[发明专利]一种合金单原子催化剂的制备方法和应用

权利要求书

1.一种合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于：

所述合金单原子催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分包括铜和第二金属；

所述合金单原子催化剂分两步制备；第一步：制备铜催化剂；第二步：将第二金属负载于所述铜催化剂上，得到所述合金单原子催化剂；

所述第一步采用蒸氨法；所述蒸氨法包括以下步骤：

（1）将铜盐溶于水中，搅拌，得到铜盐溶液；

（2）将氨水加入所述铜盐溶液中，搅拌，得到铜氨溶液；

（3）将载体加入到所述铜氨溶液中，在10-60℃下搅拌1-10 h，然后升高温度到70-100℃，蒸发氨溶液，直到溶液pH小于8，得到催化剂前体1；

（4）将所述催化剂前体1过滤、洗涤、干燥，然后在300-700 ℃下焙烧，焙烧后在200-600℃下还原，得到铜催化剂；

所述氨水与铜盐摩尔比为100:1-2:1；

所述载体为脱铝分子筛、纯硅分子筛、结晶二氧化硅中的至少一种；

所述第二金属为Co、Ni、Pt、Pd、Ru、Ir中的至少一种，所述第二金属呈单原子分散在铜中；

所述第二步采用置换法；所述置换法步骤如下：

（1）将所述第二金属的盐溶解在水中，气体保护中搅拌1-24 h，得到溶液1；

（2）向溶液1中添加0.1-10 M的NaOH溶液，直到溶液pH在9-11之间，得到溶液2；

（3）将所述铜催化剂分散在溶液2中，30-100 ℃搅拌1-24 h，得到催化剂前体2；

（4）将所述催化剂前体2过滤、洗涤、干燥，然后在300-700 ^oC下焙烧，焙烧后在200-600℃下还原，得到所述合金单原子催化剂；

所述载体中，铝含量低于1 wt%；所述活性组分中，铜含量为1 wt%-30 wt%，第二金属含量为0.01 wt%-2 wt%。

2. 根据权利要求1所述的合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于：所述脱铝分子筛通过硅铝比大于20的分子筛在20-100 ℃下经过10-66%硝酸处理2-100 h后得到，所述硅铝比大于20的分子筛为ZSM-5、Hβ、X型、Y型分子筛中的一种或多种；所述纯硅分子筛为SBA-15、MCM-41、MCM-48、Silicalite-1中的至少一种；所述结晶二氧化硅为结晶度高于60%的二氧化硅；所述铜盐为硝酸铜、氯化铜、醋酸铜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二金属的盐为硝酸盐、醋酸盐、氨化盐中的至少一种；保护气为氮气、氩气、氦气中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂的制备方法，还原气氛为氢气、甲烷或混合气，所述混合气指的是氢气、甲烷中的一种与氮气、氩气、氦气中至少一种的混合。

5.一种合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂通过权利要求1-3任一项所述的方法制备。

6.根据权利要求5所述的合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂至少具有介孔结构。

7.一种权利要求5所述合金单原子催化剂的应用，其特征在于，所述合金单原子催化剂用于催化乙醇脱氢制备乙醛的反应。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述反应采用固定床为反应器，所述反应步骤为：

（1）将所述合金单原子催化剂填充在固定床的中间，在氢气、甲烷或混合气下还原所述合金单原子催化剂，还原温度为200-400 ℃；

（2）还原后，降至反应温度，通入载气，泵入乙醇溶液，进行反应，反应后，得到乙醛；

反应过程中，反应压力为0.1-1MPa；反应温度为120-350 ℃；催化反应的质量空速为0.1-20 h^-1；所述载气为氮气、氦气、氩气中的至少一种；所述载气、乙醇的流速比例为1000:1-1:1；所述混合气指的是氢气、甲烷中的一种与氮气、氩气、氦气中至少一种的混合。