[发明专利]微纳结构铜基催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及微纳结构铜基催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

CO₂做为自然界中大量存在的碳源化合物，如何将其转化为燃料或高附加值的化学品成 为了许多研究者关注的焦点。其中，将CO₂转化为甲醇将是有望解决温室气体排放和化石燃 料替代品两大问题的有效途径，这是因为甲醇既是重要的有机化工原料，又是非石油基清洁 合成燃料。由于低压活性高、成本低、综合性能好等优点，铜基催化剂被广泛应用于CO₂加 氢领域。随着铜颗粒尺寸的减小，其催化活性显著提高。然而，较小的铜纳米粒子化学性质 活泼，在使用及热处理过程中容易聚集烧结，导致铜的活性表面积降低甚至失去活性，从而 不利于其工业化应用。因此，高活性、高分散性、强稳定性的铜基纳米材料的制备及其性能 研究已成为研究热点。为了抑制铜纳米粒子的烧结，通常可采用以下两种方法：一是将金属 铜纳米粒子沉积在具有大比表面积的载体上，使其高度分散；二是将催化剂限制在孔道或者 多孔材料的空穴中。但是在制备过程中，活性组分前驱体很容易在载体表面富集，尤其是当 负载量较高时，表面团聚现象更为严重，使活性铜颗粒不易高度分散、在后续的还原以及反 应过程中容易造成铜纳米颗粒的烧结并长大，从而影响催化反应活性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种微纳结构铜基催化剂及其制备方法与 应用，用于解决现有技术中存在的活性组分前驱体很容易在载体表面富集，尤其是当负载量 较高时，表面团聚现象更为严重，使活性铜颗粒不易高度分散、在后续的还原以及反应过程 中容易造成铜纳米颗粒的烧结并长大，从而影响催化反应活性的问题。

为了实现上述目的及其他相关目标，本发明提供一种微纳结构铜基催化剂，所述微纳结 构铜基催化剂包括以下重量百分比的组分：CuO：5％～40％，ZnO：2.5％～20％， Al₂O₃:40％～92.5％。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的一种优选方案，所述微纳结构铜基催化剂中Cu粒 子的粒径为6nm～16nm；所述微纳结构铜基催化剂的比表面为70m²/g～220m²/g。

本发明还提供一种微纳结构铜基催化剂的制备方法，所述的微纳结构铜基催化剂的制备 方法包括如下步骤：

1)将铜盐及锌盐加入到去离子水中，并向所述去离子水中加入碱溶液，搅拌至所述铜盐 及锌盐完全溶解得到前驱盐溶液；

2)将所述前驱盐溶液转移至容器中后置于油浴装置中，向所述前驱盐溶液中加入载体；

3)将所述油浴装置加热至第一温度，使加入所述载体的前驱盐溶液在所述第一温度下反 应得到沉淀物；

4)将所述沉淀物离心洗涤、干燥、焙烧，得到铜基微结构材料；

5)将所述铜基微结构材料在第二温度下还原，得到微纳结构铜基催化剂。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤1)中，所述 铜盐为硝酸铜、乙酸铜或碱式碳酸铜；所述锌盐为硝酸锌、乙酸锌或碱式碳酸锌。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤1)中，所述 碱溶液为氨水、碳酸铵或氨水与碳酸铵的混合溶液。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤2)中，所述 载体为氧化铝微球。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤2)中，边搅 拌边向所述前驱盐溶液中加入所述载体，并在加入所述载体后，继续搅拌一段时间。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，加入所述载体后，继续 搅拌的时间为1h。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤3)中，将所 述油浴装置加热至的所述第一温度为50℃～120℃。

作为本发明的微纳结构铜基催化剂的制备方法的一种优选方案，所述步骤3)中，加入 所述载体的前驱盐溶液在所述第一温度下反应得到所述沉淀物的同时得到上清液，当所述上 清液为无色时，反应结束。