[发明专利]一种负载型单原子合金催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种负载型单原子合金催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂包括载体及其负载于所述载体上的活性组分，所述载体为氧化铝纳米片；所述活性组分为单原子钌钴合金纳米颗粒；所述单原子钌钴合金纳米颗粒包括：钴纳米颗粒及修饰在钴纳米颗粒表面的单原子钌。本发明通过控制催化剂中钴与单原子钌之间的相互作用，可以在温和条件下实现光热费托反应并有效提高光热费托反应中液体高碳烃的选择性。

技术领域

本发明属于光热催化技术领域，更具体地，涉及一种负载型单原子合金催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

费托合成(Fischer–Tropsch process)，又称F-T合成，是以合成气(一氧化碳和氢气的混合气体)为原料在催化剂和适当条件下合成以液态的烃或碳氢化合物(hydrocarbon)的工艺过程。最近的研究表明，光驱动费托反应可以选择性地生成甲烷，低碳烯烃和低碳烃类等化学品，是无需外部热源加热的研究绿色费托的重要方向。但是，为了提高高附加值产品(如C₅₊碳氢化合物)的选择性，在许多光驱动费托反应中，仍需要较苛刻的条件，尤其是大多需要2-5MPa的高压条件。因此，开发一种能够在温和条件下(常压或低压，如0.5MPa)通过费托反应制备液体高碳烃的光热催化剂，可以极大地满足高经济效益和可持续发展的要求。

在传统光热催化剂的研究中，钌钴双金属基催化剂可以促进氢辅助一氧化碳解离从而提高费托反应的转化率。然而，钌钴双金属基催化剂中高密度的钌元素对氢气的过度活化解离促进了CH_x中间体更容易加氢为CH₄，导致产物中C₅₊液体高碳烃的选择性降低。因此，设计一种新的钌钴双金属结构，使钴与钌之间的相互作用得到精准控制，以调节C-C偶联和甲烷化过程之间的平衡，是在温和条件下实现光热费托反应并有效提高C₅₊液体高碳烃选择性的关键因素。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种负载型单原子合金催化剂。该催化剂用于光热催化费托反应中，不仅一氧化碳的转化率较高，且液体高碳烃(汽油、柴油组分)选择性也可以得到有效提高。

本发明的第二个目的在于提供一种负载型单原子合金催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种负载型单原子合金催化剂在光热催化费托反应中的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供一种负载型单原子合金催化剂，包括载体及其负载于所述载体上的活性组分，其特征在于，所述载体为氧化铝纳米片；所述活性组分为单原子钌钴合金纳米颗粒；所述单原子钌钴合金纳米颗粒包括：钴纳米颗粒及修饰在钴纳米颗粒表面的单原子钌。

其中，本发明发现单原子钌钴合金纳米颗粒作为活性组分，氧化铝纳米片作为载体的负载型催化剂，相较于传统的钴钌合金颗粒作为活性组分的催化剂，可以更有效的控制钴与单原子钌之间的相互作用，以调节C-C偶联和甲烷化过程之间的平衡，在温和条件下实现光热费托反应并有效提高光热费托反应中高碳烃(C₅₊)的选择性。

进一步，所述单原子钌钴合金纳米颗粒的负载量占所述催化剂质量的50～80％。

优选地，所述单原子钌钴合金纳米颗粒的负载量占所述催化剂质量的50～70％。

进一步，所述单原子钌钴合金纳米颗粒的粒径为7～15nm。

优选地，所述单原子钌钴合金纳米颗粒的粒径为8～12nm。

进一步，所述单原子钌钴合金纳米颗粒中，钌和钴的摩尔比为0.04～0.12:1～3。根据本发明的具体实施方式，所述氧化铝纳米片的厚度为纳米级，例如1～1000纳米、1～500纳米、1～200纳米、1～100纳米、1～50纳米、10～50纳米等。