[发明专利]石墨烯复合材料合成氨催化剂及制备方法和制备氨气方法

权利要求书

1.石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：包括含有石墨烯复合金属氧化物和石墨烯复合金属氢化物，先通过金属氢化物拓扑还原引入H^-后形成石墨烯复合氧氢化合物，然后通过金属化合物溶液引入金属基形成具有催化活性的金属基石墨烯复合氧氢化合物。

2.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料氨分解催化剂，其特征在于：所述石墨烯复合金属氧化物为有空位的石墨烯和金属氧化物通过水热法制备得到。

3.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：所述石墨烯复合金属氢化物为有空位的石墨烯和金属氢化物通过水热法制备得到。

4.根据权利要求2或3所述的石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：所述有空位的石墨烯的制备方法如下：通过氧化石墨烯，以苯为额外碳源，在真空反应炉以及氮气气氛保护下400-600℃高温下热解，得到有空位的石墨烯。

5.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：所述金属氧化物为带有Li⁺,、Na⁺,、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Ti⁶⁺、V⁶⁺、Cr³⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺或Ga³⁺一种或多种的上述金属离子组成的氧化物。

6.根据权利要求1或3所述的石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：所述金属氢化物为NaH、KH、MgH₂或CaH₂的一种或多种。

7.根据权利要求1或2或3或5所述的石墨烯复合材料合成氨催化剂，其特征在于：所述金属化合物溶液为Ru₃(CO)₁₂溶液、Fe(acac)₃溶液或Co(acac)₃溶液的一种或多种。

8.石墨烯复合材料合成氨催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)以苯、金属基氧化物为原料利用管式炉加热挥发苯与金属基氧化物，在真空反应炉以及氮气气氛保护下，控制反应温度为400-600℃，高温热解合成空位的石墨烯；

(2)在充满N₂的氛围中混合金属氧化物与金属氢化物，并在400-700℃下温度条件下，在一个抽真空密封的的石英管中混合金属氧化物和与金属氢化物，所述金属氧化物和与金属氢化物的摩尔比为(1)：(2.5-3.5)，并将空位的石墨烯、金属氧化物和与金属氢化物密封在一个抽真空的耐热玻璃管中，反应得到石墨烯复合材料反应初产物；

(3)将所述石墨烯复合材料反应初产物用NH₄Cl/甲醇洗涤，并通过真空干燥得到石墨烯复合材料粉末。

(4)在充满氮气或氩气气氛保护的环境下，将金属氢化物混合所述石墨烯复合材料粉末，放入钢制反应器中，制备得到石墨烯复合氧氢化合物；

(5)将石墨烯复合氧氢化合物加入到金属化合物溶液中，在室温下搅拌2-5小时后，在真空加热下除去金属化合物溶液的溶剂部分，收集金属基石墨烯复合氧氢化合物粉末，在真空下密封在一个热释光管中，并在加热炉中以1.7℃的速度加热到550-800℃，持续2-5小时，制备得到石墨烯复合材料合成氨催化剂。