[发明专利]一种CuAu双金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂制备领域，具体涉及一种CuAu双金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，环境污染问题日益加剧。其中二氧化碳导致的环境污染和温室效应已经引起了国内外众多科学研究工作者的广泛关注。CO₂是含碳化合物的最终产物，是碳家族中最为廉价的化合物，又是自然界中存在的最丰富的碳资源。因此，研究和开发CO₂资源综合利用具有非常重要的经济价值和现实意义。

甲醇与乙二醇是化学工业中的两种重要产物。甲醇有“甲醇经济”之称，用途广泛，不仅是重要的有机化工原料、优质的清洁环保的液体燃料，还是氢气储存和能量储存的良好载体。此外，甲醇也是一种良好溶剂。中国作为甲醇的消费大国，消费总量约占全球甲醇总量的45％。乙二醇作为一种重要的有机化工原料，在工业生产中应用广泛，其不仅以单体的形式广泛应用于生产聚酯树脂、醇酸树脂和聚酯纤维中，还是润滑剂、增塑剂、油漆、胶黏剂、表面活性剂等常见化学品的原材料。此外，乙二醇也可作为液体燃料应用于燃料电池领域。

因此，以可再生的CO₂资源进行加氢反应合成甲醇与乙二醇，对资源、能源环境和社会的可持续发展具有重要意义。但CO₂直接催化加氢合成甲醇因其热力学稳定性和动力学保护性而受到限制。而CO₂与环氧乙烷制备碳酸乙烯酯(EC)已实现工业化，并具有很高的反应活性和选择性。因此，以CO₂为原料，首先制备碳酸乙烯酯，然后将碳酸乙烯酯作为CO₂的载体，进一步与氢气在温和条件下反应生产甲醇同时联产乙二醇，实现利用CO₂高效间接联产甲醇与乙二醇的目的，具有很大应用潜力。

利用CO₂高效间接联产甲醇与乙二醇的关键在于碳酸乙烯酯加氢联产甲醇与乙二醇过程高效催化剂的开发。虽然均相催化剂pincer-type Ru^II具有较高的催化活性，但存在催化剂与产物分离的难题，且催化剂制备成高，因此需要发展高效的易分离的多相催化剂。

目前，有关碳酸乙烯酯加氢反应的催化剂报道主要集中在少数几种铜基催化剂上，而铜基催化剂催化活性仍存在较大提升空间。近年来，Au纳米颗粒以其优越的催化性能而备受广泛关注，有研究表明Au活性位上可解离活化H₂，且Au与Cu均位于IB族，具有相似的晶格结构使其易形成合金以提高整体抗烧结能力和降低整体颗粒尺寸，进而提高催化活性。因此，可以通过引入第二种金属Au调变活性中心Cu的电子性质，利用铜金的协同作用进一步提升催化剂活性，提高对碳酸乙烯酯加氢反应的催化效率。

CN 102553615A中公开了一种草酸酯加氢铜-金双金属催化剂及其制备方法，首先用高分子修饰载体，然后依次加入金、铜组份制备催化剂前驱体，再将催化剂前驱体还原后得到铜-金双金属催化剂。该催化剂采用两步法制备铜-金双金属催化剂，不利于得到高分散Cu-Au双金属催化剂；且制备工艺复杂，制备过程中涉及有机高分子，有机胺、四氢呋喃等有机试剂，成本偏高，存在安全隐患。

目前，负载型铜基催化剂主要采用浸渍法。CN 106076396A中公开了一种CO₂加氢制甲醇的铜-金双金属催化剂及其制备方法，先制备Au/NH₂-SBA-15，然后再通过加入铜组分制备催化剂前驱体，再将催化剂前驱体还原后得到铜-金双金属催化剂。该制备方法为两步浸渍法，在制备过程中存在活性组分铜分布不均匀、催化剂稳定性差、催化活性较差等问题。

因此，需要开发催化效率更高、性能更优异的催化剂，以满足工业应用需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种CuAu双金属催化剂及其制备方法和应用，通过蒸氨法制备得到CuAu双金属催化剂，提高了Cu与Au的分散性，使得到的催化剂具有更高的活性，进而提高了催化效率，为高分散、高活性的负载型CuAu双金属催化剂的制备提供了新的手段。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

第一方面，本发明提供一种CuAu双金属催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将铜源、金源溶解于溶剂中，加入氨水调节pH，得到金属氨配合物溶液；

(2)向步骤(1)得到的金属氨配合物溶液中加入含硅的分子筛，加入氨水调节pH，搅拌后得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的混合液加热蒸发除去氨，得到固体复合物；