[發明專利]氨分解制氫的稀土金屬氧化物負載釕催化劑及制備和應用

在審

• 申請號: 201711336907.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN109954493A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 柳林;張西倫;陳萍;鞠曉花
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種用于氨分解制氫的稀土金屬氧化物負載釕催化劑及其制備方法。本發明中催化劑以釕為活性成分，以稀土金屬氧化物為載體，釕的含量以釕計質量為稀土金屬氧化物質量的1～10wt％。稀土金屬氧化物負載釕催化劑利用沉淀沉積法制備，得到的產物經洗滌，干燥，還原可制得稀土金屬氧化物負載釕催化劑。本發明制備方法簡單，制備的稀土金屬氧化物負載釕催化劑具有金屬分散性好、催化活性高、穩定性好等優點，可用于催化氨分解制氫過程，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明具體涉及一種用于氨分解制氫的稀土金屬氧化物負載釕催化劑的制備及其應用。

背景技術

隨著環境污染和溫室效應日益嚴重，能源與環境面臨的可持續發展已成為各國非常關心的重大 國際政治問題。氫作為一種高效潔凈的二次能源載體，具有密度高、熱值高和原料來源廣泛等傳統 能源所無法比擬的優點。近二十年來，氫能與燃料電池相關技術的開發和利用被世界各國列為清潔 能源領域重點研究內容。氫能的規?；蒙婕皻涞纳a、儲存和運輸、應用三個相關環節，其中 高效安全的儲氫技術是影響氫能汽車推廣應用的關鍵技術，也是目前氫能大規?；瘧玫闹饕夹g 障礙。

其他制氫技術相比，氨分解制氫(2NH₃＝N₂+3H₂)具有如下主要優點：(1)氨的合成、儲存和 運輸等相關技術和基礎設施成熟；(2)氨產量大，價格相對低廉；(3)含氫密度高(氫含量17.7wt％)， 能量密度大；(4)易于儲存運輸；(5)制氫工藝簡單，產物為不含CO_x的氮氣和氫氣；(6)環境 友好；(7)安全性好，爆炸極限范圍窄。近年來，氨催化分解為燃料電池提供無CO_x氫技術，開始 受到廣泛的關注，被認為是解決燃料電池氫能來源的有效途徑之一。開發氨作為氫源載體的氨分解 制氫技術，實現與車載PEMFC系統聯用的關鍵是開發在盡量低的溫度下具有高活性和高穩定性的氨 分解催化劑。

目前氨分解制氫反應所用的催化劑主要包括以Ru為代表的貴金屬催化劑(Ir、Pt等)和以Fe、 Ni為代表的過渡金屬催化劑(Co、Mo等)。Fe和Ni基催化劑價格低廉，但催化活性較低，需要在 700℃以上才能實現較高轉化。負載型釕基催化劑被認為是最有效的氨分解活性催化劑。徐柏慶等人 發現的碳納米管負載釕基催化劑性能高于常見的氧化物負載釕基催化劑(Catalysis Today,93-95 (2004),27-38)，通過添加堿金屬助劑制得的K-Ru/CNTs是目前活性最高的催化劑。但是Ru/CNTs催 化劑穩定性較差，在強還原氣氛下碳納米管會發生甲烷化反應，導致催化劑逐漸失活。徐恒泳等使 用多元醇還原-均相沉淀法制備了Ru/MgO催化劑(Catalysis Communications,7(2005),148-152)，該 催化劑活性明顯高于傳統浸漬法制備的釕基催化劑，和Ru/CNTs相比仍然活性偏低。到目前為止， 低成本制備具有較高低溫催化活性釕基氨分解催化劑，仍然是制約氨分解制氫技術發展的關鍵技術瓶頸。

因此，開發在相對低溫(400-500℃)和較高的反應空速條件下具有高穩定性和高活性的新型負 載型Ru基氨分解催化劑，對于促進氨分解制氫技術的發展具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于氨分解制氫的稀土金屬氧化物負載釕催化劑的制備及應用，本發 明制備的氨分解催化劑可以在較低溫度和較高空速下將氨氣轉化分解成氮氣和氫氣，并且具有良好 的穩定性。

本發明提供了一種用于氨分解制氫的稀土金屬氧化物負載釕催化劑，該催化劑以稀土金屬氧化 物為載體，以釕為活性組分，堿金屬和堿土金屬鹽為助劑。

所述釕的含量以釕計質量為稀土金屬氧化物載體質量的1～10％；所用的稀土金屬氧化物載體包 括氧化鑭，氧化鈰，氧化鐠，氧化釹，氧化釤，氧化銪，氧化釓，氧化鋱，氧化鏑，氧化鈥，氧化 鉺，氧化銩，氧化鐿，氧化镥中的任意一種或二種以上。