[發明專利]一種氮摻雜碳負載銅/二氧化鈰復合催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011181633.9
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112191265B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 姜興茂;胡仕華;宋文靜;季凱;唐卓明
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/78;B01J37/02;B01J37/08;C07C29/149;C07C31/04;C07C31/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;李欣榮

本發明公開了一種氮摻雜碳負載金屬銅/氧化鈰的復合催化劑，其特征在于，它以氮摻雜碳包覆氧化鈰為載體，金屬銅粒子均勻分步在載體表面；其中金屬銅的負載量為5～10wt％，載體中氧化鈰的含量為10～20wt％。本發明將碳熱法和浸漬法結合，可獲得同時具有金屬銅活性位點和氮摻雜碳活性位點，形成的雙正交活性位點復合催化劑擁有高選擇性，并且在反應條件相對溫和的基礎上實現較高的反應轉化率，應用效果好；且涉及的制備方法簡單、操作方便，適合推廣使用。

技術領域

本發明屬于催化劑合成、化學化工領域，具體涉及一種氮摻雜碳負載金屬銅/氧化鈰的復合催化劑及其制備方法和加氫應用。

背景技術

碳載體是當前研究和應用最為廣泛的一類無機非金屬材料載體，由于具有高孔隙率、均勻和相互貫通的孔道等特殊性質，在吸附、電容器、催化等方面都受到大量的關注，而且碳本身的化學惰性能夠最大限度地保留金屬活性組分自身的催化特性。然而，催化活性組分與介孔碳之間較弱的相互作用，容易引起活性組分團聚或向反應體系中轉移而流失，從而影響碳負載催化劑的使用壽命和穩定性。因此，開發出具有可調節的多孔性和表面化學性的多孔碳材料負載金屬的催化劑展現出了極大的工業前景。

銅基催化劑因其價格低廉，材料導電性好，耐壓性強且具有較強的C-O/C＝O斷鍵能力和較弱的C-C斷鍵能力被廣泛應用于催化加氫反應。但是，銅納米粒子熱穩定性較差，容易遷移發生團聚和燒結，因此，需要通過其它的手段來穩定銅的活性位，提升銅的抗燒結穩定性。

很多研究表明，在碳載體中摻雜N原子能夠改變其表面結構，影響材料表面酸堿性質，并且由于N原子摻雜在六邊形碳結構中，能局部引起電子密度及表面能的變化，增強金屬活性組分與載體間相互作用，有利于金屬顆粒在N摻雜碳載體上的成核和固定，對催化活性產生影響。傳統的氮摻雜碳工藝是將含氮豐富的氮源前體采用聚合或浸漬等手段進入或包裹在前置模板的碳載體上，往往工藝較為繁瑣。因此，如何采用高效簡便的方法將氮源引入到碳載體中并利用氮原子的富電性防止金屬聚合，進而提高催化劑性能仍是急需解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有技術存在的不足，提供一種氮摻雜碳負載銅/二氧化鈰復合催化劑，將該催化劑用于碳酸乙烯酯加氫，具有高轉化率、高選擇性的優點；且涉及的制備方法簡單，適合推廣應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種氮摻雜碳負載金屬銅/氧化鈰復合催化劑，它以氮摻雜碳包覆氧化鈰為載體，金屬銅粒子均勻分步在載體表面；其中金屬銅的負載量為5～10wt％，載體中氧化鈰的含量為10～20wt％。

優選地，所述復合電催化劑中，金屬銅的負載量為5～8wt％，氧化鈰的負載量為10～15wt％。

上述方案中，所述復合電催化劑的比表面積為380～420m²/g，孔徑分布為2～6nm。

本發明還提供一種上述氮摻雜碳負載金屬銅/氧化鈰復合催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1)將碳源、氮源和鈰鹽進行混合、熔融、碳化，然后在保護氛圍下焙燒得到氮摻雜碳包裹氧化鈰的前驅體材料；

2)將步驟1)所得前驅體材料研磨均勻，然后將銅鹽溶液浸漬于干燥的前驅體材料中，烘干，再將所得固體混合物進行高溫焙燒、還原，即得所述氮摻雜碳負載金屬銅/氧化鈰復合催化劑。

上述方案中，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉中一種或幾種；

上述方案中，所述氮源包括氯化銨，氯化銨相對于尿素或碳酸氫銨有更低的熔點，同等條件下能在更低溫度下形成大量的孔結構，步驟(1)利用碳熱法將碳源、氮源和鈰鹽混合。

上述方案中，所述鈰鹽為氯化鈰、硝酸鈰中一種或二者混合物；優選為硝酸鈰，具有經濟、儲存更穩定、方便等優勢。