[发明专利]一种二氧化碳加氢转化催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二氧化碳加氢转化催化剂及其制备方法与应用，该催化剂是以CuIn合金为核、多孔SiO₂为壳的CuIn@SiO₂核壳结构催化剂；该催化剂通以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为包覆剂、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，通过两次溶剂热处理并且在氢气气氛中还原获得。结果显示：引入适量的Cu和In，并且在适宜温度下还原，能够得到CuIn合金，使得核壳结构催化剂具有更多的氧空穴和界面位。本发明制备得到的催化剂不仅显著提高了二氧化碳加氢转化活性，而且能够有效抑制活性组分的烧结，具有优异的稳定性；此外其制备方法简单易行、成本低、污染小，是一种理想的二氧化碳加氢转化催化剂。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳加氢转化催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂技术和工业催化领域。

背景技术

化石能源需求的增长以及二氧化碳气体排放量的增加不断加剧能源短缺和环境危机，亟需找到既能有效利用二氧化碳又能获得可再生清洁能源的方法。其中，二氧化碳加氢转化被认为是一种高效利用二氧化碳和获得可再生能源的极具潜力的过程。该过程不仅能够充分利用温室气体二氧化碳，而且能够获得重要的化工产品，从而实现循环经济的目标。然而，催化二氧化碳加氢转化反应仍然存在诸多问题：一方面，二氧化碳分子具有高热力学稳定性，难以活化；另一方面，反应中存在较多副反应，导致产物选择性较低。目前，常用的二氧化碳加氢转化催化剂主要是Cu-ZnO基催化剂，然而该类催化剂活性较低，且易发生金属活性相烧结和聚集，造成催化活性和稳定性降低，致使其在工业化生产中的应用受到较大限制。

氧化铟(In₂O₃)是一种优异的半导体功能材料，在光电领域、气体传感器和催化剂等方面得到了广泛应用，且当氧化铟颗粒尺寸达到纳米级别时，还具备纳米材料的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。有研究者报道氧化铟催化剂对二氧化碳加氢制甲醇反应具有很好的甲醇选择性，并且展现出优异的稳定性。然而，单独使用氧化铟时，二氧化碳的转化率较低。

因此，可控制备出CuIn核壳结构催化剂(具备多活性位点、氧空穴和金属-氧化物界面位)，同时兼顾合成过程简单易行且用价廉易得的包覆剂的合成方法，则显得尤为重要。此外，提高催化剂在不同工艺条件下的催化性能和稳定性也具有重要的研究意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种二氧化碳加氢转化催化剂及其制备方法与应用，该催化剂是以CuIn合金为核、多孔SiO₂为壳的CuIn@SiO₂核壳结构催化剂，其具有高比表面积和稳定构型，能够提供更多的活性位点、氧空穴和金属-氧化物界面位，因而可用于制备成催化剂，解决传统Cu-ZnO基催化剂活性低、易烧结等问题，在催化二氧化碳加氢转化方面具有很好的研究价值和应用前景。

技术方案：本发明提供了一种二氧化碳加氢转化催化剂，该催化剂为核壳结构的CuIn@SiO₂，以CuIn合金为核、多孔SiO₂为壳，CuIn合金被包覆在多孔SiO₂壳中，其中该催化剂中多孔SiO₂的质量分数为50～80wt％。

其中：

所述的多孔SiO₂为壳中，多孔SiO₂呈球形，分散均匀，且多孔SiO₂壳的直径为80～100nm。

所述的CuIn合金为核中，CuIn核的平均直径为5～10nm。

本发明还提供了一种二氧化碳加氢转化催化剂的制备方法，该二氧化碳加氢转化催化剂CuIn@SiO₂以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为包覆剂、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂，通过两次溶剂热处理并且在氢气气氛中还原获得，具体制备步骤如下：

1)按如下质量比配制混合物料，搅拌均匀得到混合液：