负载型Pt催化剂的制备及其在NO氧化反应中的尺寸效应及形貌效应

Oxidizing part of NO in diesel exhaust to form NO2 over diesel oxidation catalyst (DOC) is beneficial for enhancing the low temperature purification efficiencies of diesel soot and nitric oxides. And Pt-supported catalysts display excellent performances and potential industrial applications in this reaction. As for improving the NO oxidation activity, it is very important to investigate the nano-size and shape effects of Pt-supported catalysts on NO oxidation reaction. In this work, we will concentrate on the preparation of Pt-supported catalysts, and delve into the size and shape effects between Pt-supported catalyst and NO oxidation reaction under the simulative diesel exhaust conditions. Pt-supported catalysts with different Pt size and shape will be prepared via controlling the synthesis methods and conditions, and then the NO oxidation activities of as-prepared catalysts will be tested under simulative diesel exhaust conditions; several characterizations such as X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) will be employed to research the effects of Pt particle size and shape on NO oxidation activity. All of the above mentioned information will be summarized to obtain the structure-activity relationship of Pt-supported catalyst in the NO oxidation reaction. The researches of this project are important for providing theoretical guidance on the synthesis of diesel exhaust purification catalyst with high catalytic performance for NO oxidation.

通过柴油车氧化催化剂（DOC）将尾气中部分NO氧化为NO2，可促进柴油车尾气碳颗粒和氮氧化合物的低温减排，负载型Pt催化剂在该反应中具有优异的性能和广阔的应用前景。研究Pt催化剂在柴油车尾气环境下对NO氧化反应的尺寸效应和形貌效应，可为DOC催化剂NO氧化活性的优化提供理论指导。本项目以负载型Pt催化剂的制备为基础，以催化剂在柴油车尾气环境下对NO氧化反应的尺寸效应和形貌效应研究为主要内容，探索负载型Pt催化剂在NO氧化反应中的构效关系。项目拟通过控制合成方法和条件，制备具有不同尺寸及形貌的负载型Pt催化剂，在模拟柴油车尾气环境下研究其NO氧化活性；结合X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等表征手段，研究催化剂Pt颗粒的尺寸及形貌对NO氧化活性的影响；从而获得Pt催化剂在NO氧化反应中的构效关系。本项目的研究结果将为制备具有高NO氧化活性的柴油车尾气净化催化剂提供理论指导。

通过柴油车氧化催化剂（DOC）将尾气中NO氧化为NO2，可促进柴油车尾气炭烟颗粒和氮氧化合物的低温催化净化。负载型Pt催化剂因在NO氧化反应中具有优异的性能和广阔的应用前景而被持续研发、改进。在柴油车尾气环境下研究Pt催化剂NO氧化反应的尺寸效应，可为DOC催化剂的研发及其NO氧化活性的优化提供重要的理论及实践参考。本项目以Pt/SiO2催化剂为主要研究对象以尽可能排除金属-载体强相互作用对尺寸效应的影响，实验结果证实在简单气氛中（1000 ppm NO，10.0 vol.% O2，其余N2），Pt颗粒纳米尺寸较大的催化剂具有更好的NO催化氧化性能，这主要因为纳米尺寸较大的Pt催化剂在制备和反应中能保持更多Pt0活性物种。但是，值得注意的是，即使是氧化气氛环境下（1000 ppm NO，10.0 vol.% O2，其余N2），痕量的NO能够将Pt/SiO2催化剂中氧化态的Ptδ+（Pt4+和Pt2+）还原为Pt0活性物种，而且Pt颗粒纳米尺寸越小，越容易被还原为Pt0；大于10 nm 的Pt颗粒（~14 nm）仅有极少量的Ptδ+物种可被NO还原为Pt0；因此，在长时间、多次反应后，Pt颗粒纳米尺寸越小的Pt/SiO2催化剂最终表现出越好的NO催化氧化性能。Pt/SiO2催化剂在简单气氛下长时间反应后，其表面Ptδ+物种组成已趋于稳定，但在复杂柴油车尾气气氛下，剩余的部分Ptδ+能再次进一步被柴油车尾气中痕量的CO和C3H6还原为Pt0，而且Pt颗粒纳米尺寸越小，越容易被还原为Pt0；因此，长期在柴油车尾气环境中使用的Pt/SiO2催化剂，其Pt颗粒纳米尺寸越小，最终表现出的NO催化氧化性能越好，且同时表现出更优异的CO、C3H6催化净化性能。采用SiO2纳米层材料封装技术，制备出稳定的超细双金属（~0.69 nm）SiO2/Pt-Pd/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂，相对于普通Pt-Pd/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂其在柴油车尾气环境下表现出明显更好的CO、C3H6催化净化性能，且具有更优异的NO催化氧化活性。此外，经SiO2纳米层材料封装的SiO2/Pt-Pd/CeO2-ZrO2-Al2O3催化剂的抗S中毒和抗积碳性能得到了明显的提升，该技术除可在机动车尾气催化净化领域应用外，还具有在其他气-固工业催化行业推广应用的潜力。