[發明專利]一種碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑及其制備與應用

在審

• 申請號: 202010315305.7
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN113522331A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 付文甫;胡甲軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/89;B01J35/00;B01J37/08;B01J37/16;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑及其制備與應用。所述催化劑包括：以二氧化硅納米球為核、以碳膜為殼的核殼型基底，以及負載于所述碳膜上的鈷和鈀的金屬納米顆粒。本發明以球型碳殼為基底負載金屬納米顆粒，實現了金屬納米顆粒均勻細小的分散在基底上，粒徑分布在3.5?5.5nm之間，提高了金屬原子的利用率。利用金屬鈀原子的等離子體效應，引入光輔助熱催化以后，甲烷化的反應溫度顯著降低，可以在220℃下獲得優異的催化性能。甲烷產率可以達到207.84mmol/g_metal/h，選擇性可以達到92.57％，密封反應器中6h CO₂轉化率可達到44.0％。

技術領域

本發明涉及光熱催化二氧化碳還原領域。更具體地，涉及一種碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑及其制備與應用。

背景技術

近幾十年來，化石燃料的持續消耗導致了嚴重的全球能源短缺和環境問題。解決二氧化碳排放和能源危機這兩個嚴重的雙重問題已成為一項重大的全球挑戰。Sabatier提出的二氧化碳甲烷化技術，將二氧化碳轉化為甲醇和甲烷等高附加值化學產品，為實現碳資源的循環利用和減少人為氣候變化提供了一個很好的方法。然而，由于二氧化碳的高熱力學穩定性和反應動力學緩慢，二氧化碳的還原和加氫過程中涉及多個電子和質子，因此需要高溫高壓才能推動甲烷化反應。這對能源消耗和生產成本有相當大的負面影響。因此，開發在溫和條件下用于CO₂活化和轉化為高價值化學品的優異催化劑具有重要意義。

研究發現以第八族金屬(Ru、Rh、Pd、Ni、Co和Fe)為催化活性位點對CO₂進行熱催化甲烷化具有不錯效果。但是貴金屬由于成本高，它們很難大規模應用于工業生產。而非貴金屬Co和Ni雖然具有良好的熱催化甲烷化性能，但它們的使用通常需要高溫(400℃)，這必然導致金屬納米顆粒出現高溫燒結和碳沉積的結果。結合貴金屬的等離子體效應，利用太陽能輔助熱催化可有效地降低能耗和催化反應所需的溫度。因此，開發雙金屬納米催化劑，利用光輔助催化CO₂還原產甲烷等化學品具有重要的研究和應用價值。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑。

本發明的另一個目的在于提供一種以上碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑的制備方法。

本發明的再一個目的在于提供一種以上碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑的應用。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

第一方面，本發明提供一種碳基鈷鈀雙金屬納米催化劑，所述催化劑包括：以二氧化硅納米球為核、以碳膜為殼的核殼型基底，以及負載于所述碳膜上的鈷和鈀的金屬納米顆粒。

優選地，所述鈷和鈀的金屬納米顆粒的粒徑小于10nm；優選3.5-5.5nm。

優選地，所述碳膜上分布有微孔和介孔；所述微孔和介孔的孔徑為0.6nm-4nm。

優選地，所述鈷和鈀的金屬納米顆粒為鈷和鈀的氮化物。

優選地，所述鈷和鈀兩種金屬元素的總負載量為7-9wt.％。

優選地，其中，Co和Pd的質量比為(1-6)：(1-6)。

優選地，Co和Pd的質量比為6:1。

優選地，所述催化劑的粒徑為200-240nm。

本發明另一方面提供一種以上催化劑的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

S100、制備二氧化硅納米球；

S200、使用氨基硅烷偶聯劑對二氧化硅納米球進行表面修飾；