[发明专利]一种用于氨分解制氢的氧化镁载钌催化剂及其制备和应用

说明书

一种用于氨分解制氢的氧化镁载钌催化剂制备方法及其应用，该催化剂以氧化镁为载体，以金属钌为活性成分，钌颗粒均匀的分散在氧化镁的表面，其中钌含量占催化剂总重量的0.5～10wt.％。本发明利用沉淀沉积法制备氧化镁载钌催化剂前驱体，得到的产物经洗涤，干燥，再在还原气氛下还原，可制得钌高度分散的氧化镁载钌催化剂。本发明制备方法简单，利用成本较低的氧化镁作为载体，制备的氧化镁载钌催化剂具有金属分散性好、催化活性高、稳定性好等优点，可用于催化氨分解制氢过程。

技术领域

本发明具体涉及一种用于氨分解制氢的高活性氧化镁载钌催化剂的制备及其应用。

背景技术

随着环境污染和温室效应日益严重，能源与环境面临的可持续发展已成为各国非常关心的重大国际政治问题。氢能是一种非常清洁的二次能源，具有传统能源所无法比拟的优越性。氢燃料电池和电动汽车正在全世界试验并逐步走向产业化。氢能的规模化利用涉及氢的生产、储存和运输、应用三个相关环节，其中高效安全的储氢技术是影响氢能汽车推广应用的关键技术，也是目前的主要技术障碍。

氨是一种理想的氢载体，具有储氢密度高、易于液化、生产储运技术成熟等优点。与其他制氢技术相比，氨分解制氢技术无CO_x污染，流程简单，装置易小型化，存储安全可靠，设备简单，具有更大的经济效益。近年来，氨催化分解为燃料电池提供无CO_x氢技术开始受到广泛的关注，被认为是解决燃料电池氢能来源的有效途径之一。目前氨分解制氢反应所用的催化剂主要包括以Ru为代表的贵金属催化剂(Ir、Pt等)和以Fe、Ni为代表的过渡金属催化剂(Co、Mo等)。Fe和Ni基催化剂价格低廉，但是催化活性较低，需要在700℃以上才能实现较高转化。Ru基催化剂具有较高的低温活性，稳定性好，具有较好的应用前景。和Fe和Ni基催化剂相比，Ru基氨分解催化剂成本相对较高,需要进一步降低钌基催化剂的负载量，提高催化剂的低温活性。

徐柏庆等人发现碳纳米管负载的Ru基催化剂在400-500℃之间表现出非常好的催化活性，性能高于常见的氧化物负载Ru基催化剂(Catalysis Today,93-95(2004),27-38)。然而碳纳米管和价廉易得的氧化物载体相比，目前碳纳米管不仅成本较高，而且在反应条件下容易发生甲烷化，限制了其大规模实际应用的可能。氧化镁负载钌催化剂的制备大多采用浸渍法来制备，得到的氧化镁负载钌催化剂金属粒子尺寸分布较宽，在反应过程中容易烧结团聚，导致钌颗粒粒径变大，催化剂活性降低。催化剂的性质与催化剂的制备方法、制备条件密切相关。催化剂的制备方法不同，得到的催化剂性能会有很大差异。徐恒泳等使用多元醇还原-均相沉淀法制备了Ru/MgO催化剂(Catalysis Communications,7(2005),148-152)，该催化剂Ru负载量低、催化剂粒径分布窄，催化剂活性明显高于传统浸渍法制备的钌基催化剂。到目前为止，低成本制备具有较高低温催化活性钌基氨分解催化剂，仍然是是制约氨分解制氢技术的关键技术瓶颈。

因此，提供一种成本低、工艺简单并且能够大规模制备高活性钌基氨分解催化剂的方法对于促进氨分解制氢工艺作为在燃料电池氢源中的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于氨分解制氢的高活性氧化镁载钌催化剂的制备及应用，本发明制备的氨分解催化剂可以在较低温度和较高空速下将氨气转化分解成氮气和氢气，并且具有良好的稳定性。

本发明提供了一种用于氨分解制氢的高活性氧化镁载钌催化剂，该催化剂以氧化镁为载体，以钌为活性组分，钌颗粒均匀分散在氧化镁的表面；其中钌含量占催化剂总重量的0.5～10wt.％。

本发明提供了用于氨分解制氢的高活性氧化镁载钌催化剂，所述氧化镁载体的比表面积为20～600m²/g。

本发明提供了一种利用沉淀沉积法制备用于氨分解制氢的高活性氧化镁载钌催化剂的方法，该方法包括以下步骤：