[發明專利]一種催化劑載體、負載型催化劑及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810227799.6
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN110302769B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 潘秀蓮;鐵鍇;包信和;李攀;何麗敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J27/22;B01J27/20;B01J35/10;B01J37/10;B01J37/02;C07C51/367;C07C65/01;C07C51/347;C07C63/04;C07C51/235;C07C51/41;C07C59/105;C07C
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明涉及一種一種催化劑載體、負載型催化劑及其制備方法和用途，主要解決碳材料與所負載的金屬納米粒子之間相互作用力弱，在多相催化反應過程中容易造成金屬納米粒子聚集長大以及脫落的問題。本發明采用生物質糖類和含硼化合物為前驅體，經過高溫焙燒制得了硼摻雜碳材料，較好地解決了上述問題。該摻雜碳材料與金屬納米粒子之間存在較強相互作用，作為載體負載金屬納米粒子時，能均勻分散金屬納米粒子，同時有效遏制金屬納米粒子在催化反應過程中的聚集和脫落，顯著提高催化劑的活性及穩定性。該摻雜碳材料原料來源廣泛，廉價易得，制備過程簡單，作為一種理想的金屬納米粒子載體材料，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種催化劑載體、負載型催化劑及其制備方法和用途。

背景技術

與非負載型金屬催化劑相比，負載型金屬催化劑由于能夠大大提高催化劑活性，改善催化劑選擇性，降低催化劑成本，催化劑與反應產物易分離以及活性組分易回收再利用等特點，被廣泛應用于石油化工、能源轉化、環境保護等方面。常用的催化劑載體包括：金屬氧化物載體、碳材料載體、分子篩載體以及一些天然物質如沸石、硅藻土等。其中，碳材料因為其發達的孔結構、高的比表面積、優異的耐酸堿性、高的導熱性和低成本等優勢，成為最早用來作金屬催化劑載體的材料之一，且一直都受到人們的廣泛關注。

催化劑的活性和穩定性是用來評價催化劑性能的兩個重要指標。眾所周知，催化劑的活性與其活性組分的比表面積、幾何構型等因素密切相關。在負載型金屬催化劑中，由于金屬被分散在載體上，在提高金屬組分活性表面積的同時，也會增加金屬的晶格缺陷，產生新的活性位，因而負載型金屬催化劑具有高的反應活性。然而，受碳載體惰性表面的影響，金屬活性組分與載體間相互作用弱，在一些苛刻的反應條件下，金屬粒子容易出現聚集長大以及從載體上脫落的問題，造成催化劑反應活性的下降。因此，增強金屬活性組分與碳載體之間的相互作用對提高催化劑穩定性顯得尤為重要。目前，有多種方法用來改善碳材料表面化學活性，在這其中，又以雜原子摻雜的方法應用最為廣泛。雜原子摻雜不但能有效改善碳載體的電學性能及物理化學性能，而且在摻雜過程中會在碳載體表面引入大量缺陷位，有利于金屬粒子的沉積以及增強金屬與載體間相互作用。

氮摻雜碳材料是近年來科學家們的研究熱點。而同樣作為元素周期表中最接近碳原子的硼原子，雖然有理論計算結果表明，與氮原子相比，硼原子能更有效地增強金屬粒子與載體間相互作用，但它在實際體系中的研究卻遠不及氮原子。硼摻雜碳材料的制備過程中使用到的高毒性含硼前驅體以及過高的處理溫度是其研究受到抑制的原因之一。目前硼摻雜碳材料的制備通常會使用到三氯化苯、三乙基硼烷等高毒性的前驅體，且反應溫度均在900℃及以上，而少量使用硼酸作為前驅體的制備過程通常需要在1000℃甚至更高溫度下進行長時間摻雜。有文獻報道，使用硼酸在900℃摻雜3h，硼的摻入量只有0.2at.％，使用4-羥基苯硼酸在900℃進行摻雜，硼的摻入量也只有1.3at.％。因此，使用無毒或低毒性的含硼前驅體以及較溫和的處理溫度制備硼摻雜碳材料，并保證較高的硼摻入量，再將其作為載體來增強金屬粒子與碳載體之間的相互作用，延長催化劑使用壽命，無論是對基礎研究還是工業應用，都具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是：提供一種簡單的制備硼摻雜碳材料的制備方法，并將所制備的材料用作金屬納米粒子的載體，解決碳材料與所負載的金屬納米粒子之間相互作用力弱，在多相催化反應中金屬納米粒子容易聚集和脫落的問題。本發明使用生物質糖類和無毒或低毒性的含硼化合物作為前驅體，制備條件溫和，制備方法簡單，產物能有效增強碳載體與負載金屬間相互作用。

為實現上述目的，本發明使用的技術方案為：

一種催化劑載體，所述催化劑載體為修飾有硼元素和氧元素的無定型碳材料，所述無定型碳材料具有片狀多孔結構，所述催化劑載體的比表面積為800-1800m²/g，優選1000-1700m²/g，總孔容為0.4-1.0cm³/g，優選0.5-0.8cm³/g，其中微孔孔容占總孔容的60-80％。