催化材料及其用途制造技术

描述了一种催化材料以及制备所述催化材料的方法。还描述了催化材料在催化氨分解过程中的用途。所述催化材料包含金属氧化物和金属M,所述金属M选自由Ru、Fe、Co、Mo及其两种或更多种的混合物，并且所述催化材料在氨的催化分解中特别活泼，即使在低温下也是如此。即使在低温下也是如此。即使在低温下也是如此。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化材料及其用途


[0001]本专利技术涉及催化材料。更具体地，本专利技术涉及适用于氨催化分解的催化材料。本专利技术还涉及用于制备催化材料的方法，以及使用该催化材料的氨分解方法。

技术介绍

[0002]催化氨分解长期以来被认为气体或液体污染物流的环境净化中的重要工具。最近，氨被认为是令人感兴趣的氢替代燃料，因为它具有极高的能量密度，以及其用于固定和移动应用的运输便利性1。氨的催化分解产生氢气，可用于供应内燃机或燃料电池。与直接将氢气用于商业应用相比，氢气本身存在处理困难，且体积能量密度低，氨可以在20℃、约8巴下液化，从而避免了与远距离运输氢气相关的许多安全问题。此外，由于CO和碳污染物产生的其他含碳副产物，通过风力和太阳能进行的氨的无碳分解也显著降低了燃料电池的性能2。
[0003]因此，近年来，氨已广泛应用于H2储存和其他能源应用
3,4
。
[0004]然而，到目前为止，由于吸热过程的热力学极限和缺乏有效的催化策略，只有在高温下才能氨分解而大量产生氢。近年来，开发了多种用于氨分解的金属催化剂，包括Ru5‑
15
、Rh
16,17
、Pd
16,17
、Pt
12
、Ni
6,18
–
20
、Fe
19
和Co
16
。此外，对许多载体，如SiO
25,6
、Al2O
35,9
、沸石1、碳纳米管9、活性碳9、C
>12
A
710
、MgO
12
–
14
进行了研究，且所述载体在高温(>500℃)下显示出中等的氢气生成速率。然而，这些方法都没有在较低温度下表现出相当的活性，这使得它们在工业上不实用。这主要是由于催化速率决定步骤(如N重组和N
‑
H键断裂)的限制。改变反应路径是有吸引力的策略，用于在低温下通过氨分解实现高效的氢气生产。
[0005]本专利技术是出于上述考虑而设计的。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种催化材料，其包含：
[0007]a)金属氧化物，和
[0008]b)金属M，其选自由Ru、Fe、Co、Mo及其两种或更多种的混合物组成的组，
[0009]其中，所述金属氧化物包含氧化镁，所述氧化镁包含暴露(111)晶面。
[0010]根据本专利技术的第二方面，提供了制备根据第一方面的催化材料的方法，该方法包括：
[0011]a)提供如本文定义的金属氧化物，
[0012]b)在所述金属氧化物上沉积金属M，其中M如本文所定义，和
[0013]c)任选地还原步骤b)产生的产物。
[0014]根据本专利技术的第三方面，提供了通过根据第二方面的方法获得、直接获得或可获得的催化材料。
[0015]根据本专利技术的第四方面，提供了氨的催化分解方法，该方法包括使氨与催化材料接触的步骤，所述催化材料包含：
[0016]a)金属氧化物，其包含：
[0017]i)包含暴露(111)晶面的氧化镁，或
[0018]ii)氧化铈，或
[0019]iii)包含暴露(111)晶面的氧化镁和氧化铈；
[0020]b)金属M，其选自由Ru、Fe、Co、Mo及其两种或更多种的混合物组成的组。
[0021]合适地，本专利技术第四方面中使用的催化材料与本专利技术第一方面的催化材料相同。
具体实施方式
[0022]在贯穿本说明书的整个描述和权利要求中，如果本文使用术语“包含(comprise)”(或“包含(comprises)”或“包含(comprising)”)描述主题，也考虑了使用术语“由
……
组成(consist of)”(或“由
…
组成(consists of)”或“由
……
组成(consisting of)”)或“基本上由
……
组成(consist essentially of)”(或者“基本上由
……
组成(consists essentially of)”或“基本由
……
组成(consisting essentially of)”)描述的相同主题。
[0023]在本说明书的整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则单数形式包含复数形式。特别是，在使用不定冠词时，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑复数和单数。
[0024]结合本专利技术的特定方面、实施方案或实施例描述的特征应被理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施方案或实施例，除非与此不兼容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤，可以以任何组合进行组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合。本专利技术不限于本文列举的任何具体实施方案的细节。本专利技术扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征中任何新颖的或任何新颖组合，或如此公开的任何方法或工艺的步骤中任何新颖的一个或任何新颖的组合。
[0025]除非另有说明，如果给定产物的特定组分的量或浓度指定为重量百分比(wt％或％w/w)，则所述重量百分比是指所述组分的重量相对于产物整体的总重量的百分比。本领域技术人员将理解，产物所有组分的重量百分比之和将总计100wt％。然而，如果并非列出所有组分(例如，如果一种产物据说“包含”一种或多种特定组分)，则所述重量百分比余量可任选地由未指定的成分补足到100wt％。
[0026]催化材料
[0027]在第一方面，本专利技术提供了一种催化材料，其包含：
[0028]a)金属氧化物，和
[0029]b)金属M，其选自由Ru、Fe、Co、Mo及其两种或更多种的混合物组成的组，
[0030]其中，所述金属氧化物包含氧化镁，所述氧化镁包含暴露(111)晶面。
[0031]专利技术人惊奇地发现，本催化材料在氨的催化分解中特别活泼，即使在相对低温下也是如此。特别地，所述催化材料能够在仅400"C下在重时空速(WHSV)为30000mL g
cat
‑1h
‑1下实现27.0mmol g
cat
‑1min
‑1的氢气形成速率。不希望受到理论的约束，专利技术人认为这些结果至少部分归因于金属氧化物载体材料的性质，其极性晶面可表现出优异的质子传导性能，并因此有利于从金属M表面去除质子。此外，令人感兴趣的是，催化材料允许氨在不产生氮氧化物的情况下分解为氢气，从而为实际应用中无CO
x
氢气生产提供了具有工业吸引力
的方法。
[0032]所述金属氧化物包含氧化镁，其中所述氧化镁包含暴露(111)晶面。氧化镁的(111)晶面是极性的，因为它包含带正电的Mg
2+<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化材料，其包含：a)金属氧化物，和b)金属M，其选自由Ru、Fe、Co、Mo及其两种或更多种的混合物组成的组，其中，所述金属氧化物包含氧化镁，所述氧化镁包含暴露(111)晶面。2.根据权利要求1所述的催化材料，其中所述(111)晶面形成氧化镁暴露表面的至少30％。3.根据权利要求1或2所述的催化材料，其中所述金属M为Ru和任选的选自由Fe、Co和Mo组成的组中的一种或多种，优选地，其中所述金属M仅为Ru。4.根据权利要求1、2或3所述的催化材料，其中所述催化材料包含：0.01
‑
30.0％w/w的所述金属M，和40.0
‑
99.9％w/w的所述金属氧化物，优选地其中所述催化材料包含：2.5
‑
6.0％w/w的所述金属M，和85.0
‑
97.5％w/w的所述金属氧化物。5.根据前述权利要求任一项所述的催化材料，其中所述金属M具有0.5
‑
100nm的平均粒度。6.根据前述权利要求任一项所述的催化材料，其进一步包含促进剂Q，其中所述Q选自由Cs、K、Ba及其两种或更多种的混合物组成的组。7.根据权利要求6所述的催化材料，其中M:Q的摩尔比为1:(0.1
‑
3)。8.根据前述权利要求任一项所述的催化材料，其中所述金属氧化物由氧化镁组成。9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的催化材料，其中所述金属氧化物包含氧化镁和氧化铈，其中所述氧化镁包含暴露(111)晶面。10.根据权利要求9所述的催化材料，其中所述氧化铈包含暴露(100)晶面。11.根据权利要求10所述的催化材料，其中所述(100)晶面形成氧化铈暴露表面的至少40％。12.根据权利要求9、10和11中任一项所述的催化材料，其中所述金属氧化物作为离散的氧化镁颗粒和离散的氧化铈颗粒的混合物(例如氧化镁和氧化铈的物理混合物)提供，或所述金属氧化物作为多种颗粒提供，这些颗粒中的至少一些包含氧化镁和氧化铈的混合物(例如氧化镁和氧化铈的化学混合物)。13.用于制备如前述权利要求任一项所述的催化材料的方法，所述方法包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾适之，胡信诚，方辉煌，
申请(专利权)人：牛津大学科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：