[发明专利]一种萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于纳米催化技术领域，具体涉及一种萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂的制备方法及其应用。本发明以镍盐、稀土金属、溶剂以及聚合物混合后加热搅拌，形成静电纺丝前驱体溶液，然后进行纺丝并制备得到负载有Ni的萤石型载体/高聚物的复合初生纤维，进行煅烧，制备得到萤石型载体负载的Ni基纤维催化剂。本发明通过静电纺丝技术，制备了以稀土金属掺杂为载体的纤维催化剂，纤维催化剂具有均匀、直观且结构稳定等优点。本发明通过稀土金属的掺杂减小了YSZ或GDC的晶粒尺寸，从而提高了NiO固溶度，进而提高了Ni分散性。本发明所制备的纤维催化剂应用于甲烷部分氧化反应，提高了催化性能。

技术领域

本发明属于纳米催化技术领域，具体涉及一种萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

通过原位溶出法制备的负载型金属纳米催化剂可以得到高度分散的纳米颗粒。此外，溶出的纳米颗粒牢固地锚定在载体表面并与载体有很强的相互作用，这会降低活性金属的迁移并抑制活性相的烧结。溶出提高了催化剂的活性和稳定性。但是，固溶体中活性金属的固溶度是有限的且很少。因此，提高活性金属在固溶体中的固溶度对于催化剂性能至关重要。迄今为止，许多钙钛矿结构已实现溶出，主要用于固体氧化物燃料电池和固体氧化物电解池。研究证明，钙钛矿型催化剂中溶出的纳米金属颗粒在氧化气氛中是可逆的（Nature Communications, 6 (2015) 8120.），这导致难以确定起活性作用的是溶出的纳米颗粒还是钙钛矿本身。此外，溶出的纳米颗粒在强氧化气氛中不稳定。所以，当参与甲烷重整时它不能与氧化剂直接接触，而是需要在H₂气氛中进行。因此，基于钙钛矿型催化剂中溶出存在的问题，有必要寻找稳定的替代材料。有研究报道，萤石型催化剂Sm₂Ru_xCe_2-xO₇可以实现在甲烷重整反应中溶出的贵金属Ru稳定这一目的（ACS Catalysis, 10 (2020)1923-1937.），但是，贵金属价格昂贵。

现有技术中，负载型金属催化剂的制备方法主要有共沉淀法、浸渍法、喷涂法、溶胶凝胶法、离子交换法等。以上制备方法在干燥和热处理过程中因为由外到内的顺序而导致偏析，这会引起催化剂的不均匀性，并且颗粒趋于团聚。因此，透射电子显微镜下的局部形貌表征不具代表性。另外，活性颗粒与载体颗粒难以区分开，这影响了对Ni分散性的判断。并且，由于原料的不同以及烧结活性的不同导致催化剂的表面积不同，这会覆盖分散性对催化性能的影响，干扰掺杂对分散性作用机理的研究。而且，煅烧温度影响粉末催化剂的团聚，这导致无法探究煅烧温度对固溶度的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂，所述纤维催化剂均匀、直观且结构稳定的优点，可以抵抗烧结引起的团聚。

本发明的另一发明目的是提供了上述萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂的制备方法，本发明通过静电纺丝技术，通过稀土金属掺杂减小YSZ、GDC的晶粒尺寸，减小了NiO在YSZ或GDC中的扩散距离，从而提高了NiO固溶度，进而提高了Ni分散性。

本发明的又一发明目的是提供了上述萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂的应用，所述催化剂应用于催化甲烷重整领域，在未来的催化工业中具有广阔的应用前景，将所述催化剂应用于甲烷部分氧化反应中，从而提高了催化性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂，所述萤石型支撑体负载的Ni基纤维催化剂中Ni的质量百分含量为5~10 wt%；所述萤石型支撑体为YSZ或GDC。