一种单原子分散贵金属催化剂、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种单原子分散贵金属催化剂，其特征在于，所述的催化剂包括活性组分和载体活性炭；其中，所述活性组分为贵金属元素，所述贵金属元素选自Pt、Pd、Ru、Ag、Au、Ir、Rh中的至少一种；所述贵金属元素以单原子形式分散在所述单原子分散贵金属中。本申请还公开了该单原子分散贵金属催化剂的制备方法，工艺简单，效果明显，普适性强，可生产出一批载量高，活性好，稳定性强的负载贵金属单原子催化剂。

A single atom dispersed noble metal catalyst, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种单原子分散贵金属催化剂、其制备方法及应用
本申请涉及一种单原子分散贵金属催化剂、其制备方法及应用，属于工业催化领域。
技术介绍
单原子级分散的负载型金属催化剂，以其理想的均相催化多相化的研究模型，自2011年后引起人们的广泛关注，相较于其他纳米或亚纳米催化剂而言，具有非常高的催化效率。在氧化、还原、水煤气转化、电催化等方面表现出优异的催化性能。但是对于负载的纳米金属催化剂而言，其金属催化剂往往只有表面暴露的原子才具有催化剂活性，这就使得金属原子利用效率低，尤其是资源有限的贵金属，会造成资源的浪费。同时，单原子级分散的金属催化剂，具有更多配位不饱和位点，这些位点被认为是催化反应的活性中心。因此，原子级分散的金属催化剂不仅具有100％的原子利用率外，还具有很高的催潜力。然而，由于单原子级分散的负载金属催化剂具有高的表面能、可迁移性，容易团聚。因此，在催化反应过程中保持较高的稳定性是一个重大的挑战。这不仅限制了单原子催化剂的实际应用，也导致了金属催化剂的活性中心的精细结构难以解析，反应构效关系难以建立。面对这些难题，人们往往被迫降低金属催化剂的负载量来抑制催化剂的团聚失活。目前，单原子级分散的负载金属催化剂的普适性制备方法，尤其是大规模高负载量稳定性还好的金属单原子分散催化剂的制备是一大难题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种单原子分散贵金属催化剂，该催化剂具有活性高、稳定性强等优点。所述单原子分散贵金属催化剂，其特征在于，包括活性组分和载体活性炭；>其中，所述活性组分中包含贵金属元素，所述贵金属元素选自Pt、Pd、Ru、Ag、Au、Ir、Rh中的至少一种；所述贵金属元素以单原子形式分散在所述单原子分散贵金属中。优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为0.05～8％；所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量以贵金属元素的质量百分含量计。进一步优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为5～8％。贵金属以高密度单分散形式存在于载体活性炭载体上。进一步优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为5～6.5％。贵金属以高密度单分散形式存在于载体活性炭载体上。更进一步优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为6.5～8％。贵金属以高密度单分散形式存在于载体活性炭载体上。根据本申请的又一方面，提供制备所述单原子分散贵金属催化剂的方法，具体来说就是将活性炭负载的金属铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)和钯(Pd)经过一氧化碳和卤素或卤代烃的混合气氛在一定条件下处理处理一段时间，进而将Rh、Ir、Ru、Pd、Pt、Au和Ag等金属纳米颗粒进行分散，从而得到原子级分散的负载单原子催化剂。该方法可以将贵金属以高密度单分散形式存在于载体活性炭载体上，载量最高可达8％；该方法所制备的单原子分散贵金属催化剂，具有分散均匀，载量高，不流失，稳定性好等优点。所述制备单原子分散贵金属催化剂的方法，至少包括如下步骤：a)将载体活性炭浸渍于含有贵金属元素的溶液，经烘干、焙烧，得到前驱体(活性炭负载的纳米贵金属的制备)；b)将前驱体与含有一氧化碳与卤素和/或卤代烷烃的混合气接触进行后处理，得到所述单原子分散贵金属催化剂(单分散处理过程)。优选地，步骤a)所述含有贵金属元素的溶液中，所述贵金属元素来自贵金属的氯化物、硝酸盐、金属有机物中的至少一种。进一步优选地，所述贵金属元素来自贵金属的氯化物和/或贵金属的硝酸盐。优选地，步骤a)所述载体活性炭选自椰壳炭、杏壳炭中的至少一种。优选地，所述椰壳炭的比表面积为500～1100m2/g。进一步优选地，所述椰壳炭的比表面积为550～900m2/g。优选地，所述椰壳炭的平均孔径为1～200nm。更进一步优选地，所述椰壳炭的平均孔径为2～100nm。优选地，所述杏壳炭的比表面积为600～1200m2/g。进一步优选地，所述杏壳炭的比表面积为650～1000m2/g。优选地，所述杏壳炭的平均孔径为1～200nm。进一步优选地，所述杏壳炭的平均孔径为2～100nm。优选地，步骤b)所述含有一氧化碳与卤素和/或卤代烷烃的混合气中，一氧化碳与卤素和/或卤代烷烃的摩尔比为：CO:(卤素和/或卤代烷烃)＝0.1～100:1。进一步优选地，步骤b)所述含有一氧化碳与卤素和/或卤代烷烃的混合气中，一氧化碳和卤代烷烃的摩尔比为：CO:(卤素和/或卤代烷烃)＝0.5～50:1。优选地，步骤b)所述卤素选自氯气、溴气、碘蒸气中的至少一种。优选地，步骤b)所述卤代烷烃选自一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、溴甲烷、溴乙烷、溴丙烷、二溴甲烷、溴仿、碘甲烷、碘乙烷、碘丙烷、碘仿、碘苯中的至少一种。进一步优选地，步骤b)所述卤代烷烃选自溴甲烷、溴乙烷、碘甲烷、碘乙烷、碘苯中的至少一种。优选地，步骤b)所述后处理中，后处理温度为50～400℃，后处理压力为0.01～10.0MPa，后处理时间为0.01～24h。优选地，所述后处理的温度为50～380℃。优选地，所述后处理的温度为100～350℃。进一步优选地，所述后处理温度为50～350℃。更进一步优选地，所述后处理温度为50～280℃。再更进一步优选地，所述后处理温度为50～250℃。进一步优选地，所述后处理压力为0.01～3.5MPa。更进一步优选地，所述后处理压力为0.02～3.5MPa。进一步优选地，所述后处理时间为0.1～12h。作为一种具体的实施方式，催化剂单分散处理的温度为50～400℃，优选100～350℃。催化剂的单分散处理压力为0.01～10MPa，优选0.1～3.5MPa。活性炭负载的纳米颗粒经过一氧化碳和卤素或卤代烃的单分散处理时间为0.01～24h，优选0.1～12h。作为一种具体的实施方式，所述的活性炭负载的贵金属的纳米颗粒可以是氯化物，氧化物以及金属纳米颗粒。在单分散处理过程中，卤素氯气，溴和CO以气体的方式混合进料，卤代烃和CO以CO鼓泡的形式混合进料，将卤代烃带入反应器对催化剂进行单分散处理，CO的流量为1～200cc/min，卤代烃鼓泡的环境温度为-10～150℃，压力为0～10.0MPa。根据本申请的又一方面，提供上述单原子分散贵金属催化剂、根据上述方法制备得到的单原子分散贵金属催化剂中的一种在甲醇羰基化，甲烷低温有氧转化中的应用。本申请的有益效果包括但不限于：(1)本申请所提供的单原子分散贵金属催化剂，反应活性好，催化剂稳定性强、分散均匀、载量可在较宽范围内调变、贵金属不流失、稳定性好等优点。(2)本申请所提供的制备所述单原子分散贵金属催化剂的方法，工艺简单，效果明显、普适性强，可以得到高密度单原子分散的贵金属催化剂。该方法可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单原子分散贵金属催化剂，其特征在于，包括活性组分和载体活性炭；/n其中，所述活性组分中包含贵金属元素，所述贵金属元素选自Pt、Pd、Ru、Ag、Au、Ir、Rh中的至少一种；/n所述贵金属元素以单原子形式分散在所述单原子分散贵金属中。/n

【技术特征摘要】
1.一种单原子分散贵金属催化剂，其特征在于，包括活性组分和载体活性炭；
其中，所述活性组分中包含贵金属元素，所述贵金属元素选自Pt、Pd、Ru、Ag、Au、Ir、Rh中的至少一种；
所述贵金属元素以单原子形式分散在所述单原子分散贵金属中。


2.根据权利要求1所述的单原子分散贵金属催化剂，其特征在于，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为0.05～8％；
优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为5～8％；
进一步优选地，所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量为5～6.5％；
所述活性组分在所述单原子分散贵金属催化剂中的重量百分含量以贵金属元素的质量百分含量计。


3.制备权利要求1或2所述单原子分散贵金属催化剂的方法，至少包括如下步骤：
a)将载体活性炭浸渍于含有贵金属元素的溶液，经烘干、焙烧得到前驱体；
b)将前驱体与含有一氧化碳与卤素和/或卤代烷烃的混合气接触进行后处理，得到所述单原子分散贵金属催化剂。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a)所述载体活性炭选自椰壳炭、杏壳炭中的至少一种；
优选地，所述椰壳炭的比表面积为500～1100m2/g；平均孔径为1～200nm；进一步优选地，所述椰壳炭的比表面积为550～900m2/g，平均孔径为1～100nm；
优选地，所述杏壳炭的比表面积为600～1200m2/g，平均孔径为1～200n...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云杰，冯四全，宋宪根，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21