【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、可以使用燃料源来操作各种系统。燃料源可具有与每单位质量的燃料所储存或可提取的能量的量相对应的特定能量。燃料源可被提供给各种系统以使得此类系统能够产生能量和/或递送功率(例如，用于移动或运输目的)。
技术实现思路
1、氢可以用作清洁能源来为各种系统提供动力。与其他类型的燃料如具有约45兆焦耳/千克(mj/kg)的比能(热)的柴油、汽油或喷气燃料或者具有约0.95mj/kg的比能(电)的锂离子电池相比，氢可提供独特的优势。相比之下，氢具有超过140mj/kg的比能(热)。因此，1kg氢可以提供与约3kg汽油或煤油相同的量的能量。因此，氢作为燃料源可有助于减少提供与其他传统燃料源相当的量的能量所需的燃料的量(按质量计)。此外，使用氢作为燃料源(例如，作为燃烧反应物)的系统通常会产生温和或无毒的副产物如水，同时产生极小或接近零的有害排放如二氧化碳或一氧化二氮排放，从而减少使用氢作为燃料源的各种系统(例如，运输模式)的环境影响。
2、本文认识到使用用于从氨中提取氢(例如，通过氨分解过程或反应)的常规催化剂的各种限制。氨分解也可以被称为氨裂化、氨重整或氨解离。氨分解可以是高度依赖于结构的反应，并且当使用常规催化剂制造方法时，控制用于分解氨分子的活性金属纳米颗粒的形态和/或物理或化学性质的能力可能有限。因此，活性金属纳米颗粒的最佳使用是困难的，并且常规催化剂常常包含高于最佳的活性金属纳米颗粒含量。此外，纳米颗粒可能不是高度分散的，这会降低催化剂的效率。常规催化剂还可能
3、本公开提供了用于至少解决针对常规催化剂指出的上述缺点的系统和方法。本公开的一些实施方案涉及优化的催化剂材料、用于制造此类优化的催化剂材料的相关系统和方法以及使用此类优化的催化剂材料的方法。优化的催化剂材料可以表现出用于促进氨分解的活性金属纳米颗粒的最佳形态和/或物理或化学性质。物理或化学性质可以包括所述一种或多种活性金属纳米颗粒的表面化学或性质。优化的催化剂材料还可以表现出活性金属纳米颗粒的最佳分散水平。优化的催化剂材料还可以在严苛的反应条件下保持有利的物理和化学性质，并且可以表现出高的热稳定性和最佳的热传递速率以实现高效的吸热氨分解反应。
4、本公开还提供了用于制造催化剂的方法，所述催化剂具有优化的材料组成、活性金属纳米颗粒形态、表面化学或性质和/或载体-金属相互作用。可以实施本文公开的制造方法以产生具有高的热稳定性和优化的热传递特性的催化剂材料。与常规催化剂相比，使用本公开的方法产生的催化剂材料可用于在较低的反应温度下高效地分解氨达更长的持续时间，并且可以在使用较低浓度的活性金属(例如，较低的钌含量)的同时从每单位重量或体积的氨提取更大的量的氢。
5、本公开还提供了用于处理氨的一种或多种催化剂。所述一种或多种催化剂可以具有例如优化的孔隙结构和活性金属纳米颗粒形态和/或表面化学或性质。本公开的催化剂材料可以具有高的热稳定性和优化的热传递特性。所述催化剂材料可以用于在较低的反应温度下高效地分解氨，并且可以在使用较低浓度的活性金属的同时从每单位重量或体积的氨提取更大的量的氢。在一些情况下，对于所使用的相同的量的催化剂材料，可以产生更多的氢。在一些情况下，氢可以在较低的反应温度下产生。
6、在一个方面，本公开提供了一种制造用于氨处理或分解的催化剂的方法，其包括：(a)提供催化剂载体；(b)以热、化学、物理或电化学方式处理催化剂载体以改变催化剂载体的孔隙特性；(c)在催化剂载体上沉积复合载体材料，其中所述复合载体材料具有形态或表面化学或性质；和(d)在复合载体材料和催化剂载体中的至少之一上沉积一种或多种活性金属，其中所述一种或多种活性金属包括一种或多种纳米颗粒，所述纳米颗粒被配置成在经受热或化学处理时顺应于复合载体材料的形态或表面化学或性质，从而优化纳米颗粒上的一个或多个活性位点以便实现氨处理或分解。
7、在一些实施方案中，形态包括孔隙结构、孔隙尺寸、孔隙形状、孔隙体积、孔隙密度、孔隙尺寸分布、晶粒结构、晶粒尺寸、晶粒形状、晶体结构、薄片尺寸或分层结构。在一些实施方案中，表面化学或性质包括元素组成、阿伦尼乌斯酸度或碱度、路易斯酸度或碱度、表面羟基基团密度、或亲水性或疏水性。在一些实施方案中，以热、化学、物理或电化学方式处理催化剂载体包括使催化剂载体经受一个或多个热、化学、物理或电化学过程或处理以优化催化剂载体的一个或多个孔隙或表面化学或性质。在一些实施方案中，优化所述一个或多个孔隙包括(i)改性所述一个或多个孔隙的尺寸，(ii)改性催化剂载体的孔隙体积，(iii)改性孔隙尺寸分布或(iv)改性催化剂载体的孔隙密度。在一些实施方案中，优化表面化学或性质包括改性(i)阿伦尼乌斯酸度或碱度、(ii)路易斯酸度或碱度、(iii)表面羟基基团密度、或(iv)表面亲水性或疏水性。
8、在一些实施方案中，复合载体材料使用物理气相沉积或化学气相沉积来沉积。在一些实施方案中，复合载体材料的形态或表面化学或性质顺应于催化剂载体的形态或表面化学或性质。在一些实施方案中，所述一种或多种活性金属使用物理气相沉积或化学气相沉积来沉积。在一些实施方案中，所述方法还可以包括以热或化学方式活化所述一种或多种活性金属。在一些实施方案中，以热、物理、化学或电化学方式活化所述一种或多种活性金属诱导所述活性金属的一种或多种纳米颗粒的生长。在一些实施方案中，所述一种或多种纳米颗粒被配置成在以热、物理、电化学或化学方式活化时生长，同时顺应于复合载体材料的形态或表面化学或性质。在一些实施方案中，所述方法还可以包括将催化剂与一种或多种促进剂组合以改性或优化催化剂的形态、活性位点、电子密度、阿伦尼乌斯酸度或碱度、路易斯酸度或碱度、或电子态。
9、在一些实施方案中，所述一种或多种促进剂包括钠(na)、钾(k)、铷(rb)、铯(cs)、镁(mg)、钙(ca)、锶(sr)或钡(ba)。在一些实施方案中，所述一种或多种活性金属包括钌(ru)、镍(ni)、铑(rh)、铱(ir)、钴(co)、钼(mo)、铁(fe)、铂(pt)、铬(cr)、钯(pd)或铜(cu)。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化剂，所述催化剂包含：
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中‘a’为1并且‘b’为2。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中所述层包含CeO2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化剂，其中‘c’为1并且‘d'为2。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成使所述一种或多种活性金属颗粒的D-带中心上移。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成增大所述层上所述一种或多种活性金属颗粒的所述金属-载体相互作用。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成在氨分解反应期间降低金属-氮结合能和/或氮解吸的活化能。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成增大氨裂化反应期间金属-氮反键分子轨道中的电子占据率。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的催化剂，其中所述Ce对所述Zr的摩尔比在约1∶5至约1∶15的范围内。
10.根据权利要求1至9中
11.根据权利要求1至10中任一项所述的催化剂，其中所述层包含Ce3+离子和Ce4+离子，任选地其中所述Ce3+离子对所述Ce4+离子的比率在约0.3∶1至约0.9∶1的范围内。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的催化剂，其中与不包括包含铈的所述层的未掺杂催化剂的对应XRD光谱相比，所述催化剂表现出展现出较低衍射角的X-射线粉末衍射(XRD)光谱，任选地其中所述催化剂包含约10摩尔％至约15摩尔％的Ce。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的催化剂，其中所述催化剂被配置成诱导约0.1毫摩尔(mmol)/克(g)至约10mmol/g的范围内的氧空穴。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的催化剂，其中所述催化剂被配置成产生约10微摩尔(μmol)/克(g)至约1000μmol/g的范围内的酸位点密度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的催化剂，其中所述载体包含一种或多种促进剂，所述促进剂被配置成改性所述载体的碱度和/或增大所述催化剂的电子密度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的催化剂，其中所述一种或多种促进剂包括选自碱金属和碱土金属的一个或多个成员。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的催化剂，其中所述一种或多种活性金属颗粒包含选自Ru、Ni、Rh、Ir、Co、Fe、Pt、Cr、Mo、Pd和Cu的一种或多种金属。
18.一种用于产生催化剂的方法，所述方法包括：
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括(b)加热所述载体至目标温度，其中(b)在所述目标温度下进行。
20.根据权利要求18所述的方法，其中‘x’为1并且‘y’为2。
21.根据权利要求18所述的方法，其中‘s’为1并且‘t’为2。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括用所述CexOy的前体掺杂所述ZrsOt以产生包含铈(Ce)、锆(Zr)和氧(O)的所述载体。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括使所述CexOy的前体与所述ZrsOt的前体反应以产生包含铈(Ce)、锆(Zr)和氧(O)的所述载体。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述目标温度在约700℃至约1000℃的范围内。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，其中所述一种或多种活性金属的所述前体包括Ru前体、Ni前体、Rh前体、Ir前体、Co前体、Fe前体、Pt前体、Cr前体、Mo前体、Pd前体或Cu前体。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其中所述载体包含一种或多种促进剂，所述促进剂被配置成改性所述载体的碱度。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中所述一种或多种促进剂包括选自碱金属和碱土金属的一个或多个成员。
28.根据权利要求18所述的方法，其中所述(a)还包括使用(iii)促进剂或促进剂前体来在所述载体中产生所述促进剂与Ce的目标摩尔比。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述促进剂前体包括K前体、碱金属前体或碱土金属前体。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述方法还包括：
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一目标温度在约700℃至约1000℃的范围内。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种催化剂，所述催化剂包含：
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中‘a’为1并且‘b’为2。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中所述层包含ceo2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化剂，其中‘c’为1并且‘d'为2。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成使所述一种或多种活性金属颗粒的d-带中心上移。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成增大所述层上所述一种或多种活性金属颗粒的所述金属-载体相互作用。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成在氨分解反应期间降低金属-氮结合能和/或氮解吸的活化能。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的催化剂，其中所述层中的所述铈被配置成增大氨裂化反应期间金属-氮反键分子轨道中的电子占据率。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的催化剂，其中所述ce对所述zr的摩尔比在约1∶5至约1∶15的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的催化剂，其中所述层包含(zr∶ce)o2的无定形结构、单斜结构或四方网络结构。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的催化剂，其中所述层包含ce3+离子和ce4+离子，任选地其中所述ce3+离子对所述ce4+离子的比率在约0.3∶1至约0.9∶1的范围内。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的催化剂，其中与不包括包含铈的所述层的未掺杂催化剂的对应xrd光谱相比，所述催化剂表现出展现出较低衍射角的x-射线粉末衍射(xrd)光谱，任选地其中所述催化剂包含约10摩尔％至约15摩尔％的ce。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的催化剂，其中所述催化剂被配置成诱导约0.1毫摩尔(mmol)/克(g)至约10mmol/g的范围内的氧空穴。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的催化剂，其中所述催化剂被配置成产生约10微摩尔(μmol)/克(g)至约1000μmol/g的范围内的酸位点密度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的催化剂，其中所述载体包含一种或多种促进剂，所述促进剂被配置成改性所述载体的碱度和/或增大所述催化剂的电子密度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的催化剂，其中所述一种或多种促进剂包括选自碱金属和碱土金属的一个或多个成员。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的催化剂，其中所述一种或多种活性金属颗粒包含选自ru、ni、rh、ir、co、fe、pt、cr、mo、pd和cu的一种或多种金属。
18.一种用于产生催化剂的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍里斯·谢鲁德科，崔钟元，曹永锡，金炫镐，车俊荣，
申请(专利权)人：爱莫格公司，
类型：发明
国别省市：
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