欧阳清检+刘颖+姚小刚

摘要：以硝酸钯为原料，油酸盐为纳米材料表面活性剂，双氧水为强氧化剂制备了纳米氧化钯溶胶，再加入稀土氧化铝和铈锆复合物，混匀，烘干制备了纳米氧化钯催化剂。通过程序升温还原反应实验（TPR）证明：该催化剂相比传统氧化钯催化剂具有更强的催化活性，能大幅度减少贵金属用量，保护我国稀土资源。

关键词：汽车尾气净化催化器；纳米氧化钯；制作

中图分类号：TQ426

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0169-02

1 引言

汽车尾气中主要污染物为CxHy、CO、NOx、PM2.5等，这些污染物不经过处理排放到空气中，将对环境和人类健康造成巨大危害。为了限制这些污染物的排放，每辆新生产的汽油车都必须安装一套催化转换器以满足国家颁布的尾气控制标准。目前我国正在实施国5标准，2016年12月已经发布国6标准，预计2020年将全面实施。在安装的催化器中，成本最高，起主要催化作用的是Pt、Pd及Rh等贵金属及其氧化物。然而，目前这类催化剂面临贵金属资源匮乏，使用寿命的提高等多方面的挑战，因此研究和开发纳米催化材料将是汽车尾气催化剂的一个重要发展方向。Pd是一种重要的具有高催化活性的铂族金属[1，2]，与Pt和Rh相比价格相对便宜，且不管是加氢或氧化反应，Pd催化剂都表现出很好的活性。本文主要通过制作纳米氧化钯催化剂，大幅度提高钯的利用率，降低成本，减少尾气中CO排放，以达到保护环境的目的。

2 实验

2.1 实验仪器

全自动化学吸附仪Chembet3000、超声波清洗器（PS-10），10 mL量筒，500 mL烧杯 焙烧炉，电子天平（FA2004）。

2.2 实验材料

硝酸钯，氢氧化钠，油酸，双氧水（30%），去离子水，以上化学试剂均为分析纯。3种不同成分催化剂涂层材料（型号：AC100为稀土改性氧化铝，RC25和RC35都为铈锆复合氧化物）。

2.3 样品制备

（1）纳米氧化钯溶胶的制备。

称量1.5 g硝酸钯粉末放入250 mL去离子水中，使之充分溶解，得到硝酸钯溶液待用。称量4 g氢氧化钠，放入盛有50 mL的去离子水的烧杯中，充分搅拌，得到氢氧化钠溶液待用；在配置好的氢氧化钠溶液的烧杯中加入4 mL油酸，并将烧杯置于超声波清洗器中剧烈搅拌使油酸充分溶解，溶液中没有块状油酸为止，得到油酸钠溶液；将配置好的250 mL硝酸钯溶液加热至65℃，然后边搅拌硝酸钯溶液边迅速加入配制好的油酸钠溶液，即可得到氢氧化钯溶液，持续搅拌10 min，使反应更为均匀。在得到的氢氧化钯溶液中加入100 mL的30%双氧水溶液（30 mL双氧水加入去离子水稀释至100 mL），30 min后停止反应，制得纳米氧化钯溶胶。

（2）纳米氧化钯催化剂材料制备。

在纳米氧化钯溶胶中加入50g AC100、25g RC25、25g RC35，均匀搅拌，获得纳米氧化钯催化剂材料，将材料分成两份，放入焙烧炉分别进行550℃和1000℃焙烧2 h，获得纳米氧化钯新鲜和老化催化剂材料。

取一烧杯先加入350 mL水，然后分别加入1.5 g硝酸钯粉末，50g AC100、25g RC25、25g RC35，搅拌均匀后分成两份分别进行550℃和1000℃焙烧2 h，获得传统氧化钯催化剂材料，作为对照组1。

（3）设置空白对照。方法与上两步催化剂材料的制作方法相同，唯一区别就是空白对照不加硝酸钯。

2.4 程序升温还原TPR实验分析

将上述催化剂材料分别进行TPR实验，TPR实验统一参数设定：材料重量范围：0.28～0.32 g之间，还原气体：5% H2+95% Ar，去气气体：70% He+30% N2（应该使用氮气或氦气都可），去气温度350℃，去气时间1.5 h，气体流量设定为80，加热速率30℃/min，衰减档调至64，传感器桥流IA设为150，He和H2气体压力都调至0.07MPa。

3 结果分析

实验结果见图1～图7。从图1可以看出，在新鲜状态（550℃）下，稀土改性氧化铝和铈锆复合氧化物在0～350℃与氢气不发生脱氧化还原反应，而图2和图3显示氧化钯和纳米氧化钯催化剂都出现不同程度的峰值，且催化剂纳米氧化钯的峰值和峰面积明显大于传统氧化钯，出峰温度范围也不相同，纳米氧化钯的出峰温度范围更广，说明两种氧化钯与载体AI2O3表面相互作用强度不同[3～5]。从图4可以看出氧化钯和纳米氧化钯的峰温相近（最大峰值对应的温度），表明两种催化剂被还原的难易程度相近，但纳米氧化钯催化剂具有更大的还原活性。

从图5、图6和图7可以看出两种催化剂在经过1000℃老化后，在起燃温度和催化剂活性强度上并没有表现出显著差异，两者结果非常接近，出現这种现象的原因可能是老化使纳米氧化钯催化剂材料结构发生改变，促使其与传统氧化钯催化剂具有相同的还原活性。

5 结论

Pt、Pd及Rh等贵金属作为汽车尾气催化剂最重要的活性成分，人们发现，贵金属的粒径越小， 活性越高， 催化活性与粒径呈线性关系数纳米的贵金属超微粒， 其尺寸小， 表面能高， 具有很高的催化活性[6]。本文制备的纳米氧化钯催化剂，粒径大小在20～50 nm之间，从反复实验结果可以看出：在新鲜状态下（550℃），纳米氧化钯制备的催化剂活性明显高于传统氧化钯，在老化状态下（1000℃），纳米氧化钯催化剂活性与传统氧化钯活性相当，可能是催化剂老化后使催化剂结构发生改变的原因。

参考文献：

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