[發明專利]一種用于氨分解制氫Ru基催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202210322181.4
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114570361B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 羅宇;歐陽東;陳崇啟;江莉龍;林立
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J27/24;B01J37/10;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明涉及了一種用于氨分解制氫Ru基催化劑及其制備方法，該催化劑包括活性組分和載體；所述活性組分為活性金屬釕，所述載體為碳層包覆二氧化硅；該催化劑通過引入碳層修飾SiO₂作為氨分解催化劑的載體，所制備的催化劑表面堿性較強，同時載體與活性金屬之間形成很強的相互作用；有利于增強載體與活性金屬之間的電子轉移，減弱活性組分與NH₃的分解產物NH₂、N或H之間的相互作用，促進活性組分與載體之間的電子轉移以及生成物N₂和H₂的脫附，提高催化劑的低溫活性，提高氨分解效率。

技術領域

本發明屬于氨分解制氫技術領域，具體涉及一種氨分解制氫催化劑及其制備方法。

背景技術

氫氣（H₂）是一種理想的能源載體和清潔能源提供者，在雙碳目標下，氫能被視為是解決能源和環境問題的最佳方案之一。然而現有較為成熟的高壓儲氫技術，因存儲和運輸成本十分高昂而制約著氫能的廣泛應用；因此，各種原位制氫技術應運而生。

氨含氫量高（17.6 wt%），常溫、8 atm下即可液化，且我國氨產業鏈十分成熟；氨分解制氫(2NH₃ → 3H₂ + N₂)反應無有害氣體產生，殘余的氨可吸附去除，符合綠色化學理念。因此，氨被認為是一種理想的儲氫介質，經由氨分解反應制取氫氣，結合氫燃料電池技術，有望推動氫能源產業變革。然而現有的氨分解催化劑工作溫度高（800℃），能耗高，本質安全性差；為達到節能降耗目的，開發低溫高效的氨分解制氫催化劑具有重要意義。負載型釕基催化劑的氨分解性能優異，同時碳載體因其優異的載體特性而被廣泛使用。

中國專利文獻CN1456491A公開了一種基于碳納米管載體的氨分解制氫催化劑，該催化劑活性組分為釕，在400-500℃內表現出良好的催化活性。但在該技術方案中，催化劑在應用過程中容易發生甲烷化反應，出現催化劑載體流失、催化劑結構破壞等問題，進而影響催化氨分解效率。

中國專利文獻CN1506300A公開了一種以SiO₂、Al₂O₃或活性炭為載體的釕基氨分解制氫催化劑及其制備方法，其載體成本相對碳納米管造價低，但催化氨分解溫度為550℃以上，中低溫催化氨分解效果不佳，存在催化溫度高的缺點。

綜上所述，釕基氨分解催化劑依然受制于低溫催化活性較低的問題；而碳載體高溫穩定性問題也未得到改善。因此，結合碳和SiO₂載體的優勢，提供一種低成本、簡工藝、在中低溫條件下仍有較高催化活性的釕基氨分解制氫催化劑，對于促進氨分解制氫工藝作為在燃料電池氫源中的應用具有重要的意義。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中氨分解催化劑的低溫催化活性低，提供一種低溫催化活性高、氨分解效果好、氨氣處理效率高且穩定性高的氨分解催化劑及其制備方法和應用。為此，本發明提供了一種氨分解制氫Ru/C@SiO₂催化劑，以SiO₂為載體，通過碳包覆在載體SiO₂表面，解決了含碳物質在高溫下的不穩定性同時又充分利用SiO₂載體特性，降低了活性組分Ru負載量，進一步提升經濟性，提供一種高效穩定的氨分解催化劑。

所述的氨分解催化劑，所述活性組分為釕，以質量百分比計，釕占催化劑的0.5–3.0%。

本發明提供了所述的氨分解催化劑的制備方法，包括以下制備步驟：

1）將硅源分散在醇溶劑中，再加入堿溶液，室溫攪拌并加入表面活性劑F127、源、間苯二酚和甲醛溶液，然后100 ℃水熱反應24 h，焙燒后制得碳包覆SiO₂復合載體（C@SiO₂）；