[發(fā)明專利]Ni@Au核殼型納米催化劑及其合成與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810840687.8
• 申請(qǐng)日: 2018-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN110756197B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇黨生;張曉奔;吳兆萱;楊冰;劉偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01J23/89
• 分類號(hào): B01J23/89;C01B32/40
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明公開了一種用于逆水煤氣變換反應(yīng)的Ni@Au核殼型納米催化劑及其合成與應(yīng)用，催化劑活性組分是以Ni為內(nèi)核，Au為殼層的核殼型Ni@Au納米顆粒。將鎳的前體鹽和金的前體鹽溶于油胺中，在惰性氣體保護(hù)條件下升溫到200～300℃，得到啞鈴型的NiAu納米顆粒。利用有機(jī)溶劑充分洗滌該NiAu納米顆粒去除殘余的油胺分子后將之分散到乙醇、正己烷、DMF、乙腈、甲苯等溶劑中，然后將之浸漬負(fù)載到Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等常用載體上，最后于還原性氣氛中150～600℃下焙燒數(shù)個(gè)小時(shí)，即得Ni@Au核殼型納米催化劑。此Ni@Au核殼型納米催化劑用于CO₂逆水氣變換反應(yīng)制CO，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，產(chǎn)物CO的選擇性接近100％，并且在接近真實(shí)體系的模擬中有較高的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Ni@Au核殼型納米催化劑及其合成與應(yīng)用，具體涉及一種高穩(wěn)定性的Ni@Au核殼型納米催化劑及其合成與在CO₂高效、高選擇性逆水氣變換轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

多年來，金被認(rèn)為是一種低催化活性的物質(zhì)。然而，1987年，日本科學(xué)家春田(Haruta)和他的研究小組發(fā)現(xiàn)，如果金的晶粒小于5nm，并負(fù)載在一種可還原的氧化物載體上，則其在室溫甚至更低溫度下對(duì)CO氧化反應(yīng)具有非常好的活性。自此以后，納米金催化劑便逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。目前已開發(fā)了Au在多種反應(yīng)中的應(yīng)用，例如：氫氣解離反應(yīng)、甲酸分解反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)、逆水氣變換反應(yīng)、以及有機(jī)烴分子的選擇性或者完全氧化反應(yīng)等。由于Au催化劑活性對(duì)尺寸敏感，當(dāng)其尺寸大于5nm時(shí)幾乎沒有活性，因此要實(shí)現(xiàn)金催化劑的有效利用，就必須設(shè)計(jì)出亞納米級(jí)甚至原子級(jí)的Au催化活性相。然而，由于Au原子熱遷移率高，其熱穩(wěn)定性極差，導(dǎo)致高溫易燒結(jié)失活，所以，如果能構(gòu)建出穩(wěn)定的亞納米級(jí)甚至于原子級(jí)的Au催化劑，將極大地促進(jìn)其在實(shí)際生活中的應(yīng)用，例如，CO低溫氧化反應(yīng)，從而解決汽車尾氣排放所造成的環(huán)境問題；利用CO₂作為資源小分子與工業(yè)電解水產(chǎn)生的氫氣反應(yīng)，通過逆水氣變換反應(yīng)路徑生成化工原料CO和水，從而實(shí)現(xiàn)溫室氣體CO₂的資源化利用。

隨著我國(guó)空間探索的深入，如何有效延長(zhǎng)我們航天員在太空探測(cè)活動(dòng)中所需的時(shí)間至關(guān)重要。因?yàn)檫@不僅關(guān)系到探測(cè)任務(wù)的順暢性，還關(guān)系到如何有效增大航天器載荷量，進(jìn)一步，直接關(guān)系到航天員的生命安全。逆水氣變換反應(yīng)(RWGS)，是利用CO₂與氫氣反應(yīng)生成CO和H₂O的反應(yīng)，因其自身可實(shí)現(xiàn)非化石能源路線制取合成氣，故而成為CO₂資源化利用技術(shù)的重要一環(huán)。在空間站中，水是產(chǎn)生供生命活動(dòng)所需的寶貴資源，人的呼吸離不開電解水產(chǎn)生的氧氣。利用人體呼出的CO₂與電解水產(chǎn)生的廢氣H₂通過該反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)H₂O的循環(huán)再生，從而大大降低航天成本；而我國(guó)已于2016年正式批復(fù)火星探測(cè)計(jì)劃，在未來，利用火星大氣中豐富的CO₂與太陽(yáng)能光解水制氧中得到的副產(chǎn)物H₂進(jìn)行反應(yīng)完成生命活動(dòng)所必須的H₂O循環(huán)并獲得燃料CO，從而有望在火星上建立人類永久性居住點(diǎn)，將具有戰(zhàn)略意義。因此，借助納米合成與先進(jìn)的現(xiàn)代化表征技術(shù)，深入研究理解RWGS反應(yīng)的催化機(jī)理，科學(xué)地設(shè)計(jì)制備出高效高穩(wěn)定性的RWGS反應(yīng)催化劑，有助于促進(jìn)太空探測(cè)事業(yè)的發(fā)展。