[发明专利]一种基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂及其制备方法和应用，属于负载型催化剂技术领域。本发明利用碳量子点的诱导分散作用将活性金属和助金属高度分散在载体上，大大降低了金属的用量，极大的提高了金属的利用率；由于碳量子点的诱导分散作用，本发明所得催化剂中的活性金属不易团聚，避免了活性金属团聚造成的催化剂失活现象；并且本发明所得催化剂具有较大的比表面积，可以达到很好的传质传热效果，使得催化剂具有良好热稳定性及长时稳定性，所得催化剂用于催化CO加氢反应时具有优越的反应活性和产物选择性。

技术领域

本发明涉及负载型催化剂技术领域，特别涉及一种基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

合成气(CO和H₂的混合气)在清洁可持续能源方面具有巨大的潜力。合成气是化学工业中重要的平台化合物，可以通过费托反应合成低碳烯烃或者液态烃、通过甲烷化反应制备合成天然气以及用于生产甲醇或者二甲醚等。合成气的来源广泛，可以由储量相对丰富的煤炭资源气化而来，也可以由部分地区含量相对较高的天然气重整而来，可以由石油催化裂化而来，同时可以由生物质转化而来。因此，合成气的高效利用能够解决煤炭资源燃烧造成的温室效应和环境污染，能够缓解石油资源的过度使用，具有很重要的工业意义。

通过CO加氢反应可以制取甲烷、低碳醇、低碳烯烃等。典型的CO加氢甲烷化反应催化剂采用Ni、Ru、Rh等金属作为活性组分，CO加氢制取低碳醇催化剂采用Cu、Zn、Ru、Pd等作为活性金属，CO加氢制取低碳烯烃催化剂的活性金属包括Fe、Co等。然而，这些CO加氢催化剂中的活性金属易团聚，不能高度分散在载体表面，致使大量活性金属不能得到充分利用，同时活性金属的团聚还易导致催化剂的失活。且贵金属Ru、Rh、Pd、Pt等地壳含量低，价格昂贵，不能充分利用的话对环境资源也是一种浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂及其制备方法和应用。使用本发明制备方法得到的催化剂金属在载体中的分散度高，用于催化CO加氢时具有良好的催化效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂的制备方法，包括第一方法或第二方法，所述第一方法包括以下步骤：

(1)以有机氮源、有机碳源与水为原料，合成氮掺杂碳量子点溶液；

(2)将活性金属的可溶性盐、助金属的可溶性盐与极性溶剂混合，得到混合金属盐液；

(3)将氧化物载体的前驱体与氮掺杂碳量子点溶液、混合金属盐液混合，进行水解反应，得到含有氧化物载体的水解反应液；

(4)将所述水解反应液依次进行过滤、滤渣干燥和焙烧，得到基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂；

所述步骤(1)和(2)没有时间顺序的要求；

所述第二方法包括以下步骤：

(I)将有机氮源、有机碳源与水混合，得到氮源碳源混合液；

(II)将活性金属的可溶性盐、助金属的可溶性盐与极性溶剂混合，得到混合金属盐液；

(III)将氧化物载体的前驱体与氮源碳源混合液、混合金属盐液混合，依次进行水解反应和水热反应，得到含有氧化物载体的水热反应液；

(IV)将所述水热反应液依次进行过滤、滤渣干燥和焙烧，得到基于碳量子点诱导的金属高分散负载型催化剂；

所述步骤(I)与步骤(II)之间没有时间顺序的限制。

优选的，所述第一方法中，所述水解反应后还包括：将所述水解反应液进行水热反应，得到含有氧化物载体的水热反应液。