[发明专利]一种以四方钛酸钡为载体的Ru基催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种以四方BaTiO₃为载体的Ru基催化剂及其制备方法和应用，其是通过控制反应条件制得四方相BaTiO₃，然后以所得四方相BaTiO₃为载体，在其上负载Ru纳米粒子，而制得所述催化剂。本发明制备方法简单易行，且其以具有光吸收特性的BaTiO₃为载体，使所得催化剂可利用光热耦合作用实现CO₂甲烷化催化效率的提高，并降低反应温度，有利于推广应用。

技术领域

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种以四方BaTiO₃为载体的Ru基催化剂及其制备方法和应用，该催化剂可通过光热耦合作用提高CO₂甲烷化的效率。

背景技术

随着工业化进程的发展，以煤、石油、天然气等不可再生能源的需求与日俱增，在人类过度使用化石燃料的过程中，又会引发能源短缺、全球变暖、环境污染等重大问题。因此，利用清洁能源，减少CO₂的排放变得尤为重要。因此，光催化CO₂还原可作为减少空气中CO₂含量的有效途径而引发了人们的兴趣。

另一方面，氢能虽然被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，有着来源广、热值高等优点，但由于其易燃易爆的特性导致氢气在存储、运输上受到了极大的制约，也限制了其自身的大规模应用。使用氢气将CO₂光催化还原为CH₄等产物，可一举解决温室气体排放、太阳能利用及氢气的存储利用三个难题。

传统的CO₂甲烷化主要是利用高温热催化进行的，虽然高温有利于反应速率的提高，但同时也造成了其他副反应的发生，如碳气化、甲烷裂解及逆水煤气反应等，因此，随着反应的进行催化剂性能会降低乃至失活，缩短了催化剂的寿命。同时从热力学角度上看，CO₂甲烷化反应在高温下也会受到热力学的制约，而低温才更有利于CO₂甲烷化反应的进行（研究表明，CO₂的转化率呈现随体系温度的升高先降低后逐渐升高的现象，而CH₄的选择性随温度的升高而下降，体系温度小于400℃时有利于CO₂的甲烷化反应）。因此，开发出具有高效低温催化活性的甲烷化催化剂明显有利于反应的进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种以四方BaTiO₃为载体的Ru基催化剂及其制备方法与应用，其通过以BaTiO₃为载体，成功地将光能引入到反应体系当中，利用光能代替一部分热能，从而可降低CO₂甲烷化反应的温度，降低能耗，同时，通过控制BaTiO₃的晶型，可促进所得催化剂对CO₂的吸附和活化，从而提高CO₂甲烷化的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以四方BaTiO₃为载体的Ru基催化剂，其是以四方相BaTiO₃为载体，Ru纳米粒子为活性组分构成的高分散负载型催化剂；其中，Ru纳米粒子在催化剂中的含量为1wt%。

所述催化剂的制备方法是通过控制反应条件，先制备四方相BaTiO₃作为载体，再利用光还原法在所得四方相BaTiO₃上负载Ru纳米粒子，而制得所述催化剂。其包括以下步骤：

（1）按Ba(OH)₂与钛酸四丁酯的摩尔比为1.4:1，将Ba(OH)₂溶液滴加于钛酸四丁酯（TBT）的水/乙醇溶液（水和乙醇的体积比为1:1）中，搅拌0.5h后，于200℃水热反应24h，再经水洗、80℃烘箱干燥8h，1000℃煅烧2h，制得白色的四方相BaTiO₃；