[发明专利]一种Pt/α-MoC1-x

说明书

本发明涉及一种Pt/α‑MoC_1‑x整体催化剂(0x0.5)及其制备方法和其在水煤气变换反应中的应用。本发明所提供催化剂的活性组分为Pt/α‑MoC_1‑x，其中α‑MoC_1‑x包覆于蜂窝陶瓷载体表面，质量含量为5～30wt％；金属铂在催化剂中的质量含量为0.1～5wt％；所述催化剂的载体为表面涂覆氧化物载体涂层的蜂窝陶瓷。本发明通过涂覆‑浸渍‑原位碳化的方法，制备出Pt/α‑MoC_1‑x整体水煤气变换催化剂，该催化剂具有优异的水煤气变换反应催化性能：其活性和稳定性显著高于商业Cu/ZnO/Al₂O₃低温变换催化剂，同时该催化剂还具有很宽的温度适应范围。

技术领域

本发明涉及Pt/α-MoC_1-x整体催化剂及其制备和应用方法，属于新能源 技术领域。

背景技术

氢能是目前公认的清洁能源，被认为是最有发展前途的二次能源。相 比传统化石能源，氢具有能量利用率高、清洁无污染等优势。此外，氢来 源广泛，能够通过多种途径得到。随着氢能经济的发展，氢燃料电池成为 重要的新能源应用平台。燃料电池具有能量效率高、环境友好等优点,作为 固定式电源和移动式电源具有广阔的应用前景。然而对于供氢系统而言， 还存在着诸多的问题，如：氢气储存的安全问题突出，加氢基础设施的建 设任务艰巨，到目前为止这些问题都很难解决，要实现燃料电池的大规模 运营，必须采用现场制氢、移动制氢或车载制氢的技术路线。目前，天然 气、汽油、柴油的加注设施较为完备，以上述化石燃料为原料，通过车载 燃料重整反应器制备氢气的技术路线在实用和可操作性角度而言具有优 势。

无论是采用化石燃料还是采用乙醇、甲醇为原料，重整过程生产H₂的 同时伴随着大量的CO产生。CO对燃料电池电催化剂具有很强的毒化作用， 所以燃料电池对氢气原料中的CO含量具有严格的限制，一般要低于10 ppm。为了去除混合气中的CO，一般需采用水煤气变换反应将CO的浓度 降到0.5-1％，再使用CO选择氧化将CO的浓度降低到10ppm之下。因此， 水煤气变换反应对于质子交换膜燃料电池的应用是一个十分重要的化工过 程，它可以降低合成气中CO的含量，同时增加H2的产率。作为一个低温 有利反应，开发较低工作温度的高效水煤气变换催化剂，能在获得高催化 活性的同时获得热力学的优势，这也符合与低温氢燃料电池进行有效整合 的需要。因此，开发在低温区具有高催化活性和稳定性的水煤气变换催化 剂具有重大意义。

碳化钼作为一种性能优异的新型催化材料，已出现于正逆水煤气变换、 加氢、脱氢、费托合成以及电催化等研究报道中。Thompson等(J.Am.Chem. Soc.,2011,13,3,82378-2381)将金属(Ni、Pt、Co等)担载到未钝化的碳 化钼表面(将金属担载到新鲜的碳化物的表面，而不是钝化后的碳化物表 面)，研究发现2wt％Pt/Mo₂C催化剂在水煤气变换反应中的活性与商用 Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂相当；4wt％Pt/Mo₂C催化剂的活性是商用 Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的3-4倍。中国专利CN102698783A公开了一种金属 改性α碳化钼水汽变换催化剂，该催化剂具有良好的低温水气变换活性， 但催化剂的反应稳定性较差，反应温度为150℃时，24小时内CO转化率由 96％降到76％。Yao等(Science,2017,357,389–393)报道了一种Au/α-MoC 催化剂，该催化剂具有较高的低温反应活性，但该催化剂在200℃以上时 活性迅速下降，存在温度适应性差、适用温度范围窄、反应稳定性差的问 题，在140h内CO转化率由90％降至50％以下。中国专利CN104923274B 公开了一种纯α相碳化钼负载贵金属催化剂，该催化剂具有较高的低温水 汽变换活性，但未见其温度适应性及反应稳定性的数据，该催化剂制备过 程也较为复杂，需要进行非平衡等离子体处理。