[发明专利]一种碳球ZrO2

说明书

本发明公开了一种碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂及其制备方法和应用，属于光热耦合及光热催化剂的制备方法领域，采用水热法、浸渍法负载热催化剂Ni基ZrO₂载体表面，形成由纳米Ni颗粒分布于碳球表面，并由ZrO₂壳层包覆碳球结构光热催化剂。本发明提供一种碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂，制备简单、易于操作，在500℃～600℃的温度下，具有良好的光热耦合催化活性，相比较于传统的Ni基热催化剂，其活性明显提升，因此本催化剂具有较高的工业化应用水平和前景。

技术领域

本发明属于光热耦合及光热催化剂的制备方法技术领域，涉及一种碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种用于甲烷二氧化碳光热耦合干重整反应的碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的快速发展与科技的不断进步，化石能源的无节制开采问题日益严重，化石能源不仅在资源储量上有所限制，而且在使用过程中由于二氧化碳的排放也会造成环境污染。二氧化碳的持续排放会使大气中温室气体的浓度增加，使得温室效应显著增强，造成全球气候变暖；天然气的主要成分为甲烷，据研究，甲烷的温室效果约为二氧化碳的25倍，甲烷二氧化碳的干重整反应可以高效利用温室气体并且缓解能源短缺问题，具有重要的研究价值和意义。

高效合理利用CH₄和CO₂两种资源较丰富气体且用不同方式将其转化为高附加值产品，既可以缓解环境污染的问题又能获得更多高附加值化学品。传统的热催化甲烷二氧化碳干重整技术存在反应过程消耗能量高、成本高昂、强烈依赖于反应系统、催化剂可能会发生失活以及积碳等问题，；而光催化因其节能、绿色环保的独特优势在上述领域展现了广阔的应用前景，但单一的光催化体系效率低一直是光催化技术应用的瓶颈所在；光热耦合催化能整合光催化反应驱动力大和热催化反应转化率高、选择性好的优势，是光化学太阳能转换领域的研究前沿，其中光热催化剂的设计与制备是甲烷二氧化碳光热耦合干重整应用中的核心关键。

目前，Ni基催化剂被认为是最有可能应用于工业生产的甲烷干重整的高效催化剂，该催化剂具有高的反应活性且制造成本较低，但Ni基催化剂常因Ni活性组分烧结或积碳两大问题而使催化活性降低甚至失活，所以选择合适的载体以及对催化剂进行掺杂改性是改善此问题可靠的方法。目前半导体氧化物应用在光催化转化的催化剂包括TiO₂、ZrO₂、C₃N₄等，主要利用半导体光催化剂的氧化还原能力，在室温下可在光解水、降解污染物、还原CO₂等方面发挥作用；同时国内外学者也研究了传统的具有热稳定性的Ni、Ru基催化剂在高温下实现燃料的转化。但是大部分研究均只对单一的光催化或热催化催化体系进行，利用聚光系统实现甲烷二氧化碳光热耦合干重整催化转化的催化剂少有报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂及其制备方法和应用，解决现有Ni基催化剂在反应中由于Ni颗粒活性组分烧结导致其催化活性降低甚至失活，以及传统催化剂只适用于单纯光催化或热催化的催化体系的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂，该Ni基催化剂以表面吸附Ni颗粒的碳球为内核，以ZrO₂为壳层，壳层包覆内核构成核壳结构；且在该Ni基催化剂中Ni的质量百分比为1％～10％。

本发明还公开了上述的碳球ZrO₂壳层包覆结构的Ni基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备碳球

将无水葡萄糖溶于去离子水中，搅拌溶解后采用水热法制备碳球；