[发明专利]一种掺杂过渡金属氨分解催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种掺杂过渡金属氨分解催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括助剂、活性组分和载体；所述助剂为钴、铁、铜中的一种，所述活性组分为镍，所述载体为γ‑Al₂O₃。本发明制备的催化剂采用过渡金属作为助剂，产生尺寸更小、分散更均匀的微粒，有效降低反应所需的活化能，氨分解催化效果明显提高。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，特别涉及一种掺杂过渡金属氨分解催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

进入21世纪以来，传统化石燃料面临着即将枯竭的风险，同时带来的环境污染问题也日益严重，因此寻找一种能够替代化石能源的新型能源成为当务之急。在众多的候选中，氢能凭借着绿色环保和燃烧热值高等优势备受人们青睐，有望成为未来社会的重要能源载体。但是，氢能的安全性和储运问题成为氢能利用技术中的关键障碍，因此有必要寻找一种安全可行的氢载体。与氢相比，氨具有体积能量密度高(3.5 kWh·L^-1)、氢含量高(17.7wt%)、易于液化、可燃范围狭窄等优势，而且配套的储运技术和基础设施成熟，是一种极为安全有效的氢气储存形式。氨分解制氢技术无温室气体产生，流程简单，具有更好的环保和经济效益。

目前，氨分解制氢反应的催化剂主要有两类，一是以Ni、Fe、Co等为代表的价格低廉的过渡金属催化剂，二是以Ru、Pt等为代表的贵金属催化剂。开发高性能氨分解催化剂是将氨进一步分解制氢，推进氨储氢大规模商业化应用的关键。其中，Ru被认为是最高效的氨分解催化剂，但是昂贵的成本和较低的利用率限制了其在这一领域的大规模应用。在众多的候选中，Ni凭借着廉价、高效的优势而备受关注，但是，传统的镍基催化剂往往存在着催化活性差等问题。文献报道在镍基催化剂上掺杂金属可以改善催化剂的催化活性。例如，Lucentini等人将Ru掺杂到Ni/Al₂O₃中，并将RuNi/Al₂O₃与Ni/Al2O3、Ru/Al₂O₃的性能进行比较。结果表明，RuNi/Al₂O₃比Ni/Al₂O₃具有更高的催化活性，且比Ru/Al₂O₃具有更好的抗烧结性能。但是，贵金属的高成本和低利用率问题仍然限制其作为掺杂剂的大规模使用。

由此可见，现有的氨分解催化剂普遍存在催化活性差等问题，而为改善其性能采用贵金属掺杂剂又会出现成本较高、利用率低等缺点。因此，开发一种高活性和低成本的氨分解催化剂对于促进氨分解制氢技术的发展具有重要的意义。

发明内容

针对目前本领域存在的不足，本发明提供了一种掺杂过渡金属氨分解催化剂及其制备方法和应用。本发明制备的催化剂采用过渡金属作为助剂，产生尺寸更小、分散更均匀的活性中心，有效降低反应所需的活化能，氨分解催化效果明显提高。

一种掺杂过渡金属氨分解催化剂，所述催化剂包括助剂、活性组分和载体；所述助剂为钴、铁、铜中的一种，所述活性组分为镍，所述载体为γ-Al₂O₃。

作为优选，以质量百分比计，所述钴、铁或铜元素占催化剂的5%。

作为优选，所述助剂的前驱体为Co(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂中的一种。

作为优选，所述活性组分的前驱体为Ni(NO₃)₂。

本发明还提供了所述的掺杂过渡金属氨分解催化剂的优选制备方法，具体包括步骤：

（1）将助剂的前驱体和活性组分的前驱体加入到去离子水中溶解，制得溶液A；