[发明专利]一种光热耦合催化CO

说明书

本发明公开了一种光热耦合催化CO₂甲烷化的Ru基催化剂及其制备方法和应用，其是选择性暴露CeO₂的(100)晶面，然后以CeO₂(100)为载体，在其上负载Ru纳米粒子，而制得负载型Ru基催化剂。本发明催化剂制备方法简单易行，且其以具有光吸收特性的CeO₂为载体，可通过引入光照，利用光热耦合作用实现CO₂甲烷化效率的提高，并降低反应温度，使其更有利于推广应用。

技术领域

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种以CeO₂(100)为载体的Ru型催化剂及其制备方法和应用，该负载型Ru催化剂可通过光热耦合作用提高对CO₂甲烷化的效率。

背景技术

随着工业的迅速发展，化石能源消耗逐渐增加，CO₂的排放量与日俱增，不仅造成了全球气候变暖，也诱发了其他一系列生态环境问题，如酸雨、动物迁徙等。因此，如何减少CO₂的排放，从根源上将其控制与利用，已成为全球瞩目课题。

目前，CO₂减排技术主要包括：(1) CO₂的收集与储存(CCS)：主要方式有地质封存、海洋封存以及将CO₂固化为无机碳酸盐。(2) CO₂的化学转化与利用：是指将CO₂通过热催化、电化学等方式将CO₂转化为甲醇、甲烷、甲酸等。其中，CO₂加氢甲烷化不仅可以实现CO₂的减排，其产物还可以补充重要的天然气，解决天然气供应短缺的问题，具有十分广阔的应用前景。

传统的CO₂甲烷化主要是利用高温热催化进行的，虽然高温有利于反应速率的提高，但同时也造成了其他副反应的发生，如碳气化、甲烷裂解及逆水煤气反应等，因此随着反应的进行会降低催化剂性能乃至失活，缩短了催化剂的寿命。同时从热力学角度上看，CO₂甲烷化反应在高温下也会受到热力学的制约，而低温才更有利于CO₂甲烷化反应的进行。研究表明，CO₂的转化率呈现随体系温度的升高先降低后逐渐升高的现象，而CH₄的选择性随温度的升高而下降，并且体系温度小于400℃时有利于CO₂的甲烷化反应。既然甲烷化反应作为一种强放热反应，低温明显有助于反应的进行，因此，开发出具有高效低温催化活性的甲烷化催化剂明显有利于反应的进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种以光热耦合催化CO₂甲烷化的Ru基催化剂及其制备方法与应用，其成功地将光能引入到反应体系当中，利用光能代替一部分热能，从而可降低反应温度，降低能耗，同时，通过暴露载体CeO₂的(100)晶面，可提高载体的氧空位浓度，促进对CO₂的吸附和活化，从而提高CO₂甲烷化效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光热耦合催化CO₂甲烷化的Ru基催化剂，其是以选择性暴露(100)晶面的CeO₂为载体，Ru纳米粒子为活性组分构成的高分散负载型催化剂；其中，Ru纳米粒子在催化剂中的含量为1wt%。

所述Ru基催化剂的制备方法是选择性暴露CeO₂的(100)晶面，再利用光还原法在所得CeO₂(100)载体上负载Ru纳米粒子活性组分，以制得所述Ru基催化剂；其具体制备步骤如下：