[发明专利]一种氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂的制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂的制备方法和应用，负载型催化技术领域。以葡萄糖作为碳源，三聚氰胺为氮源，加入一定量的铁盐，溶于去离子水中搅拌均匀，蒸除水分并真空干燥后，在管式炉惰性气氛下煅烧，制成氮铁共掺杂碳载体Fe‑N/C并研磨成粉末；将载体Fe‑N/C和镍的前驱体置入高压釜中，利用液相还原法制备得到高分散的氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂Ni@Fe‑N/C。利用该工艺方法制得的催化剂活性高，原料廉价易得，制备条件温和，且在木质素及其模型化合物的催化加氢转化中表现出优异的性能，稳定性较高，并可解决常规Ni基催化剂活性较低且催化剂难以回收等问题。

技术领域

本发明涉及负载型催化剂技术领域，尤其涉及一种氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂的制备方法和应用。

背景技术

生物质是全球储量较大的能源之一，仅次于煤，石油，天然气。作为自然界唯一的可再生有机碳资源，生物质用于生产高附加值化学品、清洁燃料和功能材料等方面收到了广泛地关注。生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三个组分构成。木质素又是生物质中最丰富的组成成分，般是三维网状有机高分子结构。虽然具体结构仍未可知，但其主要通过不同的C-O醚键和C-C键随机结合而成，以C-O醚键为主。通过合适催化转化反应可有效断裂这些C-O醚键和C-C键，将木质素转化为化学品和液体燃料，缓解对化石能源的依赖具有重要的意义。因此，选择合适的催化剂以提高木质素的转化率和目标产物的选择性尤为关键。目前用于木质素转化的催化剂主要为负载型金属催化剂，可以有效降低断键所需的活化能，使木质素催化转化能够在温和条件下进行。

负载型金属催化剂可分为贵金属和非贵金属催化剂。贵金属催化剂性能优越，活性较高，对木质素的催化转化具有良好的反应活性，但价格昂贵，性价比较低。因此，Co，Ni，Mo等非贵金属广泛地应用于木质素的催化转化，其中Ni催化剂因其良好的催化加氢活性，受到了广泛地关注。

选择一种合适的载体，使金属Ni均匀分散并保持高的活性和选择性成为了Ni基催化剂制备和应用的重要突破点。传统的碳载体可为金属提供较大的比表面积，使制得的催化剂有更多的活性位点，是一种比较理想的载体。但是碳载体比表面积大也会引起金属的团聚，影响催化剂的反应活性和使用寿命，还需要一定的优化处理。其次木质素催化转化后的残渣与催化剂混合在一起，使用传统的技术手段难以将其分离，催化剂回收困难。

现有木质素及其相关模型化合物催化转化过程中用到的负载型Ni基催化剂常采用浸渍和H₂还原法制备，存在金属颗粒易团聚，催化剂活性较差，及催化剂与木质素残渣难以分离等问题。

发明内容

解决的技术问题：

针对现有技术的不足，本申请提供了一种氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂的制备方法和应用，解决了目前存在的Ni基催化剂活性较差以及催化剂回收困难等难题。通过调碳载体的氮掺杂量、铁源种类和Ni的负载量调控催化剂的活性、稳定性和回收性，制备工艺相对简单、安全且成本较低。

技术方案：

为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：

一种氮铁共掺杂碳负载的Ni基催化剂的制备方法，步骤为：

第一步：将6g铁盐、三聚氰胺和葡萄糖中加入50mL的80℃的去离子水中，200-500r/min下搅拌5-20 min，混合均匀后超声震荡2h，在鼓风干燥箱中110℃下干燥12h去除多余水分，得到干燥固体；

第二步，氮铁共掺杂碳载体的制备：将上一步得到的干燥固体研磨为粉末，过200目筛，在管式炉中以2℃/min的升温速率加热至指定温度，保温2 h制得所需Fe-N/C载体；