[发明专利]一种以氮掺杂多孔碳材料为载体的钌基氨合成催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种以氮掺杂多孔碳材料为载体的钌基催化剂在氨合成上的应用，其特征在于：所述催化剂以氮掺杂多孔碳材料为载体，以钌为活性组分，氮掺杂多孔碳材料中氮的质量分数为12%~18%，以氮掺杂多孔碳材料的质量计算，钌的添加量为1-10wt%；具体制备包括以下步骤：

1）将六水合硝酸锌溶于碱性水溶液中；

2）将2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液，然后添加碱性水溶液；

3）将上述步骤1）和2）所得的溶液混合搅拌均匀后，在水热反应一定时间后，将所得的悬浮液离心，洗涤，干燥，得到固体产物；

4）将上述步骤3）所得的固体产物高温碳化得到氮掺杂多孔碳复合材料；

5）将亚硝酰硝酸钌和聚乙烯吡咯烷酮共同溶解于乙二醇溶液中，然后将所得混合溶液加热至形成浓稠状液体，然后在乙醇-丙酮混合溶液洗涤得到固体状的钌前驱体；

6）将上述钌前驱体分散在无水乙醇溶液中，然后加入步骤4）所得到的氮掺杂多孔碳复合材料中，搅拌均匀后静置一定时间，分离除去液体、干燥还原后得到所述氮掺杂多孔碳为载体的钌基催化剂；

步骤1）中硝酸锌与步骤1）碱性水溶液中溶质的摩尔比1:7~1:68；

步骤1）和步骤2）所述的碱性水溶液为氢氧化钠或者氢氧化钾水溶液，浓度为1~8 mol/L；步骤1）和2）中六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的质量比为1:0.6~1:1；2-甲基咪唑与步骤2）碱性水溶液中溶质的摩尔比为1:0.2~1:1.4，以2-甲基咪唑的质量计，每克2-甲基咪唑需要3~6 mL的N，N-二甲基甲酰胺溶液；

步骤4）所述的高温碳化处理温度为400~900 ℃；处理时间为1~5小时；碳化过程在含氢的混合气中进行，其中氢的含量为3~100vol%，但不为100vol%；混合气的其他气体组分为氮气或者零族惰性气体中的一种或多种混合而成的气体。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤3）所述的水热反应温度为100~150℃，反应时间为2~20小时。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤3）所述的洗涤步骤以甲醇水溶液为洗涤液，其中甲醇的体积分数含量不低于80%；所述的干燥在真空或者惰性气体中进行，干燥温度为50~80℃。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤5）所述亚硝酰硝酸钌、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:1~1:2，加热温度为160~240 ℃，加热时间3~9小时。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述步骤5）中所述洗涤所用乙醇-丙酮混合溶液中乙醇和丙酮的体积比为1:1~1:3。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤6）所述静置时间为1~20小时；所述干燥在真空或者惰性气体中进行，干燥温度为50~120℃，所述还原在300~600℃的含氢混合气体中进行处理，其中混合气中氢的体积分数为3%~100%，但不为100%；还原时间为0.3~36小时。