[发明专利]一种核壳结构铜基催化剂及制备方法和应用

权利要求书

1.一种核壳结构铜基催化剂，其特征在于，所述催化剂以Cu为核，以具有介孔的SiO₂为壳层材料，其中，所述Cu的重量百分比为8％～25％，所述SiO₂的重量百分比为75％～92％；所述催化剂的内核Cu粒子粒径为2～15nm，SiO₂壳层材料的厚度为5～50nm，SiO₂壳层材料上介孔的孔径为0.5～20nm，所述催化剂的比表面积为400～700m²/g，所述催化剂通过包括如下步骤的制备方法制得：

(1)将铜盐溶于乙醇溶剂中，并加入聚乙烯吡咯烷酮，获得前驱盐溶液；

(2)将所述前驱盐溶液放置到水热釜中，在一定的加热温度和时间下，反应生成CuO纳米粒子；

(3)将所述CuO纳米粒子加入到乙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，搅拌，再加入十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，反应一段时间；

(4)将步骤(3)获得的产物离心洗涤、干燥、焙烧，获得核壳结构材料；

(5)将所述核壳结构材料在一定温度下还原，得到核壳结构铜基催化剂；

所述步骤(1)中，所述铜盐溶于乙醇溶剂后，铜盐的浓度为1～20mmol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮与铜盐的质量比为(5～20)：1；

所述步骤(2)中，所述水热釜为密闭的含聚四氟乙烯内衬的水热釜，将所述前驱盐溶液放置到所述水热釜后，在140～200℃下加热2～12h，反应生成CuO纳米粒子；

所述步骤(3)的混合溶液中，所述乙醇、去离子水和氨水的体积比为(10～30)：(10～30)：(1～2)；

所述步骤(3)中加入CuO纳米粒子、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯的质量比为1：(3～10)：(3～10)，反应12～72h。

2.如权利要求1所述的核壳结构铜基催化剂，其特征在于，所述催化剂的内核Cu粒子粒径为3～7nm，SiO₂壳层材料的厚度为8～20nm，SiO₂壳层材料上介孔的孔径为2～5nm。

3.一种如权利要求1或2所述的核壳结构铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将铜盐溶于乙醇溶剂中，并加入聚乙烯吡咯烷酮，获得前驱盐溶液；

(2)将所述前驱盐溶液放置到水热釜中，在一定的加热温度和时间下，反应生成CuO纳米粒子；

(3)将所述CuO纳米粒子加入到乙醇、去离子水和氨水的混合溶液中，搅拌，再加入十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯，反应一段时间；

(4)将步骤(3)获得的产物离心洗涤、干燥、焙烧，获得核壳结构材料；

(5)将所述核壳结构材料在一定温度下还原，得到核壳结构铜基催化剂；

所述步骤(1)中，所述铜盐溶于乙醇溶剂后，铜盐的浓度为1～20mmol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮与铜盐的质量比为(5～20)：1；

所述步骤(2)中，所述水热釜为密闭的含聚四氟乙烯内衬的水热釜，将所述前驱盐溶液放置到所述水热釜后，在140～200℃下加热2～12h，反应生成CuO纳米粒子；

所述步骤(3)的混合溶液中，所述乙醇、去离子水和氨水的体积比为(10～30)：(10～30)：(1～2)；

所述步骤(3)中加入CuO纳米粒子、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯的质量比为1：(3～10)：(3～10)，反应12～72h。

4.如权利要求3所述的核壳结构铜基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铜盐为硝酸铜或乙酸铜。

5.如权利要求3所述的核壳结构铜基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在60～100℃下干燥，400～600℃下焙烧4～8h得到核壳结构材料。

6.如权利要求3所述的核壳结构铜基催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述核壳结构材料在还原气H₂氛围中升温至200～350℃，还原2～12h得到核壳结构纳米铜基催化剂。

7.一种如权利要求1或2所述的核壳结构铜基催化剂的应用，其特征在于，用于CO₂加氢合成甲醇反应中，反应条件为：反应压力为3.0～7.0MPa，反应温度为200～300℃，质量空速为500～6000mL.gcat^-1.h^-1，H₂/CO₂摩尔比为2～5。