[發明專利]一種超薄金屬層催化劑及其用途

有效

• 申請號: 201410114381.6
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103877993A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 劉生忠;李曼;馬強;張豆豆;訾威;朱學杰;劉曉靜
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/34;C01B3/04;C07C13/18;C07C5/10
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 王艾華

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種催化劑及其用途，尤其是用于以甲苯為代表有機分子催化加氫，以實現氫的儲存與運輸的超薄金屬層催化劑。

背景技術

二維原子晶體作為一種新興材料，它具有熱導系數、載流子遷移率、比表面積都相對較高的顯著性能。過渡金屬鉑、金、鈀是在電化學和催化領域具有重要的應用價值的金屬材料，并且廣泛應用于現在工業中汽車尾氣凈化催化、石油重整、氨的催化氧化制取硝酸、催化硅氫加成反應生成有機硅、化工原料的合成以及在催化分解水制氫以及對有機分子的催化加氫等方面，然而其高價格和有限的全球儲備的問題一直是實際應用一個重大障礙，因此，超薄金屬層的催化劑的制備顯得尤為重要。

目前人類面臨的兩大主要問題之一是能源問題，人們現在所依賴的能源大多數是化石能源，而化石燃料不但不可再生，儲蓄量越來越少，且在使用的過程中還放出了大量的污染物，因此氫氣作為一種可再生的清潔的替代能源，對其的制取將成為了氫能應用的過程中十分重要的一步。然而由于氫氣具有低能量密度的不足，導致必須需要高壓低溫才能實現氫氣的儲存和運輸，這仍然是一個尚未解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種催化效率較高的超薄金屬層催化劑及其用途，其采用在助活性薄膜上利用原子層電沉積或定量置換的方法制備，該方法快速簡便，并可顯著減低生產成本和環境污染。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種超薄金屬層催化劑，包含載體、負載于載體上的主活性組分金屬和助活性組分金屬薄膜；所述主活性組分金屬由均勻覆蓋在載體上的超薄金屬層構成；所述超薄金屬層是金屬鉑、金、鈀的任意一種；所述助活性組分金屬薄膜為金、銀、銅、鋁、錸、銥中的一種；所述的載體為泡沫鎳或泡沫鈦；所述的泡沫鎳或泡沫鈦為結構均勻、孔隙率高、表面積大的三維宏觀網狀結構。

上述超薄金屬層厚度不多于10個原子層。

上述超薄金屬層厚度不多于5個原子層。

上述超薄金屬層采用單原子層電沉積或定量置換的方法在助活性金屬表面形成。

上述超薄金屬層的助活性組分是分別通過化學置換方法或電化學的方法得到。

上述超薄金屬層為金屬金時，金薄膜采用的是載體在含金的相對濃度為0.1～100mmol/L的溶液中置換出來。含金的溶液為金屬鹽。當所述超薄金屬層是活動性強的金屬銅、鋁薄膜時，超薄金屬層的形成采用的是定量置換的方法。

本發明還提出一種用途：即上述超薄金屬層催化劑使用于催化水分解制氫的催化劑。

本發明還提出另一種用途：即上述超薄金屬層催化劑使用于對有機分子催化加氫的催化劑。

本發明具有以下有益效果：

本發明的超薄金屬層催化劑主活性成分的負載量最小化，提高催化性能，降低超電勢，此催化劑對有機分子的催化加氫，使得有機氫化物預計將成為氫氣有效的載體，解決氫氣儲存和運輸的問題；并有望廣泛應用于現在工業生產中，可以大大的降低了工業生產的成本。

附圖說明

圖1為實施例6中四中不同層數鉑催化劑的催化分解水性能圖；

圖2為本發明對甲苯的催化加氫性能圖；

圖3為實施例1-4以及襯底對甲苯的催化加氫性能圖。

具體實施方式

本發明首先提出一種超薄金屬層催化劑，其包含載體、負載于載體上的主活性組分金屬和助活性組分金屬薄膜，主活性組分由均勻覆蓋在載體上的超薄金屬層構成。

所述的超薄金屬層是金屬鉑、金、鈀的任意一種。助活性組分金屬薄膜為金、銀、銅、鋁、錸、銥中的一種。所述的載體為泡沫鎳、泡沫鈦。所述的泡沫鎳或泡沫鈦為結構均勻、孔隙率高、表面積大的三維宏觀網狀結構。

超薄金屬層采用單原子層電沉積或定量置換的方法在助活性金屬表面形成。該金屬層的助活性組分是分別通過化學置換方法或電化學的方法得到。

本發明的金薄膜采用的是載體在含金的相對濃度為0.1～100mmol/L的溶液中置換出來。其中含金的溶液為金屬鹽。

本發明金屬金薄膜上超薄金屬層的形成采用的是原子層電沉積的方法。除金之外的金屬薄膜采用的是電化學沉積的方法。活動性強的金屬銅、鋁等薄膜上超薄金屬層的形成采用的是定量置換的方法。

本發明的催化劑主活性成分是超薄金屬層，其厚度不多于10個原子層，更好的是超薄金屬層厚度不多于5個原子層，最好的是超薄金屬層是1-2層；助活性組分為金屬薄膜為金、銀、銅、鋁、錸、銥中的一種，其含量為載體總重的0.1wt%～0.8wt%。

本發明的催化劑載體優選大比表面載體。