[發明專利]用于富氫氣氛中優先氧化CO的寬溫催化劑的制備方法及其產品和應用

有效

• 申請號: 201610280020.8
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN107308951B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 路軍嶺;曹麗娜;姚琪;陳飔;嚴歡;韋世強;楊金龍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/48
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

本發明提供制備用于在富氫氣氛中優先氧化CO的催化劑的方法及獲得的催化劑產品和應用。具體地，本發明通過化學氣相沉積法或原子層沉積法將作為助劑的鐵氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物中的一種或多種沉積到負載型Pt族貴金屬催化劑前驅體的表面上而獲得用于在富氫氣氛中優先氧化CO的寬溫催化劑，所述催化劑中活性貴金屬組分的含量是0.1～10wt％，助劑以其金屬元素計的含量為0.1～10wt％。通過本發明獲得的催化劑在富氫氣氛中的CO優先氧化中能夠表現出優異的催化性能，能夠在例如?80～200℃溫度區間實現CO的高選擇性、高轉化率轉化，并且在富氫氣氛中存在水蒸氣和CO₂的情況下，所述催化劑能夠長時間保持穩定。

技術領域

本發明涉及用于富氫氣氛中優先氧化CO的金屬催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，清潔能源愈來愈受到人們的重視。其中，燃料電池是一種環境友好型的發電裝置。質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種非常理想的燃料電池，它具有體積小、重量輕、零排放、能量轉換密度高等特點，在未來靜態裝置、氫燃料電池汽車、軍事設備、航空航天等領域具有廣闊的應用前景。燃料電池的氫源主要來源于甲醇和天然氣等碳氫化合物的水蒸汽重整、水煤氣變換反應等，該類氫源通常含有大約0.5％～2％的微量CO。CO極易吸附在PEMFC的Pt電極表面，使電極毒化，嚴重降低電池性能。因此，氫源在進入燃料電池前，必須首先進行CO凈化處理，把CO的含量控制在10ppm以下。為解決該問題，科研人員嘗試了很多方法。目前去除燃料電池的所用氫源中CO的方法主要有吸附法、Pd膜分離法、CO甲烷化法和CO選擇性氧化法。經對比，人們發現CO選擇性氧化是去除該類氫源中微量CO的最理想方法。

目前，用于富氫氣氛CO優先氧化(下文中以PROX表示)的催化劑主要分為以下幾種：

(a)金基催化劑：負載型Au催化劑由于具有極高的低溫CO氧化活性，因而受到了人們極大的關注。然而由于H₂氧化反應的競爭，人們發現隨著反應溫度升高，CO氧化選擇性迅速降低，很難將CO濃度降到10ppm以下。例如，中國專利申請CN102441401A中提到將Au納米顆粒負載在銅-鈦混合氧化物載體上，Au負載量為0.5～5wt％，CO 100％轉化的溫度區間僅為30-60℃，工作溫度局限性較大。另外，Au催化劑的穩定性相對較差，而且其活性對制備方法與過程的要求非常嚴格，使得Au催化劑在PROX反應中的應用受到了較大限制。

(b)銅基非貴金屬催化劑：該類催化劑和其它類型的催化劑相比，雖然成本較低，但是該類催化劑在PROX反應中，通常反應溫度達到100℃以上才會有活性，而且在CO₂和水汽存在的條件下穩定性差。如中國專利申請CN102407123A中提及的CuO擔載的CeO₂催化劑。