧性能，步骤如下：
分别取实施例3-4中制备的氧化铈(CeO2-500、CeO2-600)2.3g分散于300mL去离子水中，超声30min，于75℃搅拌30min,加入4mL含有0.039g PdCl2的稀盐酸溶液，稀盐酸浓度为1.6mol/L，盐酸与水的体积比例为1:19，搅拌15min，加入1mol/L Na2CO3溶液至溶液pH为10，老化1h,将所得沉淀物抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，在空气中500℃焙烧4h得到PdO/CeO2样品；取50mg PdO/CeO2催化剂装在石英反应管(Φ＝6mm)中，并在催化剂床层上下两端装入石英棉；在氦气气氛下从室温升到500℃；再在500℃经体积浓度5％的H2/Ar混合气还原2h得到Pd/CeO2催化剂，其中Pd的负载量为1wt％；He气氛下降至 320℃、通入体积浓度为1％CH4/20％O2/He的反应气，在空速72000h-1条件下，考察了所制备的Pd/CeO2催化剂的甲烷燃烧性能，结果如图9所示；可以看出Pd/CeO2-600的整体催化活性略高于Pd/CeO2-500，9h内， Pd/CeO2-600的甲烷转化率从68％降至50％，而Pd/CeO2-500从64％降至 43％。
实施例10
制备2wt％Pd/CeO2催化剂并考察甲烷燃烧活性和稳定性，步骤如下：
取实施例1中固体粉末于500℃在马弗炉中焙烧4h，所得样品标记为CeO2-500，称取2.3g CeO2-500分散于300mL去离子水中，超声30min，于75℃搅拌30min,加入8mL含有0.078g PdCl2的稀盐酸溶液，稀盐酸溶液的浓度1.6mol/L，盐酸与水的体积比例为1:19，搅拌15min，加入1 mol/L Na2CO3溶液至溶液pH为10，老化1h,将所得沉淀物抽滤，用去离子水洗涤至中性，80℃干燥12h，在空气中500℃焙烧4h得到PdO/CeO2样品；称取所得PdO/CeO2催化剂50mg装在石英反应管(Φ＝6mm)中，并在催化剂床层上下两端装入石英棉；在氦气气氛下从室温升到500℃；再在500℃经体积浓度5％的H2/Ar混合气还原2h得到Pd/CeO2催化剂，He气吹扫下降至室温，通入1％CH4/20％O2/He的反应气，在空速为72000 h-1条件下，测得其甲烷燃烧性能随温度变化结果如图10a所示(实线升温过程，虚线降温过程)。在250℃时，其催化甲烷燃烧的转化率达到10％，在350℃时，达到94％；对该催化剂进行稳定性测试，如图10b所示，发现在290℃或330℃反应12h内，Pd/CeO2催化性能稳定性良好。
实施例11
考察还原温度对实施例10中2wt％Pd/CeO2催化剂甲烷燃烧活性影响：
取实施例10中2wt％PdO/CeO2催化剂50mg装在石英反应管(Φ＝6 mm)中，并在催化剂床层上下两端装入石英棉；在氦气气氛下从室温升到 350℃；再在350℃经体积浓度5％的H2/Ar混合气还原2h得到Pd/CeO2催化剂，He气吹扫下降至室温，通入1％CH4/20％O2/He的反应气，在空速为72000h-1条件下，测得其甲烷燃烧性能随温度变化结果如图11所示，对比实施例11中350℃还原和实施例10中500℃还原分别得到的Pd/CeO2催化剂的甲烷燃烧性能，发现200-290℃温度范围内，二者的甲烷转化率几乎一致；350℃时，实施例11中350℃还原的Pd/CeO2催化剂甲烷转化率为90％，实施例10中500℃还原得到的Pd/CeO2催化剂甲烷转化率为 94％，说明还原温度对Pd/CeO2催化剂的甲烷燃烧性能区别不大。
本发明以Ce(NO3)3·6H2O为铈源，NaOH为沉淀剂，通过水热法合成了主要暴露6个极性{100}面的CeO2立方体，将其分别在500、600和700℃焙烧诱导晶面重构，得到{110}/{100}晶面面积比例逐渐增加的氧化铈立方体。以所得三种氧化铈立方体为载体，采用沉积沉淀法制备了 Pd/CeO2催化剂，发现随CeO2立方体重构增强，即截边{110}晶面和截角{111}晶面比例的增加，落位于氧化铈截边和截角等缺陷位点上的Pd粒子逐渐增多，金属-载体相互作用增强，体现出氧化铈立方体结构重构在分散和稳定 Pd纳米粒子结构上的独特作用。所制备的Pd/CeO2催化剂在低温区间 (250-400℃)可高效催化甲烷燃烧反应，300℃的反应速率达2.0 molCH4/gPd h，且具有优异的稳定性。
Claims (6)
1.一种Pd/CeO2催化剂，其特征在于：其为负载型催化剂，载体为CeO2纳米立方体分别于300-900℃(优选500-700℃)焙烧所得纳米氧化铈，将其命名为CeO2-T，其中T为焙烧温度，Pd与氧化铈载体的质量比为(0.1～5.0)/100，优选(1.0～2.0)/100，即Pd的负载量为0.1％～5.0wt％，优选1.0～2.0wt％。
2.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的CeO2纳米立方体，焙烧前平均边长为18.3nm边长范围为5-55nm，其中70％位于12-20nm区间；将其分别于500、600或700℃焙烧后，平均边长分别增至20.2nm(边长范围为7-55nm，其中90％的立方体边长位于10-30nm区间)、23.4nm(边长范围为7-65nm，其中80％的立方体边长位于15-30nm区间)和25.3nm(边长范围为11-70nm，其中85％的立方体边长位于15-35nm区间)。
3.按照权利要求1或2催化剂，其特征在于：所述CeO2纳米立方体的合成方法，其工艺步骤为：
(1)将Ce(NO3)3·6H2O(0.1～0.5mol/L，优选0.1～0.2mol/L)和NaOH(5～20mol/L，优选15～20mol/L)溶液等体积混合后，于室温下搅拌20min以上；
(2)将上述混合溶液转移到反应釜中，在150～200℃进行水热反应8～24h；
(3)待反应釜冷却至室温，对产物进行过滤、洗涤、干燥后，得到CeO2纳米立方体。
4.按照权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于：所述的氧化铈纳米立方体分别于空气中500，600，700℃焙烧2-6h，所得样品的截角{111}面比例分别为0.8％、3.7％、21.1％；截边{110}面面比例分别为14.4％、27.4％、45.8％的CeO2-T，其中T代表焙烧温度。
5.一种权利要求1-4任一所述Pd/CeO2催化剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将2.3g CeO2-T载体分散到水溶液中，加入含有0.039～0.117g PdCl2的稀盐酸溶液，加热至60～100℃，稀盐酸浓度为1.5～2mol/L(优选1.6mol/L)，盐酸与水的体积比例为1:15～1:20(优选1:19)；
(2)将0.5～1mol/L Na2CO3溶液加入到上述溶液中，调节混合溶液的pH值为8.0～11.0，优选10.0～11.0，搅拌老化1小时以上，优选1h；
(3)将老化后的产物进行过滤、洗涤、干燥，在500-700℃空气、氧气、水蒸气等中的一种或二种以上气氛中焙烧3～6小时，得到PdO/CeO2；
(4)将上述PdO/CeO2催化剂在400～600℃，体积浓度1～10％(优选5％)H2/Ar气氛下还原1～2小时(优选2小时)，得到Pd/CeO2催化剂。
6.一种权利要求1-5任一所述的Pd/CeO2催化剂的催化甲烷低温燃烧中的应用，所述的Pd/CeO2催化剂用于甲烷低温(250-400℃，优选275-325℃)燃烧反应。
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