[發明專利]金屬碳化物納米材料催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010079963.0
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111514927B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 單軍軍;王輝;麗薩·阮;約書亞·邁爾斯;程繼紅
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: B01J29/44
• 分類號: B01J29/44;B01J35/00;C07C2/76;C07C5/05;C07C5/09;C07C15/02;C07C11/04;C07C11/08
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 董琳

一種包括非均相金屬碳化物納米材料的催化劑，以及一種在相對溫和的條件下合成金屬碳化物納米材料以在載體和/或粘結劑中形成封裝的過渡金屬和/或過渡金屬碳化物納米團簇的新型制備方法。催化劑可包括限制的鉑碳化物納米團簇。該制備可包括在高溫下用乙烷處理封裝的鉑納米團簇。所述催化劑可用于包括但不限于乙烷芳構化的催化碳氫化合物轉化，以及用于選擇性加氫，具有可忽略不計的綠油產率。

相關申請的交叉引用

本申請要求申請號62/800,662，2019年2月4日提交的標題為“金屬碳化物納米材料及其制備方法和催化應用”的美國臨時申請，以及申請號16/744,383，2020年1月16日提交的標題為“金屬碳化物納米材料催化劑及其制備方法”的美國申請的權益，其通過引用結合在本申請中。

技術領域

本發明涉及碳氫化合物轉化催化劑及其生產方法，更具體地，涉及新型納米材料催化劑的合成，該新型納米材料催化劑包括封裝的金屬碳化物納米團簇，其中該金屬碳化物納米團簇是在相對溫和的條件、例如100-700℃的溫度和大氣條件下，通過用碳氫化合物處理限制的金屬納米團簇而制備的。

本發明還涉及使用新型金屬碳化物納米材料的用于碳氫化合物轉化的催化工藝，其中催化材料包括限制的金屬碳化物納米團簇，其對碳氫化合物轉化是高活性的，其中金屬碳化物中的金屬為過渡金屬。

背景技術

近年來，基于金屬碳化物的催化材料因其在許多反應中的獨特催化性能而備受關注。例如，《科學》320(2008)86-89報道了一種鈀(Pd)碳化物催化劑的催化材料可以催化炔烴氫化選擇性。催化劑中碳的存在對控制產物的選擇性起著關鍵作用。《催化科學與技術》7(2017)807-816證明了合成鉑(Pt)碳化物納米材料是可行的，其中該材料表現出獨特的催化性能。然而，實際上，Pt碳化物材料只有在例如高溫高壓的相當極端的條件下曾經成功合成過。例如，《固態通信》133(2005)55-59教導了，Pt碳化物材料可以通過激光加熱的金剛石對頂砧(diamond?anvil?cell)上負載的Pt粉的高壓、高溫處理來合成。高壓X射線衍射實驗證實了，在85GPa和2600K的合成條件下，碳化物結構可以通過Pt與碳載體的相互作用而形成。

然而，通過高壓和高溫處理制備的Pt碳化物材料不僅昂貴，而且應用非常有限。因此，有必要開發一種可以在相對溫和的條件下制備Pt碳化物材料的新的合成方法。

美國頁巖氣的繁榮也為開發用于碳氫化合物轉化的先進催化劑和工藝提供了機會，例如，如在通過引用并入本文中的美國專利7,153,807和8,946,107以及美國公開號2018/0194701中所教導的。實際上，大多數催化工藝都基于非均相催化劑。與均相催化材料相比，非均相催化材料更容易制備、運輸和處理，而且往往更穩定、制造成本更低。

例如，諸如乙烯、丙烯和丁烯的低碳烯烴廣泛應用于聚合工業。這些烯烴產品通常含有不飽和炔烴和烯烴雜質，如乙炔和丁二烯，它們是通過蒸汽裂解或流化催化裂解產生的副產品。這些雜質的存在通常會抑制聚合催化材料的活性，因此必須清除。一般來說，炔烴和二烯烴選擇性加氫成烯烴是工業裝置最有吸引力的解決方案。因此，鈀基催化劑在這種加氫反應中得到了大量的研究和廣泛的應用。

然而，目前商業化的鈀基催化劑存在的問題是產生大量的飽和物和綠油(C4+低聚物化合物)副產物，這些副產物是由于烯烴的過度加氫和/或炔烴和/或二烯烴和/或烯烴的齊聚反應而產生的。這種綠油副產物由于其對烯烴獲得選擇性的不利影響而是不希望的。更重要的是，綠油還會在加氫催化劑表面上沉積C4+化合物，從而抑制催化劑的活性。也就是說，綠油降低了加氫催化劑的壽命，例如，使催化劑無法有效地輔助碳氫化合物反應。因此，非常期望開發新型催化劑，其可以選擇性加氫炔烴和二烯烴成具有降低的綠油產率的烯烴。