一种超薄金属层催化剂及其用途制造技术

本发明专利技术公开了一种超薄金属层催化剂及其用途，该催化剂包含载体、负载于载体上的主活性组分金属和助活性组分金属薄膜；主活性组分金属由均匀覆盖在载体上的超薄金属层构成；超薄金属层是金属铂、金、钯的任意一种；助活性组分金属薄膜为金、银、铜、铝、錸、铱中的一种；载体为泡沫镍或泡沫钛。本发明专利技术主活性成分的负载量最小化，提高催化性能，降低超电势，此催化剂对有机分子的催化加氢，使得有机氢化物预计将成为氢气有效的载体，解决氢气储存和运输的问题；并有望广泛应用于现在工业生产中，可以大大降低工业生产的成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该催化剂包含载体、负载于载体上的主活性组分金属和助活性组分金属薄膜；主活性组分金属由均匀覆盖在载体上的超薄金属层构成；超薄金属层是金属铂、金、钯的任意一种；助活性组分金属薄膜为金、银、铜、铝、錸、铱中的一种；载体为泡沫镍或泡沫钛。本专利技术主活性成分的负载量最小化，提高催化性能，降低超电势，此催化剂对有机分子的催化加氢，使得有机氢化物预计将成为氢气有效的载体，解决氢气储存和运输的问题；并有望广泛应用于现在工业生产中，可以大大降低工业生产的成本。【专利说明】
本专利技术属于催化剂
，涉及一种催化剂及其用途，尤其是用于以甲苯为代表有机分子催化加氢，以实现氢的储存与运输的超薄金属层催化剂。
技术介绍
二维原子晶体作为一种新兴材料，它具有热导系数、载流子迁移率、比表面积都相对较高的显著性能。过渡金属钼、金、钯是在电化学和催化领域具有重要的应用价值的金属材料，并且广泛应用于现在工业中汽车尾气净化催化、石油重整、氨的催化氧化制取硝酸、催化硅氢加成反应生成有机硅、化工原料的合成以及在催化分解水制氢以及对有机分子的催化加氢等方面，然而其高价格和有限的全球储备的问题一直是实际应用一个重大障碍，因此，超薄金属层的催化剂的制备显得尤为重要。目前人类面临的两大主要问题之一是能源问题，人们现在所依赖的能源大多数是化石能源，而化石燃料不但不可再生，储蓄量越来越少，且在使用的过程中还放出了大量的污染物，因此氢气作为一种可再生的清洁的替代能源，对其的制取将成为了氢能应用的过程中十分重要的一步。然而由于氢气具有低能量密度的不足，导致必须需要高压低温才能实现氢气的储存和运输，这仍然是一个尚未解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种催化效率较高的超薄金属层催化剂及其用途，其采用在助活性薄膜上利用原子层电沉积或定量置换的方法制备，该方法快速简便，并可显著减低生产成本和环境污染。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:这种超薄金属层催化剂，包含载体、负载于载体上的主活性组分金属和助活性组分金属薄膜；所述主活性组分金属由均匀覆盖在载体上的超薄金属层构成；所述超薄金属层是金属钼、金、钯的任意一种；所述助活性组分金属薄膜为金、银、铜、铝、鍊、铱中的一种；所述的载体为泡沫镍或泡沫钛；所述的泡沫镍或泡沫钛为结构均匀、孔隙率高、表面积大的三维宏观网状结构。上述超薄金属层厚度不多于10个原子层。上述超薄金属层厚度不多于5个原子层。上述超薄金属层采用单原子层电沉积或定量置换的方法在助活性金属表面形成。上述超薄金属层的助活性组分是分别通过化学置换方法或电化学的方法得到。上述超薄金属层为金属金时，金薄膜采用的是载体在含金的相对浓度为0.1?100mmol/L的溶液中置换出来。含金的溶液为金属盐。当所述超薄金属层是活动性强的金属铜、铝薄膜时，超薄金属层的形成采用的是定量置换的方法。本专利技术还提出一种用途:即上述超薄金属层催化剂使用于催化水分解制氢的催化剂。本专利技术还提出另一种用途:即上述超薄金属层催化剂使用于对有机分子催化加氢的催化剂。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术的超薄金属层催化剂主活性成分的负载量最小化，提高催化性能，降低超电势，此催化剂对有机分子的催化加氢，使得有机氢化物预计将成为氢气有效的载体，解决氢气储存和运输的问题；并有望广泛应用于现在工业生产中，可以大大的降低了工业生产的成本。【专利附图】【附图说明】图1为实施例6中四中不同层数钼催化剂的催化分解水性能图；图2为本专利技术对甲苯的催化加氢性能图；图3为实施例1-4以及衬底对甲苯的催化加氢性能图。【具体实施方式】本专利技术首先提出一种超薄金属层催化剂，其包含载体、负载于载体上的主活性组分金属和助活性组分金属薄膜，主活性组分由均匀覆盖在载体上的超薄金属层构成。所述的超薄金属层是金属钼、金、钯的任意一种。助活性组分金属薄膜为金、银、铜、铝、鍊、铱中的一种。所述的载体为泡沫镍、泡沫钛。所述的泡沫镍或泡沫钛为结构均匀、孔隙率高、表面积大的三维宏观网状结构。超薄金属层采用单原子层电沉积或定量置换的方法在助活性金属表面形成。该金属层的助活性组分是分别通过化学置换方法或电化学的方法得到。本专利技术的金薄膜采用的是载体在含金的相对浓度为0.1?100mmol/L的溶液中置换出来。其中含金的溶液为金属盐。本专利技术金属金薄膜上超薄金属层的形成采用的是原子层电沉积的方法。除金之外的金属薄膜采用的是电化学沉积的方法。活动性强的金属铜、铝等薄膜上超薄金属层的形成采用的是定量置换的方法。本专利技术的催化剂主活性成分是超薄金属层，其厚度不多于10个原子层，更好的是超薄金属层厚度不多于5个原子层，最好的是超薄金属层是1-2层；助活性组分为金属薄膜为金、银、铜、铝、鍊、铱中的一种，其含量为载体总重的0.lwt%? 0.8wt%。本专利技术的催化剂载体优选大比表面载体。进一步的，本专利技术基本组成为超薄金属层/金属薄膜/载体。具有一定孔隙率的三维结构泡沫金属(镍/钛)有很大表面积可以提高析氢反应的动力学。合成金属薄膜的方法是采用置换的方法得到金的纳米薄膜，而铜、银等金属的纳米薄膜是通过电化学沉积的方法，接下来通过简单快速的原子层电沉积的方法在金、银纳米薄膜上得到超薄金属层，而铜等其他较活泼的金属上超薄金属层的形成采用的是定量置换法。本专利技术还提出一种用途:即上述超薄金属层催化剂使用于催化水分解制氢的催化剂。本专利技术还提出另一种用途:即上述超薄金属层催化剂使用于对有机分子催化加氢的催化剂。其中的有机分子包括不饱和烯烃、炔烃、杂环、芳香烃及其衍生物。为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的制氢储氢催化剂进行描述，但本专利技术并不局限于这些实施例。实施例1Pt/Au/Ni 的制备配置0.5mol/L NaCl 和 lmmol/L KAuCl4 的混合溶液，用 0.1M 的 HClO4 调节 pH 值到4，在2%的盐酸中超声震荡洗涤Icm2载体泡沫镍；常温下，取上述的混合溶液Iml定容到IOml，在快速的搅拌下，把洗涤好的泡沫镍投入到反应液中，继续搅拌充分反应，然后洗涤，在惰性气氛中吹干；在三电极体系中(Pt为对电极，Hg/Hg2Cl2为参考电极,上步已完成的样品作为工作电极)，使用石英晶体微天平中的多电位阶跃法，在pH=4的3mmol/L氯钼酸盐、0.5mol/L氯化钠的混合电解质溶液中，利用一个快速的电势脉冲循环I次，在E=OV vs SEC实现对电极表面的除氢效果，在E=-0.4V vs SEC在处理过的电极表面快速沉积超薄钼金属层，其中Pt 含量为 0.12wt%, Au 含量为 0.38wt %。实施例2其它条件如实施例1不变，使电势脉冲循环2次，制得催化剂。实施例3其它条件如实施例1不变，使电势脉冲循环5次，制得催化剂。实施例4其它条件如实施例1不变，使电势脉冲循环10次，制得催化剂。实施例5Pt/Ag/Ni 的制备配置10mmol/L硝酸银、5mmol/L乙二胺四乙二酸二钠的混合溶液，用0.2mol/L的氨水调节溶液PH值9?10，在2%的盐酸中超声震荡洗涤Icm2载体泡沫镍；常温下，在双电极体系中，以碳棒为对电极，采用恒压法(2V)电化学沉积一分钟制得，然后洗涤，在惰性气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄金属层催化剂，其特征在于，包含载体、负载于载体上的主活性组分金属和助活性组分金属薄膜；所述主活性组分金属由均匀覆盖在载体上的超薄金属层构成；所述超薄金属层是金属铂、金、钯的任意一种；所述助活性组分金属薄膜为金、银、铜、铝、錸、铱中的一种；所述的载体为泡沫镍或泡沫钛；所述的泡沫镍或泡沫钛为结构均匀、孔隙率高、表面积大的三维宏观网状结构。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，李曼，马强，张豆豆，訾威，朱学杰，刘晓静，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61