[发明专利]一种具有亚纳米复合结构的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有亚纳米复合结构的催化剂，所述催化剂以金属M为活性组分，氧化物NO_x为载体，活性组分M分别以原子团簇和单原子的形式分散在载体NO_x上。本发明所述催化剂通过以氧化物NO_x为载体，负载有以原子团簇(同一金属原子M⁰的团簇)和单原子(由M‑O‑N界面锚定的金属原子M)形式存在的活性组分M，使得该催化剂在用于羰基键活化方面表现出优异的反应活性及稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种具有亚纳米复合结构的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化石能源危机日益严峻，开发绿色可再生能源刻不容缓。生物质尽管是一种储量丰富的可再生资源，但由于其含氧量较高，无法直接代替化石燃料。在化学工业上，有效活化碳氧键被公认为是提高生物质燃料品质及获取高附加值化学品最有效的方法。然而当前加氢催化剂活性组分仍依赖于钯、铂、金、钌等贵金属，由于储量低、成本高，严重限制了其规模化应用。因此，开发具有高活性和稳定性的非贵金属催化剂具有迫切的应用前景。

众所周知，催化剂的活性和稳定性是工业化应用最关注的两个问题。为了提高催化效率，最有效的策略是将金属催化剂颗粒尺寸从纳米减小到亚纳米(团簇或单原子)，特别是近几年单原子技术的发展使为取代传统催化剂提供了可能性，然而，由于合成策略的复杂性、金属负载量低、原子金属的不稳定性等问题，使得单原子的工业化实际应用仍面临严峻挑战。为了提高催化剂的稳定性，通常将两种或多种不同的金属进行复合，通过两种或多种金属之间的协同作用来提高催化剂的稳定性，但由于其在原子水平上难以实现，也是一个棘手的难题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有亚纳米复合结构的催化剂及其制备方法，所述催化剂通过以氧化物NO_x为载体，负载有以原子团簇(同一金属原子M⁰的团簇)和单原子(由M-O-N界面锚定的金属原子M)形式存在的活性组分M，使得该催化剂在用于羰基键活化方面表现出优异的反应活性及稳定性。

本发明提出的一种具有亚纳米复合结构的催化剂，所述催化剂以金属M为活性组分，氧化物NO_x为载体，活性组分M分别以原子团簇和单原子的形式分散在载体NO_x上。

优选地，所述以原子团簇形式存在的活性组分M即为同一金属原子M⁰的团簇；所述以单原子形式存在的活性组分M即为以M-O-N界面锚定的金属原子M。

优选地，所述催化剂中，0.5-10wt％的活性组分M以原子团簇形式分散在载体NO_x上，1-49wt％的活性组分M以单原子的形式分散在载体NO_x上，50-95wt％的氧化物NO_x为载体。

优选地，金属M为铜、镍、钴、铁、锰、镁、锌中的一种或者多种的组合；氧化物NO_x为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈中的一种或多种的组合。

上述具有亚纳米复合结构的催化剂的制备方法，包括：将金属M的盐和氧化物NO_x进行水热反应得到催化剂前驱体；将该催化剂前驱体在还原气氛中煅烧还原，即得所述具有亚纳米复合结构的催化剂。

优选地，所述水热反应的温度为80-160℃，时间为6-48h；所述煅烧还原反应的温度优选为200-550℃，时间优选为1-12h。

优选地，所述制备方法具体包括：将金属M的可溶性盐和氧化物NO_x加入水中混匀，再加入碱性物质，搅拌形成均匀乳液；将该乳液置于水热反应釜中，在80-160℃下反应6-48h，过滤，洗涤，干燥后得到催化剂前驱体；将该催化剂前驱体置于还原气氛中，在200-550℃下煅烧还原1-12h，即得所述具有亚纳米复合结构的催化剂。