[发明专利]用于有机液体储氢材料脱氢反应的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于有机液体储氢材料脱氢反应的催化剂及其制备方法，解决的技术问题是现有技术中存在的催化剂活性较差、脱氢速率较低的问题，本发明采用了催化剂在X射线光电子能谱中，催化剂表面原子比Fe:Pt为0.14～0.47；以重量份数计，包括如下组分：a)0.1～10份Pt‑Fe纳米颗粒或其氧化物，b)0.1～5份碱金属或其氧化物，c)0.1～10份镧系元素Ln或其氧化物，Ln选自La、Ce、Pr、Nd中的至少一种，d)80～99份载体S，S选自氧化铝、氧化硅、氧化钛中的至少一种的技术方案所提供的催化剂及其制备方法，在用于有机液体储氢材料脱氢反应时，具有脱氢速率较高的优点。

技术领域

本发明公开一种具有较高活性的用于有机液体储氢材料脱氢反应的催化剂及其制备方法。

背景技术

作为绿色可持续新能源的代表，氢能被广泛关注。21世纪初，中国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，争先开展了相关研究。氢能应用包括氢气制备、储存、运输和应用等环节，其中氢能储存是关键和难点。氢燃料车辆是氢能应用的主要途径，开发适用于氢燃料车辆的储氢技术是氢能大规模应用的前提。

目前，储氢技术主要有物理储氢、吸附储氢和化学储氢。物理储氢技术已经满足车辆的要求，但其对设备的高要求和苛刻操作条件使得此技术性能与效率之间的矛盾日益突出。吸附储氢和化学储氢是目前研究的重点，取得了一定研究成果，但是离车载储氢技术要求还有一定差距。化学储氢中的有机液体储氢技术(有机液体主要有：甲基环己烷，环己烷，四氢萘，十氢萘，全氢氮乙基咔唑，全氢咔唑等)是通过催化加、脱氢可逆反应来实现氢能的储存，该过程反应可逆，反应物产物可循环再利用，储氢量相对较高(约60～75kg H₂·m^-3，质量分数为6～8％)，符合国际能源署和美国能源部(DOE)规定的指标，并以有机液体形式进行长途输送或可解决能源的地区分布不均匀问题，真正符合绿色化学的要求，具有较强的应用前景。

有机液体储氢技术中同时存在加氢和脱氢过程，加氢过程相对简单，技术比较成熟，脱氢过程是一个强吸热、高度可逆的反应，因此从动力学和热力学两方面来看,高温都有利于脱氢反应进行，但高温下易发生裂解、积碳等副反应会导致催化剂的活性降低甚至失活，不利于脱氢反应进行。

由于制备方法简单并且成本低廉，Pt/Al₂O₃催化剂被广泛用来作为有机液体储氢材料的脱氢催化剂，但是此催化剂在制备过程中需高温焙烧并用氢气还原，由于Pt与Al₂O₃之间的相互作用属于较弱的相互作用，易导致Pt原子在制备过程中聚集，使尺寸变大，最终导致催化剂活性较低；加之Al₂O₃表面的弱酸性，在催化反应开始后能够很快地发生结焦，使得催化剂的活性即便在反应的最初几小时内也表现得较差，因此Pt/Al₂O₃不是有机液体储氢材料理想的脱氢催化剂，急需开展高活性脱氢催化剂的研究。由于在所有金属中，Pt的脱氢效果最好，因此在有机液体脱氢催化剂研究中，重点是选择合适的助剂以改变载体或调控载体的表面性质，起到调控Pt的尺寸、载体比表面积、载体酸碱性等作用，或者产生其它有益作用，使催化剂表现出更高的活性。

CN105102120A公开了一种环烷系烃用脱氢催化剂，该专利通过向Pt/Al₂O₃催化剂中引入第3族金属作为助剂。CN103443060B公开了一种用Pt-Sn脱氢催化剂催化饱和环状烃和五元环化合物脱氢的方法。

有机液体脱氢催化反应通常是将原料中的至少一个含杂原子或不含杂原子的非芳香环通过脱氢反应转化为芳香环或芳香杂环，其结构特点和热力学数据上的特点等等决定了有机液体脱氢催化反应及其催化剂不同于低碳烷烃脱氢、烷基芳烃脱氢或其它脱氢反应及其催化剂。因此就需要对有机液体脱氢催化剂特别是其中的助剂进行精细化的设计调控，本发明中提出的催化剂及其制备方法并未在文献或专利中报道，而且能达到良好的催化活性起到良好的催化效果。

发明内容