[发明专利]负载型双金属单原子催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种负载型双金属单原子催化剂及其制备方法与应用，涉及催化剂技术领域。其制备方法包括，将贵金属盐和非贵金属盐溶于溶剂，得到金属前驱体溶液，控制所述金属前驱体溶液的温度为20‑80℃，通过加入与金属前驱体相同类型的酸液调节溶液的pH值为3‑5，所述贵金属为钯、铂、铑、铱、金或银，所述非贵金属为铜；将分子筛载体分散于溶剂，得到载体溶液，通过超声振动的方式使所述分子筛载体均匀分散；将所述金属前驱体溶液加到所述载体溶液中，使金属原子均匀分散于分子筛载体的表面，经干燥、焙烧，得到所述负载型双金属单原子催化剂。本发明所述的负载型双金属单原子催化剂对于催化甲烷选择性制甲醇具有高选择性和高活性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种负载型双金属单原子催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

将甲烷催化氧化生成高价值化学品具有重要的商业和环境保护意义，这不仅有利于缓解由甲烷引起的温室效应，而且还提供了将甲烷转化为C1基础原料的方法。特别是与过度氧化产物CO₂相比，甲醇作为基本的有机原料之一，可用于制造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品，是甲烷氧化最理想的产物之一。然而，实现高活性甲烷选择性氧化制甲醇是一项具有挑战性的任务，因为甲烷是热力学稳定且化学惰性的分子，这使其转化效率极低，并且相应地需要高温才能触发催化反应(400℃)。此外，生成甲醇的反应过程受到热力学的限制，在1-30bar的反应压力条件下甲烷氧化优先产生HCOOH或CO₂，这导致对甲醇的选择性极低。因此，研发高效催化甲烷制备甲醇的催化剂，具有十分重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种负载型双金属单原子催化剂及其制备方法与应用。

本发明的第一个目的是提供一种负载型双金属单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将贵金属盐和非贵金属盐溶于溶剂，得到金属前驱体溶液，控制所述金属前驱体溶液的温度为20-80℃，通过加入酸液调节溶液的pH值为3-5，所述非贵金属为铜；

S2、将分子筛载体分散于溶剂，得到载体溶液，通过超声振动的方式使所述分子筛载体均匀分散于所述载体溶液；

S3、将S1步骤所述金属前驱体溶液加入到S2步骤所述载体溶液中，使金属原子均匀分散于分子筛载体的表面，经干燥、焙烧，得到所述负载型双金属单原子催化剂。

进一步地，在S1步骤中，所述贵金属为钯、铂、铑、铱、金或银。

进一步地，在S1步骤中，所述贵金属盐和所述非贵金属盐为同类型的盐，其中同类型的盐指酸根相同的盐；所述酸液为与金属前驱体相对应的酸液，其中相对应的酸液指与盐中相同酸根的酸液。

优选地，贵金属盐和非贵金属盐同为硝酸盐，所述酸液为硝酸；贵金属盐和非贵金属盐同为氯化物，所述酸液为盐酸。

进一步地，在S1步骤中，所述金属前驱体浓度为0.05-0.5mmol/L。

进一步地，在S2步骤中，所述分子筛由二氧化硅和氧化铝构成。

进一步地，在S1和S3步骤中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇或乙二醇。

进一步地，在S3步骤中，所述干燥是60-80℃干燥8-16h；所述焙烧是400-550℃焙烧3-5h。

本发明的第二个目的是提供一种所述方法制备的负载型双金属单原子催化剂。

本发明的第三个目的是提供所述的负载型双金属单原子催化剂在催化甲烷选择性氧化制甲醇中的应用。

进一步地，所述反应的温度为50-80℃；所述反应的压力1-4MPa。

进一步地，所述反应中过氧化氢的浓度为0.289-0.589M。