[发明专利]一种多夹层复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种多夹层复合催化剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种多夹层复合催化剂的制备方法，包括在模板上依次沉积首层氧化物、第I活性金属、中间氧化物、第II活性金属和表层氧化物，再依次经焙烧和还原，得到多夹层复合催化剂；所述第I活性金属与第II活性金属为种类不同的活性金属。本发明通过交替沉积氧化物和活性金属，形成多夹层结构，使活性中心的位置和间隔距离得到精准控制。实施例结果表明，利用本发明提供的方法制备得到的多夹层复合催化剂，用于催化反应时，转化率优于无中间过渡层的催化剂。

技术领域

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种多夹层复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着节能、环保意识的不断强化，人们对化学的绿色发展提出了新的要求，发展更为高效、节能、无污染的新型化工流程成为当前关注的热点，为此，人们尝试将多个不同类型的反应进行耦合，希望能利用一步串联反应达到高效、节能的目的。

但串联反应需要催化剂能够兼容不同反应的原料、溶剂、中间体和反应条件，如何设计和构筑串联反应所需催化剂结构，实现多功能催化中心的高效匹配和耦合成为关键。

近年来研究表明，不同活性位点之间的距离对串联反应催化剂的催化性能具有很大的影响，活性位点距离对催化剂表面活性位点的电子密度、电荷转移以及催化反应过程中中间物种的传递影响很大，从而很大程度的影响催化活性和选择性。2015年，KrijnP.deJong等人在研究长链烷烃裂解的反应中发现，金属铂和分子筛距离适中有利于提高理想产物异构烷烃的选择性，距离太近容易产生副产物裂解小分子烷烃，距离太远时，容易在分子筛表面发生积碳，不利于反应的进行(Nature 2015，528，245-248)。2017年Peng Gao等人研究CO₂加氢制取烃类产物的反应，发现机械混合的In₂O₃和ZSM-5分子筛距离适中时有利于理想产物C⁵⁺的生成，距离太近或太远容易产生副产物甲烷(CN108262055A)。此外，适当构筑空间分离的串联催化剂能够提高串联催化性能，2016年山西煤化所覃勇团队采用模板法和牺牲层策略制备了管套管结构金属-氧化物双界面串联催化剂，并发现了界面协同作用机制(Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，7081–7085；CN105817270A，CN105903480A)，但该法仍无法实现两功能中心距离的精准控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多夹层复合催化剂的制备方法，本发明提供的方法能够对不同活性位点之间的距离进行精准控制，进而得到满足不同催化反应的串联催化剂。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种多夹层复合催化剂的制备方法，包括：在模板上依次沉积首层氧化物、第I活性金属、中间氧化物、第II活性金属和表层氧化物，再依次经焙烧和还原，得到多夹层复合催化剂；所述第I活性金属与第II活性金属为种类不同的活性金属。

优选的，所述模板的制备方法包括：将载体的分散液涂覆在基底上，去除分散剂，得到模板；所述载体包括碳纳米管、碳纳米纤维、氧化铝纳米线、多孔氧化铝球、氧化锌纳米线、氧化锌纳米棒和氧化铁纳米纤维中的一种或几种。

优选的，所述第I活性金属层和第II活性金属层中的金属元素独立地为镍、铂、钯、铑、钴、铜或铁。

优选的，以活性金属前驱体、臭氧分别完成1次扩散-吹扫为1周期计，所述第I活性金属和第II活性金属沉积的周期数独立地为5～500。

优选的，以氧化物前驱体、水蒸气分别完成1次扩散-吹扫为1周期计，所述首层氧化物和表层氧化物沉积的周期数独立地为10～500，所述中间氧化物沉积的周期数为1～90。

优选的，所述焙烧的温度为250～900℃，焙烧的时间为0.5～6h。