[发明专利]一种负载型铂基单原子三元合金催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载型铂基单原子三元合金催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域。本发明的催化剂包括Pt和两种过渡金属；Pt0.01～3％；两种过渡金属0.01～3％，制备方法为金属氧化物载体与两种不同金属盐的前驱体及还原剂溶液形成分散液；取固体部分在惰性高温处理；二次浸渍于Pt盐溶液和表面活性剂的混合溶液中，固体产物在惰性气氛下热处理。本发明的催化剂以少量Pt为活性组分，降低了成本；Pt与双金属合金形成Pt单原子三元合金，Pt主要以单原子形式分散在双金属合金纳米颗粒表面，一方面极大地提高了Pt的原子利用率；另一方面促进了产物丙烯的脱附，抑制了C‑C键断裂和深度脱氢等副反应，因而很好地提升了催化剂的活性、选择性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，特别是涉及一种负载型铂基单原子三元合金催化剂及其制备方法。

背景技术

丙烯是石油化工的基本原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、丙酮、环氧丙烷、丙烯酸和丁辛醇等。丙烯的供应主要来自于炼厂副产，另有45％来自蒸汽裂解。近年来，丙烯的需求越来越旺盛。传统的生产工艺能耗高、选择性低，以及近年来石油资源的短缺等问题，促使人们选择更经济更高效的丙烯等低碳烯烃的生产方式。

通过丙烷脱氢制丙烯具有重要意义，其高度依赖具有高活性、高选择性及高稳定性的催化剂。丙烷直接脱氢是强吸热反应，受热力学平衡限制，而且反应后分子数增加。为了达到更高的转化率，反应需要在高温、低压等条件下进行。这种苛刻条件下，极易发生由活性中心聚集引起的快速失活，使得催化剂寿命大幅减少。丙烷脱氢反应过程中，不可避免的会发生氢解、深度脱氢等副反应，会降低目标产物丙烯的选择性。一般认为主反应脱氢反应的速控步骤由单金属活性中心控制。然而，副反应氢解反应则需要降低金属活性中心。从促进主反应和抑制副反应的角度出发，应该减少相邻活性中心数目，提高金属活性中心的分散度。但是，传统浸渍法制备的催化剂很难控制活性中心高分散，而且使用过程中活性中心也容易聚集，造成失活。

本发明为了提升催化剂活性、选择性和稳定性，创造性地提出了一种负载型铂基单原子三元合金催化剂及制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负载型铂基单原子三元合金催化剂及其制备方法，以解决现有的问题：传统浸渍法制备的催化剂很难控制活性中心高分散，而且使用过程中活性中心也容易聚集，造成失活。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种负载型铂基单原子三元合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将经过研磨和筛分后的金属氧化物载体，置于含两种不同金属盐的前驱体及还原剂溶液中，充分搅拌均匀形成分散液；

将分散液进行固液分离，取固体部分干燥后在惰性或还原气氛下高温处理，得到金属氧化物负载的双金属合金纳米颗粒；

步骤2：将金属氧化物负载的双金属合金纳米颗粒，二次浸渍于Pt盐溶液和表面活性剂的混合溶液中，充分搅拌均匀形成分散液，静置沉降后分离，得到的固体产物烘干并在惰性气氛下热处理，即得到可用于丙烷脱氢的负载型铂基单原子三元合金催化剂。

进一步地：步骤1中所述的金属氧化物载体包括：氧化铝、氧化钛、氧化铁、氧化锡。

进一步地：步骤1中所述两种不同金属盐指铬或锡或铜或铁或钴或镍或锰的有机或无机盐中的任意可形成合金的两种。

进一步地：步骤1中所述还原剂为硼氢化钠或葡萄糖或抗坏血酸溶液。

进一步地：步骤1中所述高温处理的处理温度为300～800℃，处理时间为0.5～2h；

步骤所述的热处理温度为200～500℃，处理时间为0～2h。

进一步地：步骤2中所述表面活性剂为二甲基双十八烷基氯化铵和/或十六烷基三甲基溴化铵，其在所述混合溶液中的浓度为0.1～2mol/L。