[發明專利]用于將二氧化碳轉化為一氧化碳的石墨烯包覆合金納米催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201611104335.3
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106622235B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 黃富強;畢慶員;王鑫;尹國恒;王棟
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/70
• 分類號: B01J23/70;B01J23/745;B01J23/75;B01J23/755;B01J37/34;C01B32/40
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及用于將二氧化碳轉化為一氧化碳的石墨烯包覆合金納米催化劑及其制備方法，所述催化劑包含A_xB_y合金納米粒子、以及包覆于所述A_xB_y合金納米粒子表面的石墨烯G或非金屬元素摻雜石墨烯MG，所述A、B為不同的金屬元素，且獨立地選自Fe、Co、Ni、Cu，所述A和B的質量比x:y=（1～9）:（9～1）。其中A_xB_y合金納米粒子為活性組份，該合金的電子可穿透所述石墨烯G或非金屬元素摻雜石墨烯MG層到達催化劑的表面，增強表面的電子密度，進而提高對反應物分子CO₂的吸附與活化，并提高催化劑的整體性能。

技術領域

本發明屬于化學催化劑技術領域，具體涉及用于將二氧化碳轉化為一氧化碳的石墨烯包覆合金納米催化劑及其制備方法。

背景技術

作為豐富、無毒、可再生的碳資源，CO₂氣體可被廣泛用于生產烴類、醇類和甲酸等高值化學品。目前，CO₂化學轉化為CO是最重要的路線之一，受到國內外學者的高度關注。該過程的實現，不僅是緩解溫室效應、全球變暖、海洋酸化等CO₂的負面影響的有效途徑，而且反應產物可作為著名化工過程費托合成的主要原料。高效催化劑的研發成為CO₂化學轉化為CO的關鍵。

目前，用于CO₂化學轉化為CO反應過程的催化劑主要有光催化劑、電催化劑和熱催化劑等。光催化劑和電催化劑效率都很低，且制備過程復雜、反應條件苛刻，遠未達到工業生產的要求。在工業生產過程中，熱催化劑更易于制備，可操作性強。多年來人們一直在努力嘗試研發多種熱催化劑應用于CO₂化學轉化生成CO過程。目前主要有PtCo/γ-Al₂O₃和PdNi/CeO₂(J.Catal.2013,301,30.)、Mo₂C和Co-Mo₂C(Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,6705.)、LaFe_0.975Ir_0.025O₃(ACS Catal.2016,6,1172.)、PtCo合金納米粒子負載于TiO₂、CeO₂或ZrO₂(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,7968.)等催化劑，但是反應溫度都在300℃以上、甚至達到1000℃，且CO₂轉化率不高(<15％)。盡管有適量氫氣存在可大幅提高催化劑的活性，但是可導致副產物CH₄的生成，目標產物CO的選擇性降低。

中國專利CN 1724150A公開了名稱為：CO₂分解催化劑及其制備方法。該技術利用具有氧空位、高溫穩定的混合導體透氧膜材料通過浸漬法負載Pd、Cu、Ni、Fe、Pt中的一種或它們的合金。盡管制備的金屬重量含量為1～20％的催化劑在950℃下對目標產物CO的選擇性高達99％以上，但是CO₂的轉化率很低、僅為3％左右。

中國專利CN 103464134A公開了名稱為：二氧化碳分解制備一氧化碳的催化劑及制法和應用。該技術利用Mg、Ca對鈰鋯固溶體進行摻雜得到的復合金屬氧化物Ce_0.8-xZr_0.2M_xO_2-x(M＝Mg、Ca)，通過兩步反應在常壓下一定溫度變化區間內不斷循環進行CO₂分解制備CO反應，該催化劑熱穩定性好、壽命長。但是反應溫度很高，分別為800～1100℃和1200～1400℃，且催化活性較低。