[发明专利]一种负载型过渡金属磷化物催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载型过渡金属磷化物催化剂及其制备方法，属于过渡金属磷化物领域。采用共沉淀‑程序升温还原法制备催化剂，其步骤包括：采用共沉淀法合成以镁、铝、过渡金属等金属阳离子的复合氢氧化物为主体层板、以磷酸氢根等阴离子为插层的层状复合氢氧化物前驱体，经焙烧热分解获得具有高比表面积的均匀混合氧化物，然后经氢气程序升温还原制得负载型过渡金属磷化物催化剂。本发明的特点是以层状复合氢氧化物为单一前驱体，将载体、过渡金属和磷源的前驱物合为一体，具有工艺简单，操作易行，原料为普通无机试剂、价格低廉且安全无污染等优点，可用于制备多种负载型过渡金属磷化物催化剂如磷化铁、磷化钴、磷化镍等。

技术领域

本发明属于过渡金属磷化物领域，具体涉及一种负载型过渡金属磷化物催化剂及其制备方法。

背景技术

过渡金属磷化物是过渡金属与磷形成的二元或多元化合物的总称。磷与过渡金属既可以形成金属键又可以形成共价键，因此过渡金属磷化物既可以是离子型、共价或金属型、又可以是共价型化合物，它们同时具有共价固体、离子晶体和过渡金属的特性，从而表现出特殊的物理和化学性质，在光电、磁、催化等领域显示了良好的应用前景。过渡金属磷化物是继碳化物、氮化物之后的又一新型催化材料，由于其具有与氮化物和碳化物相似的物理性质及更优异的催化加氢活性和抗硫性能，已成为新型催化材料研究领域的一个热点。目前，有关过渡金属磷化物催化剂的应用主要有汽油及柴油的加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）以及生物质燃料的加氢脱氧（HDO）、肼分解、烃类重整制合成气等重要反应过程。

过渡金属磷化物的传统制备方法包括元素化合法、固态复分解法、磷化氢反应法、有机金属分解法、电解熔融法等。但是这些方法大部分需要在高温高压下进行，有的还需要昂贵的试剂或以磷化氢等剧毒物质为磷源，反应条件比较苛刻，且生成的副产物较多，不适合于大规模制备。传统制备方法存在的另一个问题是所制得的过渡金属磷化物的晶粒尺寸较大、分散度和比表面积较小、表面活性位数目较少，难以获得高性能的磷化物催化剂。为提高磷化物的分散度和催化性能，最有效的方法是将其负载于高比表面积载体上。程序升温还原法是制备负载型过渡金属磷化物催化剂的有效方法之一。该方法通常以金属盐与磷酸盐或亚磷酸盐的混合溶液作为前驱体，然后通过浸渍法负载于载体表面，经焙烧和氢气程序升温还原制得催化剂。过渡金属磷化物常用的载体有Al₂O₃、SiO₂、Y型分子筛、活性炭、MCM-41等。但是，采用浸渍法将过渡金属磷酸盐负载于载体上容易导致团聚、组成分布不均匀、金属-载体相互作用较弱等问题，不利于磷化物的组成和结构的调控。为克服这些问题，研发一种更简单、有效的可控制备方法就成为负载型过渡金属磷化物催化剂研究的一项重大挑战。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种负载型过渡金属磷化物催化剂及其制备方法。以层状复合氢氧化物为单一前驱体，通过将载体、过渡金属和磷源的前驱物合为一体，实现对磷化物的组成和结构的调控，为负载型过渡金属磷化物催化剂的可控制备提供一种新型、简单、有效的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用共沉淀法合成以镁、铝、过渡金属等金属阳离子的复合氢氧化物为主体层板、以磷酸氢根等阴离子为插层的层状复合氢氧化物前驱体，经焙烧热分解获得具有高比表面积的均匀混合氧化物，然后经氢气程序升温还原制得负载型过渡金属磷化物催化剂，所述过渡金属磷化物为磷化铁、磷化钴和磷化镍中的任一种。

上述负载型过渡金属磷化物催化剂的制备方法，其具体步骤如下：