[發明專利]一種碳負載氧化鈀納米團簇催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810940912.5
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109092296A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 邢巍;王顯;孟慶磊;呂青;葛君杰;劉長鵬;李晨陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J37/02;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B3/22
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王瑩

一種碳負載氧化鈀納米團簇催化劑及其制備方法與應用，屬于催化劑及其制備技術領域。解決了現有技術中甲酸分解制取氫氣的催化劑活性低、穩定性不好，且催化劑的制備方法復雜、無法批量生產的技術問題。本發明的制備方法：先在室溫下，將多孔炭均勻分散在水中，得到第一懸濁液；然后將Pd(II)前驅體逐滴加入第一懸濁液中，攪拌4～6h，得到第二懸濁液；最后用堿液調節第二懸濁液的pH至10～12，攪拌4～12h，得到第三懸濁液，經抽濾、水洗、干燥，即得催化劑。該制備方法簡單、經濟且環境友好，適合工業化大規模生產，且制備的催化劑為粒子形狀，穩定性好、分散性好，對甲酸分解制取氫氣表現出優異活性和穩定性，催化甲酸分解速率高。

技術領域

本發明屬于催化劑及其制備技術領域，具體涉及一種碳負載氧化鈀納米團簇催化劑及其制備方法與應用，該碳負載氧化鈀納米團簇催化劑尤其適用于甲酸分解制氫。

背景技術

隨著對于清潔能源需求的提高，并且化石資源的逐年枯竭以及化石能源對環境污染的日益加劇，激起了廣大研究者們對可持續清潔能源發展的研究興趣。氫能被認為是一種有潛力替代化石燃料的能源，它不僅可再生，而且完全綠色環保，廣大研究人員都將目光放在了氫能的研究應用上。然而由于制氫、儲氫嚴重限制氫能經濟的發展。因此制氫、儲氫問題成了亟待解決的兩大難題。甲酸作為一種高潛力的氫載體逐漸進入人們的視野。甲酸是來源廣泛的工業副產物，價格低廉安全低毒，在常溫下是液體易于存儲和運輸，并且甲酸含氫量相對較高，為4.4wt％。現階段，關于甲酸分解制備氫氣的研究尚在起始階段。在甲酸分解制備氫氣反應中，催化劑極為關鍵，因為它不僅決定分解反應的速度、選擇性，而且其催化活性也是甲酸分解轉化頻率等重要指標。目前在甲酸分解制氫方面的研究主要集中在開發低溫下工作的高活性、高選擇性和高穩定性的催化劑。甲酸分解的催化劑有異相和均相催化劑。研究表明，均相催化劑在甲酸分解制氫上表現出優異的催化性能，其中以釕基催化劑(Celine，Fellay，Paul J.，Dyson，Gabor，Laurenczy；A viable hydrogen-storagesystem based on selective formic acid decomposition with a rutheniumcatalyst；Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,3966-3968)和鐵基催化劑(Albert Boddien,Mellmann,FelixRalf Jackstell,Henrik Junge,Paul J.Dyson,GaborLaurenczy,Ralf Ludwig,Matthias Beller；Efficient Dehydrogenation of FormicAcid Using an Iron Catalyst；Science,2011,333,1733-1736)為代表的均相催化劑，可以實現室溫下高轉化率和高選擇性。但是均相催化劑也存在一些實際應用的問題，如有機金屬催化劑的制備成本高，有機試劑不利于環保，并且均相催化劑在使用過程中不便于控制和回收等等。異相催化劑在以上諸多問題上有相對的優勢，因此開發異相催化劑更加具有應用潛力。近年來，研究人員圍繞甲酸分解制氫異相催化劑展開廣泛研究，并且研究結果表明鈀(Pd)可以催化甲酸室溫分解。例如，Xu等人用N摻雜的納米多孔碳MSC-30負載Pd納米粒子作為甲酸分解催化劑(Zhangpeng Li,Xinchun Yang,Nobuko Tsumori,Zheng Liu,Yuichiro Himeda,Tom Autrey,Qiang Xu；Tandem Nitrogen Functionalization ofPorous Carbon:Toward Immobilizing Highly Active Palladium Nanoclusters forDehydrogenation of Formic Acid；ACS Catal.2017,7,2720-2724)；Cai等人制備B摻雜Pd催化劑，利用B去調節Pd表面的電子結構達到促進催化甲酸分解的效果(Kun Jiang,Ke Xu,Shouzhong Zou,Wen-Bin Cai；B-Doped Pd Catalyst:Boosting Room-TemperatureHydrogen Production from Formic Acid-Formate Solutions；J.Am.Chem.Soc.2014,136,4861-4864)。然而，上述諸多催化劑的制備過程繁瑣，并且在制備過程中催化劑的產量極其有限，很大程度上影響了在大量生產同時兼顧高活性的催化劑的制備工藝。