[发明专利]α-MoC负载铟及其改性催化剂的可控合成及在二氧化碳加氢制甲醇反应中的应用

说明书

本发明属于二氧化碳的催化转化利用领域，具体公开了一种α‑MoC负载铟及其改性催化剂以及所述的催化剂在二氧化碳加氢合成甲醇反应中的应用。本发明通过等体积浸渍的方法将硝酸铟负载于程序升温碳化法得到的α‑MoC上，其间可添加ZrO₂等氧化物助剂，亦可添加金属Pt、Co等金属助剂。经原位预处理后，此系列催化剂在加压二氧化碳加氢制甲醇反应中表现出了优异的催化性能。

技术领域

本发明属于二氧化碳的催化转化利用领域，具体涉及α-MoC负载铟及其改性催化剂催化合成甲醇的反应。

背景技术

二氧化碳作为主要的温室气体，其在大气中的浓度逐年升高，造成了一系列严重的环境问题。于此同时，二氧化碳也是一种非常丰富廉价的C1资源。因此，二氧化碳的催化转化具有能源和环境双重意义。同时，甲醇作为近年来被广为提倡的新一代能源，可作为优质的汽车燃料及燃料添加剂；此外，甲醇也是一种非常重要的化工产品。因此，将二氧化碳转化为甲醇具有划时代的意义。

受热力学和动力学影响，二氧化碳加氢制甲醇一般在200-300℃，高压(1-10MPa)下进行，同时需要高活性的催化剂。其中，催化剂是关键所在，其性能关乎整个生产工艺、流程和设备。因此，具有高性能催化剂的开发至关重要。

目前，二氧化碳加氢催化剂研究最多的为铜基催化剂，其具有较高的活性及甲醇选择性。此外，可以通过添加助剂来进一步提升其催化性能。其中，ZnO和ZrO₂的添加有助于提高Cu的分散度及稳定性；Ga₂O₃则有利于稳定Cu⁺物种；Pd的加入则有利于使催化剂保持高度还原状态，从而促进反应的进行。

过渡金属碳化物(TMCs)是碳原子插入到过渡金属的晶格中形成的一种间充型化合物，由于碳原子的插入，导致金属原子的间距增大、晶格扩张、d-band收缩，费米能级密度升高，进而具有了类贵金属的性质。Jose等人在模型催化剂上结合DFT理论计算研究了CO₂的活化机理，显示了碳化物表面对CO₂良好的解离能力。研究表明，如果碳化物与氧原子的结合能很大，则CO₂在碳化物表面解离产生CO：CO₂*→CO*+O*，产生CO(g)；如果氧与碳化物的结合能较小，则CO₂发生非解离吸附，以分子形式吸附在催化剂上，直接加氢后生成燃料(CO₂+H₂→CH₃OH+H₂O)。此外，过渡金属碳化物优异的加氢性质使其在HDN、HDS及其在电催化HER及HOR反应中表现出良好的催化性能。

以α-MoC为载体负载铟基催化剂用于二氧化碳加氢制甲醇则尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种α-MoC负载铟及其改性催化剂以及催化剂的制备方法，将该类型催化剂应用于二氧化碳加氢制甲醇反应中，具有催化活性高、热稳定性好的特点。

为实现此目的，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明公开了一种用于二氧化碳加氢的负载型催化剂，所述催化剂以α-MoC为载体；以铟为活性组分。

基于上述方案，优选地，所述催化剂中铟的质量分数为3～15％；所述催化剂还包括氧化物助剂和/或金属助剂。

基于上述方案，优选地，所述金属助剂的质量分数为0.1～5％；所述氧化物助剂的质量分数为1～10％；所述氧化物助剂为ZrO₂；所述金属助剂为Pt和Co中的一种或两种。

另一方面，本发明公开了一种上述的催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将钼的金属前驱体于400～700℃焙烧2～6h，得到三氧化钼颗粒；