[发明专利]一种钌基氨分解制氢催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钌基氨分解制氢催化剂，包括活性组分、促进剂和载体；活性组分为钌，促进剂为铯和/或钾，载体包括氧化镁、活性炭、氧化铈、氧化钼、氧化钨、氧化钡和氧化钾。本发明还公开了所述钌基氨分解制氢催化剂的制备方法和应用。与现有技术相比，本发明提供的钌基氨分解制氢催化剂的制备成本低、工艺简单，具有较高的低温催化活性和良好的耐热性能。

技术领域

本发明涉及氨分解制氢技术领域，具体涉及一种钌基氨分解制氢催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

因环境污染和温室效应等问题，以传统碳基化石能源为主的能源结构面临着巨大的挑战。氢能因其清洁、单位质量能量密度高、来源广泛等优点，被认为是未来化石燃料的替代性能源。伴随着氢燃料电池技术的逐步产业化，氢能的高效、无碳利用也将得以实现。目前需要解决的一大关键难题是高效、安全的储氢技术。

氨不仅是重要的无机化工产品，其作为氢载体也具有独特的优势。氨易于液化、具有刺激性气味、不可燃且低浓度下无毒害、储氢密度高、生产储运技术成熟，并且制氢过程中无碳排放，是一种高效、清洁和安全的储氢载体。

氨分解制氢反应主要采用以钌、铂为代表的贵金属催化剂和以铁、镍为代表的非贵金属催化剂。铁基、镍基等非贵金属催化剂在550℃以上具有较好的催化活性，但在低于500℃的中低温区难以提供令人满意的催化性能。钌基催化剂具有较高的低温活性和稳定性，但其催化性能与载体、助剂和制备方法密切相关。

中国专利文献CN1456491A公开了一种基于碳纳米管为载体的氨分解制氢催化剂，其是以钌为活性组分的催化剂，在400-500℃表现出良好的催化活性。但在该技术方案中，氨分解制氢的过程中容易在氢气气氛中发生甲烷化，导致出现催化剂载体流失、催化剂结构破坏等问题，从而影响氨分解效果；同时，该技术还存在碳纳米管造价高，钌的负载量较高，制备成本高的问题。

中国专利文献CN1506300A公开了一种以SiO₂、Al₂O₃或活性炭为载体的钌基氨分解制氢催化剂及其制备方法，其载体成本相对碳纳米管造价较低，但催化氨分解温度为550℃以上，存在催化温度高的缺点。

到目前为止，低成本制备具有较高低温催化活性钌基氨分解催化剂仍然是制约氨分解制氢技术的关键技术瓶颈。因此，提供一种成本低、工艺简单、在中低温条件下仍有较高催化活性的钌基氨分解制氢催化剂，对于促进氨分解制氢工艺作为在燃料电池氢源中的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的钌基氨分解制氢催化剂在中低温条件下催化活性差、稳定性差的缺陷，从而提供一种稳定性好、中低温下氨分解催化活性高、钌金属分散度高以及耐毒性好的钌基氨分解制氢催化剂。

本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的钌基氨分解制氢催化剂制备成本高、稳定性差的缺陷，从而提供一种稳定性好、工艺简单、制备成本低的钌基氨分解制氢催化剂的制备方法。

本发明要解决的再一个技术问题在于克服现有技术中的钌基氨分解制氢催化剂在中低温条件下催化活性差、稳定性差的缺陷，从而提供一种钌基氨分解制氢催化剂用于氨分解制备无碳氢气的应用。

为此，本发明提供了一种钌基氨分解制氢催化剂，包括活性组分、促进剂和载体，所述活性组分为钌，所述促进剂为铯和/或钾，所述载体包括金属氧化物和活性炭的复合载体。

进一步地，所述活性组分、促进剂和载体的质量比为2-6：4-10：100。

进一步地，所述活性组分、促进剂和载体的质量比为4-6：5-10：100。

进一步地，所述金属氧化物为氧化镁、氧化铈、氧化钼、氧化钨、氧化钡和碱金属氧化物。