负载型金催化剂在汽车尾气中的应用

一方面是负载型纳米金黄催化剂在有关环境保护的反应中的应用，如新型燃料电池中的催化成分。2负载型金催化剂的制备负载型金作为催化剂是一种比较新的科技，所以中外许多科学工作者都对负载型金的制备做了较为全面的研究和探索，对此种催化剂的制备已经积累了相当丰富的经验，时代在进步，更新更合理的制备方法也正在研究中。而对于作为汽车尾气消除用到的负载型金催剂的制备与用与其他催化反应的金催化剂的制备方法大致一样。众多研究表明：影响负载型金催化剂的活性因素很多，但主要影响因素有三个方面[10]：（1）制备方法；（2）载体的选择；（3）粒径的大小。研究中所需要的是稳定的、高效的、耐湿度的负载型金催化剂，因此在众多的制备方法中要选择能保证催化剂以上性质的方法。那么制备负载金催化剂时要考虑方法的选择，载体的选择以及粒径大小的选择等。2.负载型金催化剂的载体金催化剂的载体主要是3d过渡金属氧化物和碱土金属氧化物以及活性碳分子筛都可以。学者们发现：各种载体担载的金催化剂催化效果是有明显的不同的。据文献（表1）[11]中显示了已经被用作金催化剂载体的氧化物或氢氧化物的元素。表1适合金催化剂的载体元素在周期表中的分布ⅠAⅡAⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡBⅢAⅣALiBe②BC①NaMg③③Al②③SiKCaSe③Ti②V②③Cr②③Mn②③Fe②③Co②③Ni②③Cu②③Zn②③GuGeRbSrYZr②③NbMoTeRuRhPdAgCdIn③Sn③CsBaLa②HfTaWReOsIrPtAuHgTlPb①该元素单质可直接作为载体②该元素的氢氧化物被用作载体③该元素的氧化物被用作载体。长期以来人们一直没有发现金可以作为载体的原因主要是没有选择到合适的载体，以制备高分散的Au颗粒。金催化剂颗粒要求在高分散的载体上的平均晶粒尺寸应在5nm以下。但实验中却发现，不同的载体负载的纳米级金颗粒虽然都是较小的金粒子，但是其催化活表现出很大的差异，这表明载本本性对催化剂的活性有很大的影响[1]。2.2负载型金催化剂常见的制备方法许多实验表明，制备金催化剂的方法不同，Au与载体间的作用力是不同的，Au在载体上籽子大小也不同[13]。而常用的制备方法有：浸渍法、共沉淀法、沉积—沉淀法、溶胶—凝胶法、脉冲—激光沉淀法、高分子聚合物保护法、化学蒸发沉积法、光化学沉积法、离子交换法、共溅渡金法、金属有机络合固载法、溶剂化金属原子浸渍法和合金氧化法等[1]。在催化界里，催化剂的制备大都采用浸渍法，用该法制备的Au催化剂活性往往很低，这也是长期以来Au不能成为催化剂的原因之一[18]。近几年里，对金催化剂而言，沉积沉淀法和溶胶—凝胶法的研究最为广泛，聚合物法是最新发展起来的一种方法。因而这三种制备方法是汽车尾气用到的负载型催化剂制备的首选方法[23]。本人认为金催化剂可能还有其他方法也适合汽车尾气催化剂的制备，因而选择时要考虑到实际情况而来选取制备方法。2.2.1沉积-沉淀法文献中制备的方法如下：将金属氧化物载体加入到HAuCl4的水溶液中，加碱中和并选择适当的条件使之沉积在载体的表面，控制的PH=6-10，随后进行过滤，洗涤和干燥后处理。该法的优点在于活性级分不分包埋在载体内部，而是全部分布在载体表面，提高了活性级分的利用率。2.2.2溶胶-凝胶法溶胶—凝胶法制备金催化剂可一步或多步完成。其方法如下：采用多步法先将载体制备成溶胶，再将溶胶溶于易挥发的溶剂中，金的前驱体也同样溶于一定量的溶剂中，超声波降解得金的前驱液，随后将金的前驱液涌入含有载体的溶液中，搅拌一定时间，蒸发溶剂形成凝胶。干燥后，在一定的温度下焙烧得负载型金催化剂。此方法能使金在载体上负载得更牢固，加大空速时依然保持高的催化活性和稳定性，并且对水和SO2有一定的抵抗能力。2.2.3聚合物保护法此方法主要如下：在高分子保护下，用还原剂还原HAuCl4溶液制得金的溶胶，然后负载于氧化物或活性碳载体上，经干燥、焙烧后得负载型金的催化剂。该方法目前还在研究中，相关报告不是很多，但其发展前景较大。2.3负载型金催化剂的颗粒尺寸金催化剂对不同的化合物催化活性是受到金籽子的大小直接影响的，每种化合物都有其金催化剂的最佳尺寸。而且制备过程中金的粒子尽可能小，这样才能起到高分散的效果，使制备出来的金催化剂有高效性，但实际过程中是很难控制生成粒子的大小的，后期研究表明,更为重要的是当金属粒子小到一定程度以后,金属本身的电子性质将发生变化,从而导致其化学和物理性质出现突变[12]。一般来说，汽车尾气中用到的负载金催化剂的最佳尺寸为2-5nm。文献中表明：对CO催化的负载金催化剂的最佳尺寸为2-4nm；对NOx催化的负载金催化剂的最佳尺寸为3-5nm;对烃类催化的负载金催化剂的尺寸为2-5nm.[22]3负载型金催化剂的应用科学家对金催化剂的研究成果