[发明专利]一种用于氨合成的负载型钴团簇催化剂及其制法和应用

权利要求书

1.一种用于氨合成的负载型钴团簇催化剂，其特征在于，包含载体和活性组分；其中，所述载体为氮掺杂碳纳米片；所述活性组分为团簇形式的钴。

2.根据权利要求1所述的用于氨合成的负载型钴团簇催化剂，其特征在于，所述活性组分钴团簇的负载量为0.8～6％，其中，所述活性组分的质量以活性元素钴的质量计算。

3.根据权利要求1或2所述的用于氨合成的负载型钴团簇催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

以氮掺杂碳纳米片为载体，采用吡咯聚合法，得到负载型钴团簇预催化剂；

将所述负载型钴团簇催化剂样品在惰性气氛下进行焙烧，得到所述用于氨合成的负载型钴团簇催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：

将盐酸和过硫酸铵溶液滴加到含有吡咯的氯化钠溶液中，冰水浴反应一定时间，冷冻干燥，得到氮掺杂碳纳米片前驱体；

将上述氮掺杂碳纳米片前驱体焙烧，得到所述氮掺杂碳纳米片载体；

将上述载体加入到含有吡咯烷酮的乙醇溶液中，得到预溶液；

将钴盐、锌盐和2-甲基咪唑加入到上述预溶液中，室温搅拌反应一定时间，得到催化剂前驱体；

将上述催化剂前驱体离心收集并焙烧，得到所述用于氨合成的负载型钴团簇催化剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述载体反应条件包括冰水浴反应时间为1～48小时，氮掺杂碳前驱体焙烧温度为600～1000℃，气氛为氩气或氮气，焙烧时间0.5～4小时。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应条件包括：钴盐和锌盐摩尔比为0:4～4:4，室温搅拌反应时间为0.1～3小时，焙烧温度为600～1000℃，气氛为氩气或氮气，焙烧时间0.5～4小时。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，冷冻干燥时间为8～48小时，离心机转速为6000～10000rpm，清洗液为水和乙醇。

8.根据权利要求5和6中任意一项所述的制备方法，其特征在于，将前驱体均匀放在石英舟中，通入氩气，升温速率为5～10℃/min，温度升至600～1000℃，碳化0.5～4小时。

9.通过权利要求1-6中任一项所述的制备方法获得的负载型钴团簇催化剂，其特征在于，按钴团簇催化剂的总质量计，金属元素的含量为0.8～6％。

10.根据权利要求9所述的用于氨合成的负载型钴团簇催化剂在氮气还原反应中的应用，其特征在于，所述催化剂降低氮气解离能垒，提高反应活性。