【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氨分解制氢，具体涉及一种用于氨解制氢的ru基催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氢气是一种能量密度高、清洁无污染、来源广泛的绿色能源，被称为“终极能源”。然而氢气作为一种气态燃料，具有体积能量密度较低的特点，导致其难以储存和运输，因此，解决氢气的储运问题是未来氢能大规模发展的前提。而氨气是一种富氢化合物，且极易被液化、储存和运输，此外，氨气在实际应用方面已具备成熟的技术体系和标准规范，因此，氨气作为一种储氢材料，有望解决氢气储运难的问题。
2、如何高效、低成本地将氨气中的氢释放出来成为了关键难点，热催化氨分解制氢反应则是解决该难点的有效途径。目前，氨分解制氢催化剂主要有以ru为代表的贵金属催化剂和以fe、ni为代表的非贵金属催化剂。其中传统的ru基负载型催化剂存在ru利用率低、成本高等问题，而非贵金属催化剂则存在用量大、活性低、能耗大等问题，均难以满足氨分解制氢的实际应用。
3、例如专利申请文件cn201910537655.5公开了一种镍和/或钌系氨分解催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括活性组分和载体；所述活性组分为镍、钌中的一种或两种，所述载体包括石墨化活性炭和助剂，所述助剂为碱金属的氧化物和碳酸盐、碱土金属的氧化物和碳酸盐、稀土氧化物中的一种或几种，助剂可以对载体进行改性，提高催化剂的活性；此外，将活性炭经高温石墨化处理，一方面提高催化剂的稳定性，另一方面活性组分与载体碳之间可形成强的相互作用，发生电子转移，有利于反应产物n2和h2的脱附，从而进一步提高其低温反应活性，达到较好
4、又例如专利申请文件cn202310349366.9公开了一种用于氨分解制氢的ru基催化剂及其制备方法。该ru基催化剂包括作为活性组分的ru、作为助剂的碱金属、碱土金属或稀土金属和作为载体的碳包裹二氧化硅sio2@c，其中，复合载体sio2@c具有大比表面积多孔结构、表面碳层掺杂分布均匀、稳定性高，对金属有很好的亲和力，引入的金属助剂能够调节ru表面电子特性，同时增强载体表面碱性，并增强金属与载体间的协同作用强度，促进氨分解反应进行，从而表现出优异的氨分解反应催化性能。但该ru基催化剂的制备方法是先合成载体、再引入助剂，最后进行ru颗粒的负载，制备工艺复杂、繁琐，且合成的活性位点为ru颗粒，内部ru原子不能被有效利用，会造成ru的浪费。
5、又例如专利申请文件cn202110478047.9公开了一种氨分解催化剂及其制备方法和应用。该氨分解催化剂的制备方法，包括如下步骤：将醋酸钌、醋酸镁和醋酸钾进行球磨，得到金属盐混合物粉末；将金属盐混合物粉末进行焙烧，然后经氢气还原，得到氨分解催化剂。该氨分解催化剂的制备方法，通过“一锅式”加入特定原料醋酸钌、醋酸镁、醋酸钾，并通过球磨处理得到金属盐混合物粉末，然后经焙烧、氢气还原制备得到氨分解催化剂，几个步骤相互配合，可大大降低钌金属粒径，提高催化剂的低温活性。但是，采用一锅法制备碱金属k修饰的ru/mgo催化剂，采用物理混合难以使ru盐、mg盐和k盐均匀分散，易造成催化剂上ru和k分散不均匀，颗粒尺寸均一性差；并且可能会使得部分ru颗粒进入mgo内部，造成浪费。
技术实现思路
1、本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：相关技术中的氨解制氢ru基催化剂通常为传统负载型ru颗粒催化剂或ru合金催化剂，这两种催化剂在应用过程中存在一定的问题。对于传统负载型ru颗粒催化剂，存在ru用量高、利用率低等问题，例如传统的碳载ru颗粒、过渡金属氧化物载ru颗粒，由于载体的惰性，ru颗粒的活性往往没有得到改性，从而导致活性较低，同时催化反应仅发生在ru颗粒表面，内部的ru原子不能得到有效的利用而造成浪费。对于ru合金催化剂，则存在杂原子占据一定数量的表面ru原子位点，造成表面ru原子暴露数量减少的问题，因此，尽管单个ru原子活性位点得到了显著的提升，但整体活性会因暴露ru原子数减少而降低。同时，跟传统负载型ru颗粒催化剂一样，大量ru原子被保存于内部，不能得到有效利用。
2、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种用于氨解制氢的ru基催化剂及其制备方法和应用。
3、本专利技术实施例的用于氨解制氢的ru基催化剂，包括载体和负载在所述载体上的活性金属纳米粒子，所述活性金属纳米粒子包括负载在所述载体上的过渡金属纳米颗粒和包覆在所述过渡金属纳米颗粒上的ru原子层，以所述ru基催化剂的总质量为100wt％计，所述ru原子层的质量分数为0.2-3wt％。
4、本专利技术实施例的ru基催化剂带来的优点和技术效果为：
5、1、本专利技术实施例的ru基催化剂中ru原子层包覆在过渡金属纳米颗粒表面形成活性金属纳米颗粒，相对于相关技术中的ru基催化剂，本专利技术实施例的ru基催化剂ru载量低、利用率高，能显著降低催化剂成本；
6、2、本专利技术实施例的ru基催化剂，由于过渡金属纳米颗粒与ru原子层间存在显著的电负性差异，从而有利于产生电子转移作用，有效调控ru原子层的电子结构，优化ru位点与氨解制氢中间反应产物之间的吸附强度，提升催化活性；
7、3、本专利技术实施例的ru基催化剂，由于过渡金属纳米颗粒与ru原子层间存在一定晶格间距差异，导致ru原子层发生晶格应变，从而调节了ru位点与氨解制氢中间反应产物之间的吸附强度，进而有利于提升催化活性。
8、在一些实施例中，所述ru原子层的层数为1-2层，和/或，所述ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2.5％。
9、在一些实施例中，所述ru原子层的层数为1层，和/或，所述ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2％。
10、在一些实施例中，所述ru原子层的质量分数为0.5-2wt％。
11、在一些实施例中，所述活性金属纳米粒子的平均粒径为1-5nm。
12、在一些实施例中，所述过渡金属纳米颗粒为fe、cu、co和ni纳米颗粒中的至少一种；和/或，所述过渡金属纳米颗粒的质量分数为5-30wt％。
13、在一些实施例中，所述ru基催化剂还包括助剂，所述助剂为碱金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐和稀土金属氧化物中的至少一种。
14、另外，本专利技术实施例还提供了一种用于氨解制氢的ru基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
15、(1)将所述载体、过渡金属盐和第一分散剂混合均匀，干燥后得到混合粉体；
16、(2)将所述混合粉体在氢气和惰性气体的混合气氛中于300-1000℃条件下进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；
17、(3)将所述第一烧结产物、ru盐和第二分散剂进行混合均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，包括载体和负载在所述载体上的活性金属纳米粒子，所述活性金属纳米粒子包括负载在所述载体上的过渡金属纳米颗粒和包覆在所述过渡金属纳米颗粒上的Ru原子层，以所述Ru基催化剂的总质量为100wt％计，所述Ru原子层的质量分数为0.2-3wt％。
2.根据权利要求1所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，所述Ru原子层的层数为1-2层，和/或，所述Ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2.5％；优选地，所述Ru原子层的层数为1层，和/或，所述Ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2％。
3.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，所述Ru原子层的质量分数为0.5-2wt％。
4.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，所述活性金属纳米粒子的平均粒径为1-5nm。
5.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，所述过渡金属纳米颗粒为Fe、Cu、Co和Ni纳米颗粒中的至少一种；和/或，所述过渡金属纳米颗粒的质量分数为5-30wt％。
6.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂，其特征在于，还包括助剂，所述助剂为碱金属氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氧化物、碱土金属碳酸盐和稀土金属氧化物中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌处理的温度为30-90℃，时间为2-24h；优选地，所述搅拌处理的温度为40-90℃，时间为3-24h。
9.根据权利要求7或8所述的用于氨解制氢的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，将所述催化剂粉体与助剂前驱盐和第三分散剂混合均匀，干燥后进行所述第二烧结处理，得到所述Ru基催化剂。
10.根据权利要求1-6任一项所述的Ru基催化剂或权利要求7-9任一项中所述的制备方法得到的Ru基催化剂在氨解制氢反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于氨解制氢的ru基催化剂，其特征在于，包括载体和负载在所述载体上的活性金属纳米粒子，所述活性金属纳米粒子包括负载在所述载体上的过渡金属纳米颗粒和包覆在所述过渡金属纳米颗粒上的ru原子层，以所述ru基催化剂的总质量为100wt％计，所述ru原子层的质量分数为0.2-3wt％。
2.根据权利要求1所述的用于氨解制氢的ru基催化剂，其特征在于，所述ru原子层的层数为1-2层，和/或，所述ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2.5％；优选地，所述ru原子层的层数为1层，和/或，所述ru原子层的晶格压缩应力为0.2-2％。
3.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的ru基催化剂，其特征在于，所述ru原子层的质量分数为0.5-2wt％。
4.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的ru基催化剂，其特征在于，所述活性金属纳米粒子的平均粒径为1-5nm。
5.根据权利要求1或2所述的用于氨解制氢的ru基催化剂，其特征在于，所述过渡金属纳米颗粒为fe、cu、co和ni纳米颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立刚，赵维，贾茵，刘秩仰，吴田田，任宇辰，徐敏，柴茂荣，
申请(专利权)人：国家电投集团氢能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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