[发明专利]一种类钙钛矿La2NiO4制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法和用途，特别是涉及一种类钙钛矿La₂NiO₄催化剂的制备方法及应用。

背景技术

近二三十年来，为解决能源和环境的可持续发展问题，加之化石燃料日趋枯竭，开发利用清洁的可再生能源备受关注。而氢气作为一种清洁能源，正越来越多地受到人们的关注。

氢气是高效、清洁、可再生的能源，在全球能源系统的持续发展中将起到显著作用。氢与其它含能物质相比，具有一系列突出的优点。氢的能量密度高，是普通汽油的2.68倍；将氢转换为动力，热效率比常规化石燃料高30-60％，如作为燃料电池的燃料，效率可高出一倍。燃料电池在未来的能源结构中将占有重要的比例。

燃料电池所需要的氢一般是通过自然界中已经存在的碳氢化合物——天然气、煤、石油等一次能源中提取出来的，这种方法制取所得的氢，已经成为了二次能源，它不仅消耗掉了相当大的能量，而且所得效率相当低；并且在其制取过程还对环境产生了污染。因此人们对可再生资源(诸如太阳能和生物质)制氢产生了兴趣，

醇类是自然界中大量存在的生物质，具有成本低、来源广、易储藏的特点，因而醇类制氢受到广泛地关注。在醇类燃料中，乙醇相对于甲醇有几个突出的优点：低毒，安全性高；较高的能量密度；较高的辛烷值；低的光化反应性；高的汽化热；在催化剂上具有热扩散性等。在水蒸气重整反应中，乙醇的浓度为10％-25％。醇类用于熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)受到重视。研究重整乙醇制氢催化剂的焦点集中在发现一种可以阻止积碳产生和CO生成的高活性、高氢气选择性的催化剂。

乙醇水蒸气重整制氢催化剂常用的有以下几种(1)钴负载型催化剂(2)贵金属催化剂(3)镍负载型催化剂(4)铜基催化剂等。关于Ni，Co，Ni/Cu的乙醇水蒸气重整催化剂以及如Pd，Pt，Rh等贵金属催化剂已经有了广泛的研究。但是这些催化剂用于乙醇水蒸气重整制氢的效果不太理想，如何低温、低水汽比、高选择性地从乙醇中获得氢成为乙醇氢源技术研究的重点和难点。

钙钛矿和类钙钛矿复合金属氧化物是近年来研究较多的一种新型非金属功能材料，可作为磁电阻材料、磁制冷材料、燃料电池、导电陶瓷、氧分离膜与气敏材料、氧化还原催化剂而广泛应用于计算机、军事、航天通讯、工业催化等各个领域。钙钛矿的化学分子式为ABO3，其中，A为原子半径较大的稀土金属元素(如La、Pr、Sm、Ce、Gd等)或碱土金属元素(Ca、Sr、Ba)，B为原子半径较小的过渡金属元素(如Mn、Ti、Mo、Cr、Fe、Co、Ni等)。不同的A位和B位掺杂离子，往往会导致其材料结构和性质的改变。

近些年来，由钙钛矿(ABO₃)结构和岩盐结构(AO)交替组成的具有K₂NiF₄型结构的复合氧化物，因其也具有许多钙钛矿(ABO₃)结构所具有的优点并具有超导性等独特的电、磁学性质，在固体化学和固体物理领域内引起了人们广泛的兴趣。但在催化领域内，只是近年来才引起催化学家的兴趣。K₂NiF₄型稀土复合氧化物A₂BO₄比稀土钙钛矿型复合氧化物(ABO₃)具有更良好的晶体结构、高温稳定性以及较高的氧化、还原等催化活性，已经成为一种继ABO₃之后更有发展前景的新型材料。近年来已被应用于汽车尾气净化、NOx的消除、氧化反应和甲烷氧化偶联、甲烷二氧化碳重整以及纳米碳管的研究等反应，显示出良好的应用前景。在A₂BO₄化合物中，通过选择不同的掺杂原子和制备方法使其具有较高的催化活性，从而满足工业化的要求，同时探索A₂BO₄在不同反应中的应用，进一步扩大其应用范围，也是今后研究的重点。