[發明專利]催化劑載體及其制備方法、催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110346082.5
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113058660B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 馮立綱;喬蔚
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00;B01J27/057;B01J35/02;B01J35/08;C01B19/00;C01B32/15;C25B1/04;C25B11/093;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 史霞;靳浩

本案涉及催化劑載體及其制備方法、催化劑及其制備方法和應用，該發明通過在現有碲納米棒上加入碳源，熱處理碳化來進行碳摻雜，制得一種納米粒子復合物，其可作為催化劑載體制備析氫催化劑，具有一定的應用價值。本發明中碲納米棒經碳摻雜后由原先的棒狀結構轉變為內層為碲、外層為碳的納米粒子結構，外層碳單質既可以起到保護內層碲在酸堿溶液中免受腐蝕，又可以起到固定表面貴金屬的作用，有效提高了催化劑的穩定性；內層碲具有親氧性，可通過碳單質層的電子轉移來調節碳層表面貴金屬的電子結構；本案制得的催化劑載體可以避免活性納米顆粒的聚集，并提供了更多暴露的活性位點，從而有利于提高其催化性能。

技術領域

本發明涉及能源催化領域，更具體而言，涉及一種催化劑載體及其制備方法、催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

節約能源與環境保護是未來建設可持續能源系統所面臨的兩個重要挑戰。為了加速向零碳生態系統的全球過渡并同時減少因過度使用化石燃料引起的環境污染和全球變暖，人們加快清潔和可再生能源的開發和研究。氫氣作為一種清潔、可持續、高能量密度的能源載體，被認為是一種很有前景的化石燃料替代品。然而，用于工業制氫的傳統氫氣或蒸汽甲烷重整路線既不環保，也不可持續，因為它不僅會加速化石燃料的消耗，還會增加二氧化碳的排放。電化學水裂解制氫具有高效、環保、可持續的特點，是一項很有發展前景的技術。

在催化劑制備過程中，引入載體是獲得優異電導率和提高電化學穩定性的一種有效方法。碲化物材料被報道具有作為催化劑載體的能力，碲的半金屬性質為調整復合材料的金屬結構和電子結構提供了可能。然而，碲納米棒并不能暴露較多的活性位點，表現出較差的活性。因此制備一種高效環保、價格低廉，且又具有優異的催化性能的催化劑仍是目前行業需要解決的一大難題。

發明內容

針對現有技術中的不足之處，本發明在現有碲納米棒上加入碳源，通過在惰性氣體氛圍下熱處理碳化來進行碳摻雜，引發碲納米棒的結構由原本的棒狀轉變為納米粒子，從而暴露出更多的活性位點，制備出一種高效析氫催化劑載體，其可用于負載貴金屬制備高效析氫催化劑，具有一定的應用價值。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種催化劑載體的制備方法，包括以下步驟：

S1、將一定量二氧化碲和氫氧化鈉溶于乙二醇中，攪拌均勻后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，之后加入抗壞血酸，攪拌均勻得到混合溶液；將混合溶液在145-155℃條件下水熱反應6h，反應完成后用水和丙酮沖洗并真空干燥制得所述碲納米棒；

S2、取所述碲納米棒置于含有一定量碳源的燒杯中，分散均勻后將溶液轉移至水熱反應釜中，175-180℃下水熱反應3h，隨后用水和丙酮沖洗并真空干燥得到灰黑色固體；

S3、將S2中灰色黑固體在惰性氣體下進行碳摻雜熱處理，得到催化劑載體。

進一步地，所述二氧化碲、氫氧化鈉、聚乙烯吡咯烷酮和抗壞血酸的質量比為1:2～3:0.5～1:2～3。

進一步地，所述熱處理條件為350～400℃下保溫時間100～200min，升溫速率為2～5℃min^-1。

進一步地，所述S2中，所述碳源為制備方法溫和的有機化合物，包括但不限于葡萄糖，碳源的濃度優選為0.08mol/L，碲納米棒與碳源的質量體積比優選為3～5mg:1mL。

本發明提供一種上述技術方案所述的制備方法制得的催化劑載體。

本發明還提供了一種析氫催化劑的制備方法，包括如下步驟：取上述技術方案中的催化劑載體分散于乙二醇中，混合均勻后加入聚乙烯吡咯烷酮和含有貴金屬的水溶液，攪拌均勻后轉移至水熱反應釜中，155-165℃下水熱反應6h，隨后用水和丙酮沖洗并真空干燥，得到析氫催化劑。

進一步地，所述催化劑載體、聚乙烯吡咯烷酮和貴金屬的質量比為2～3:30～50:1.2～1.6。