[發明專利]氧化硅-石墨烯擔載Pt-Ni合金催化劑及制備和應用

無效

• 申請號: 201410219956.0
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103977815A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 劉源;鈕挺
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/10;C01B3/58
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及一種氧化硅-石墨烯擔載Pt-Ni合金催化劑及制備和應用，屬于催化劑技術領域。

背景技術

氫能源作為一種新型的高效、清潔、可再生資源，其主要制備途徑經過碳氫化合物重整及水煤氣變換反應。由于該過程的熱動力學限制，制得的富氫氣體中總含有0.5-2vol.％的CO。一般燃料電池電極材料為Pt，重整氣中CO的存在不僅會毒化Pt電極，且較易吸附在催化劑表面上，進一步阻礙燃料的催化氧化，因此富氫氣體中CO的含量必須限制到100ppm以下。而一氧化碳優先氧化是目前凈化富氫氣體中CO的最有效方法之一。

已報道的高效CO的優先氧化催化劑主要包括貴金屬(Pt、Ru、Rh、Pd、Ir等)催化劑、氧化物催化劑(CuO-CeO₂)、金基催化劑。其中，鉑基雙金屬催化劑以其優良的活性，較高的選擇性和穩定性得到了廣泛的關注，如Pt-Co/SiO₂,Pt-Ni/Al₂O₃,Pt-La/絲光沸石,Pt-Fe/CeO₂,以及Pt-堿金屬/Al₂O₃雙金屬催化劑均表現出優異的催化活性。如：Li制備的Pt-Co雙金屬催化劑，在120,000ml/g.h的高空速條件下能夠有效拓寬CO完全轉化的窗口。同樣Chin發現，在低溫階段Pt-Ru/SiO₂催化劑有極高的活性和穩定性，Schubert也報道了Pt-Sn/Al₂O₃催化劑，在CO優先氧化過程中，Sn的存在能顯著改善Pt的穩定性，提高催化劑的高溫選擇性。

目前，一系列的碳基復合材料，如活性炭、石墨纖維、碳納米管和石墨烯，以其優良的力學性能，導熱性能，化學性能被視為優良的載體而成為研究重點。Kumari采用氣相沉積法在氧化鋁表面上生長出多壁碳納米管，然后用放電等離子體燒結法制備了多種CNT-Al₂O₃復合物。Worsley通過在碳納米管炭氣凝膠表面沉積氧化物制備了一系列SWNT/氧化物(SiO₂,SnO₂,TiO₂)整體式復合物。而且石墨烯基催化劑被廣泛應用于催化領域，但集中于一些液相催化反應。Truong-Huu將鈀(Pd)納米顆粒均勻分散到單層石墨烯表面，應用于液相選擇性C＝C加氫反應。其高效的加氫活性主要是用于在液相中，單層均勻分散2D石墨烯結構有極高的表面積及界面、邊緣易吸附性。然而由于石墨烯，碳納米管基催化劑的定型(如碳納米管在載體上容易脫落，剝離；活性顆粒被包裹在大片石墨烯層間，無法與氣相接觸等)問題很難解決，嚴重限制了新型碳材料在氣-固相催化反應中的應用，如CO-PROX反應。

另外Lu等采用溶膠凝膠法制備了CNT-Al₂O₃催化劑用于富氫條件下CO優先氧化，發現Pt-Ni/CNT-Al₂O₃催化劑在1vol.％CO,1vol.％O₂,12.5vol.％CO₂,15vol.％H₂O,50vol.％H₂和N₂平衡氣，空速24,000ml?g_cat^-1h^-1條件下，120-180℃反應區間內將CO濃度凈化低于100ppm，但是催化劑的低溫活性較差，而且該Pt-Ni/CNT-Al₂O₃復合物催化劑的在100℃下的穩定性只有18h，穩定性有待提高。

Pt-Ni/石墨烯與介孔-大孔氧化硅復合物催化劑作為一種新型的雙功能材料，應同時具有石墨烯的高比表面積，高穩定性，介孔大孔氧化硅的高傳質效果。且通過活性測試發現該催化劑擁有極高的低溫催化活性，寬的完全轉化窗口，以及優良的催化劑穩定性。該高效復合物催化劑為石墨烯在優先氧化反應或大分子物質或固體顆粒物中的應用提供了向導作用。

內容發明