[发明专利]金属/α-MoC1-x负载型单原子分散催化剂、其合成方法与应用

说明书

本发明实施例公开了一种金属/α‑MoC_1‑x负载型单原子分散催化剂及其合成方法与应用，该催化剂以α‑MoC_1‑x为载体，且有质量分数1‑100％的金属以单原子形式分散于载体α‑MoC_1‑x上。本发明提供的催化剂在醇类水相重整制氢反应中适应的醇/水比例较宽，在各个比例均可取得优异的产氢性能，且其催化性能远优于氧化物载体负载的金属。尤其是当金属为Pt时，本发明提供的Pt/α‑MoC_1‑x负载型单原子分散催化剂在醇类水相重整制氢中催化性能远好于现有技术中Pt以层状分布于α‑MoC_1‑x载体上的Pt/α‑MoC_1‑x负载型催化剂；在190℃时,本发明提供的催化剂的产氢活性能够达到20000h^‑1以上。

技术领域

本发明涉及金属催化领域，特别涉及金属/α-MoC_1-x负载型单原子分散催化剂、合成方法与应用。

背景技术

使用化石能源产生的废气和固体颗粒远远地超过了环境的自动净化能力，清洁能源的开发不仅是解决能源问题的根本，也是解决环境问题的关键。氢能源是被大家公认的清洁、高热值的能源。氢能最有效的利用形式是氢能燃料电池，相比于内燃机燃烧反应，氢能燃料电池将化学能高效地转化为电能，利用率提高了40％～50％。但是由于储氢技术的落后，目前无论是以气体的形式储氢还是以液体的形式储氢，都存在压力过高，体积太大，安全系数低的问题。而如果将氢气以化学的形式储存于液体燃料(甲醇、甲酸、氨气)中，再通过一定的催化反应将储存的氢气原位释放出来供燃料电池使用，这个方法能够有效的解决燃料电池储氢困难的问题，从而推动氢能燃料电池的发展。

甲醇是最被看好的储氢液体材料，首先甲醇能够进行大规模工业化，其产值超过化石能源，同时甲醇具有高H/C比，储氢能力强，另外甲醇不含C-C键，易释放氢气并且副产物少。目前甲醇产氢的方法是通过重整，重整中研究较多的是甲醇的水蒸气重整和水相重整。对于水蒸气重整，目前的研究主要集中在 Cu基催化剂和贵金属(第VIII族)催化剂：Cu基催化剂反应温度在250～300℃，反应活性较高，但是催化剂易被水氧化，停止反应时，重整中的气体(H₂O和 CH₃OH)冷凝就会使催化剂失去40％甚至更多的活性；贵金属催化剂一般以氧化物作载体，但是在氧化物负载的贵金属催化剂上，甲醇更易发生分解反应，导致CO含量超过50％甚至更高，CO含量远远超过了燃料电池的耐受力(<100℃为低温氢燃料电池，CO含量需小于50ppm；100～200℃为高温氢燃料电池，CO 含量需小于5％)。水蒸气重整不仅要通过气化炉汽化反应物，由于CO含量偏高，还要再通过水蒸气迁移或选择性氧化对氢气进行纯化，整套装置繁琐复杂。水相甲醇重整直接将甲醇和水在溶液中进行反应，不需要对反应物进行汽化，同时在水相中反应能够大大降低CO的含量，这样就可省去对生成的氢气进行纯化，由此使甲醇水相重整与氢燃料电池一体化装置更加紧凑简单。但传统的Cu基催化剂在液相中无法稳定存在，氧化物负载的贵金属催化剂活性极低，不符合使用的要求。

发明内容

为解决传统的水相重整催化剂活性低的问题，本发明提供一种金属 /α-MoC_1-x负载型单原子分散催化剂、其合成方法与应用。技术方案如下：

本发明首先提供了一种金属/α-MoC_1-x负载型单原子分散催化剂，以α-MoC_1-x为载体，以金属为活性组分，且1-100％的所述金属是以单原子形式分散于载体α-MoC_1-x上的。

在本发明的一种具体实施方式中，有10-100％的金属，优选90-100％的金属，更优选100％的金属是以单原子形式分散于载体α-MoC_1-x上的。

在本发明的一种具体实施方式中，基于所述载体的总质量，所述金属负载量为0.01-50质量％，优选为0.01-10质量％，更优选为0.01-2质量％，最优选为 0.05-0.2质量％。