[發明專利]一種催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011264237.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN114471549A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 柳林;鞠曉花;陳萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/58
• 分類號: B01J23/58;B01J27/232;C01B3/04
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 李翠

本申請公開了一種催化劑及其制備方法和應用，所述催化劑包括載體和活性組分，所述活性組分負載在所述載體上；所述活性組分選自金屬元素；所述金屬元素選自釕；所述載體為氧化鎂固體堿。該催化劑制備工藝簡單，成本低，貴金屬釕含量低，可在較低溫度下(350～450℃)實現氨的分解反應，制備無CO_x的氫氣，且催化劑具有高活性和高穩定性等優點，具有潛在的應用前景。

技術領域

本申請涉及一種催化劑及其制備方法和應用，屬于催化領域。

背景技術

以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池(PEMFC)因其能量轉換效率高、無污染等優點，日益受到受到學術界和工業界的的重視。現場制氫技術是阻礙氫能燃料電池大規模應用的主要因素之一。液氨作為大宗工業化學品，具有來源廣泛，儲氫量大(17.7wt％)，能量密度高等優點，作為液態儲氫介質開始受到國內外研究機構及企業界的關注。作為儲氫介質，氨具有儲氫量大(17.7wt％)、能量密度高(3000W·h/kg)、合成技術成熟，價格低廉，并且氨氣易液化，儲存和運輸方便等特點，是一種理想的氫能源載體。

開發高效的氨分解催化劑是實現液氨作為大規模儲氫介質應用的關鍵，也是未來實現氫能與可再生清潔能源耦合利用的關鍵技術之一。近年來，催化氨分解制氫技術開始受到學術界和產業界關注。伴隨著燃料電池技術的飛速發展，氨分解制備無CO_x燃料電池用氫技術目前已成為能源催化領域的研究熱點。現有的氨分解催化劑以負載型金屬催化劑為主，活性組分包括Fe、Ni、Co、Ru等金屬，其中Ru基催化劑表現出優異的催化活性。在過去的研究中，相繼開發了不同類型的載體如氧化物(氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、鎂鋁尖晶石)、沸石分子篩、碳基(活性碳、碳納米管、碳納米纖維)材料等來負載Ru納米顆粒，提高Ru基催化劑的氨分解催化活性。

固體堿如堿土金屬氧化物及氫氧化物、堿金屬氧化物，負載型堿金屬和堿土金屬氧化物等作為催化劑在烯烴異構化、酯交換反應、Michael加成反應、醇脫氫和縮合等多種反應中得到了廣泛的應用。固體堿作為催化劑具有獨特的理化性質和催化性能，具有反應條件溫和、高活性和選擇性等優點，是一種環境友好型固體催化劑。文獻(AppliedCatalysis A:General301(2006)202–210；發明專利：200510031519.7)報道了氧化鋯基和氧化鋁基固體堿作為載體負載釕制備的催化劑具有較好的氨分解催化活性。文獻(Journalof Catalysis 185,506–512,1999)結果表明以金屬K改性納米晶MgO制備的固體堿K/MgO具有特殊的表面化學性質，在丙烯-乙烯混合物到戊烯和庚烯催化反應中表現出較好的催化效果。將MgO基固體堿作為載體負載活性金屬制備催化劑，不僅可以保留固體堿獨特的結構性質及較強的堿性，而且可以優化載體與活性金屬的相互作用為新型高效釕基氨分解催化劑的設計制備提供新的思路，但到目前為止，相關研究未見報道。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種新型氧化鎂固體堿負載釕催化劑，該催化劑制備工藝簡單，成本低，貴金屬釕含量低，可在較低溫度下(350～450℃)實現氨的分解反應，制備無CO_x的氫氣，且催化劑具有高活性和高穩定性等優點，具有潛在的應用前景。

根據本申請的第一方面，提供了一種催化劑，所述催化劑包括載體和活性組分，所述活性組分負載在所述載體上；

所述活性組分選自金屬元素；所述金屬元素選自釕；

所述載體為氧化鎂固體堿。

可選地，所述氧化鎂固體堿為堿改性的氧化鎂。

可選地，所述堿選自金屬A單質和/或金屬A化合物；

所述金屬A選自鋰、鈉、鉀、銫中的至少一種。

可選地，所述金屬A化合物選自金屬A氧化物、金屬A氫氧化物、金屬A氯化物、金屬A碳酸鹽、金屬A碳酸氫鹽、金屬A硝酸鹽、金屬A硫酸鹽中的至少一種。