[发明专利]一种铂修饰铟基氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铂修饰铟基氧化物催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的组成主要是贵金属活性组分Pt和氧化物载体In₂O₃。采用Pt/In₂O₃复合催化剂，有利于提高二氧化碳加氢反应的活性，在高压下应用于二氧化碳加氢合成甲醇的反应中，能实现大于15％的二氧化碳转化率及大于80％的甲醇选择性。本发明的工艺路线简便，具有高选择性、高转化率、高产率的特点，且反应条件较为温和，原料易得具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂技术及能源化工领域，具体涉及一种铂修饰铟基氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近60年来，全球能源需求快速增长，人为排放的二氧化碳不断增加，导致了气候恶化，全球变暖等严重的环境问题。CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的重要途径之一，并具有广阔的应用前景。甲醇是一种清洁高效燃料，可以用做汽油添加剂；此外，甲醇不仅是制备C₂-C₄高级烯烃的原料，又是制备医药、化妆品、聚酯等诸多精细化工品的重要原料，因此二氧化碳催化转化为甲醇受到了诸多关注。

由于CO₂化学性质稳定、活化困难，导致该反应的转化率普遍较低，而甲醇的生成属于放热反应，热力学上低温有利于甲醇生成。但是低温却不利于二氧化碳的活化，因此需要选择合适的反应温度以及设计更为高效的催化剂。

另一方面，一氧化碳与甲醇是二氧化碳加氢反应中两种相伴相生的产物，二者具有相似的中间体，且发生在相同的催化位点上，从而造成两者的选择性都不高；因此如何促进CO₂活化转化并调节产物选择性，继而能够高效地得到甲醇是一个亟待解决的问题。

目前，广泛研究的合成甲醇催化剂是铜锌铝催化剂，如专利CN 103272607 A所报道铜基催化剂二氧化碳的转化率较高，但是甲醇选择性只有60％左右，且在高温反应条件下容易烧结失活。近些年来，在一定反应条件下拥有较高甲醇选择性的铟基催化剂获得了广泛关注。但铟基催化剂的反应条件相对苛刻，如上海高等研究所CN 110479235 A专利报道的一种六方相的氧化铟需要较高的反应温度(360℃)，更高的氢气占比[n(H₂)/n(CO₂)＝6]才能拥有不错的催化表现。此外，铟基催化剂的催化活性和稳定性都较差且易高温失活。据报道(DOI:10.1039/d0gc01597k)，文章中通过沉积沉淀法将金属Pt负载在In₂O₃上虽然提高了催化剂的稳定性，但是在其最佳反应温度(300℃)下的选择性仅为54％，催化活性并不理想。

因此，催化剂如何在提高催化活性和稳定性的同时降低反应温度仍然面临着巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高甲醇的收率、降低反应温度和氢气分压的铂修饰铟基氧化物催化剂及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明催化剂采用Pt/In₂O₃复合材料，其In₂O₃载体具有特殊的板状形貌,具有较大的比表面积，易于反应气体和催化剂接触，通过Pt修饰特殊形貌的In₂O₃，使其金属/氧化物界面处活性位点增多，一方面显著提高了产物甲醇的收率，另一方面有效降低了反应的温度和氢气分压；