【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备和催化，具体涉及一种含氮二氧化铈负载铂金属催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着以化石燃料燃烧为主的环境污染问题日益严重，开发利用新的清洁能源显得十分迫切和重要。氢气在储存和运输过程中面临的安全问题是氢能利用的主要技术壁垒之一。液体甲醇具有高的碳氢比和低的重整反应温度(200-400℃)，近年来受到了越来越多的关注。液体甲醇能够避免储存和运输氢气过程中的安全问题。与气态氢气储存相比，从液体甲醇原位生产氢气不仅消除了高压储氢的安全风险，而且降低了运输成本。值得注意的是，甲醇水蒸汽重整作为一种具有成本效益的方法，在相对温和的反应条件下提供了高产率的氢气在热催化
引起关注。
2、在热催化领域，催化剂的活性一直是困扰人们的难题。催化剂在热催化过程中有两种烧结方式：一种是以奥斯特瓦尔德熟化的方式烧结，另一种是以粒子聚集和迁移的方式烧结。两种烧结方式都会使催化剂的催化活性降低甚至失去活性。在实际生产中催化剂活性降低或失活会对生产过程产生很大的影响，因此，提升催化剂在低温下的高活性，成为当前最为关键的技术难点和研究热点。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种含氮二氧化铈负载铂金属催化剂及其制备方法和应用，成本低廉、操作简单，反应条件温和，安全无污染；能够大幅增强催化剂的抗烧结性能，显著延长催化剂的使用寿命，极大降低催化剂的使用成本。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、本专
4、步骤1：将铈盐与氮掺杂有机配体在碱性条件下溶于去离子水中，加热搅拌至完全溶解后进行水热反应，分离得到的固体产物，经洗涤、干燥后，得到氮掺杂二氧化铈粉末；
5、步骤2：将步骤1得到的氮掺杂二氧化铈粉末与抗氧化剂加入去离子水中，在常温下搅拌，分离得到的固体产物，经洗涤、干燥后，得到预处理载体氮掺杂二氧化铈粉末；
6、步骤3：将步骤2得到的预处理载体氮掺杂二氧化铈粉末与铂盐加入去离子水中，在常温环境下搅拌，分离得到的固体产物，经洗涤、干燥后，得到氮掺杂二氧化铈负载铂粉末；
7、步骤4：将步骤4得到的氮掺杂二氧化铈负载铂粉末在惰性气氛下煅烧，得到含氮二氧化铈负载铂金属催化剂。
8、优选地，步骤1中，所得氮掺杂二氧化铈粉末中氮掺杂量的摩尔分数为0.6-1。
9、优选地，步骤1中，碱性条件是ph＝9-11，加热搅拌是在80℃搅拌1h；水热反应的温度为120-200℃，时间为3-36h。
10、优选地，步骤2中，搅拌的时间为3-4h，搅拌过程中体系由淡黄色变为红棕色。
11、优选地，步骤3中，搅拌的时间不少于6h。
12、优选地，步骤4中，惰性气氛为氮气气氛，煅烧的温度为300-400℃，时间为4-6h。
13、本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂。
14、优选地，二氧化铈载体为长度64-67nm、直径6-7nm的棒状结构；铂金属的粒径为5-10nm；含氮二氧化铈负载铂金属催化剂中活性金属铂原子的质量分数为1-1.5％。
15、本专利技术还公开了上述含氮二氧化铈负载铂金属催化剂作为甲醇重整制氢反应中催化剂的应用。
16、优选地，将含氮二氧化铈负载铂金属催化剂进行压片、碾磨、过筛，得到30-60目的颗粒；在空速25.929ml·gcat-1·h-1、180℃下产氢速率为16,730umol·gcat-1·h-1；在180℃连续反应40h，产氢速率下降为1～10％。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
18、本专利技术的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，采用铈盐与氮掺杂有机配体制备载体二氧化铈，为载体提供更多缺陷，有利于铂的分散和反应物的扩散。棒状氮掺杂二氧化铈强度高、耐磨性好，有利延长催化剂寿命；氮掺杂催化剂有效增加催化剂缺陷，提高催化活性。采用抗氧化剂预处理工艺，能提高氮掺杂二氧化铈的氧空位，提高铂锚定氧空位的高效性，对催化活性有显著的促进效果。活性金属铂通过浸渍法和光还原的方式沉积至载体活性中心，在低温条件下催化甲醇水重整制氢性能和稳定性大幅提升。
19、进一步地，所得氮掺杂二氧化铈粉末中氮掺杂量的摩尔分数为0.6-1，氮掺杂量过多会导致氧空位堵塞，氧空位锚定活性金属铂的数量下降，导致催化活性下降；掺杂量过低会导致载体缺陷和氧空位不充足，同样导致催化活性下降。
20、进一步地，水热反应时间介于3-36小时，时间小于3小时，棒状载体强度较弱，不能满足载体要求；时间超过36小时，棒状载体尺寸过大，缺陷位置的数量减少。水热反应的温度为120-200℃，超过200℃是立方体状，氧空位较少；低于120℃是多面体，氧空位较少。同时，结合ph＝9-11的碱性条件，共同作用载体构成氧空位和缺陷充足的棒状形貌。
21、进一步地，步骤2中，搅拌的时间为3-4h，搅拌过程中体系由淡黄色变为红棕色，能够使棒状氮掺杂二氧化铈载体上更多的氧空位暴露。
22、本专利技术公开的采用上述制备方法制得的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂，铂金属的粒径为5-10nm，能稳定嵌入到棒状氮掺杂二氧化铈载体中，过大会导致棒状载体强度不够，容易断裂；过小会导致铂被完全包覆，不能有效体现出催化性能。含氮二氧化铈负载铂金属催化剂中活性金属铂原子的质量分数为1-1.5％，质量比过大会导致团簇；质量比过小催化活性提高不明显。
23、本专利技术制得的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂作为甲醇重整制氢反应中得催化剂时，金属载体催化剂的强弱载体作用可以很好抑制催化剂的烧结过程，从而大幅度增强催化剂的抗烧结性能，显著延长催化剂的使用寿命，极大降低催化剂的使用成本。
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1.一种含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所得氮掺杂二氧化铈粉末中氮掺杂量的摩尔分数为0.6-1。
3.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碱性条件是pH＝9-11，加热搅拌是在80℃搅拌1h；水热反应的温度为120-200℃，时间为3-36h。
4.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，搅拌的时间为3-4h，搅拌过程中体系由淡黄色变为红棕色。
5.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，搅拌的时间不少于6h。
6.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，惰性气氛为氮气气氛，煅烧的温度为300-400℃，时间为4-6h。
7.根据权利要求1～6任意一项所述制备方法制得的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂。
8.根据
9.根据权利要求7或8所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂作为甲醇重整制氢反应中催化剂的应用。
10.根据权利要求9所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂作为甲醇重整制氢反应中催化剂的应用，其特征在于，将含氮二氧化铈负载铂金属催化剂进行压片、碾磨、过筛，得到30-60目的颗粒；在空速25.929mL·gcat-1·h-1、180℃下产氢速率为16,730umol·gcat-1·h-1；在180℃连续反应40h，产氢速率下降为1～10％。
...【技术特征摘要】
1.一种含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所得氮掺杂二氧化铈粉末中氮掺杂量的摩尔分数为0.6-1。
3.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，碱性条件是ph＝9-11，加热搅拌是在80℃搅拌1h；水热反应的温度为120-200℃，时间为3-36h。
4.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，搅拌的时间为3-4h，搅拌过程中体系由淡黄色变为红棕色。
5.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，搅拌的时间不少于6h。
6.根据权利要求1所述的含氮二氧化铈负载铂金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4中，惰性气氛为氮气气氛，煅...
【专利技术属性】
技术研发人员：马永宁，吴佩涵，库梦婷，郭明媛，杨雨豪，李小龙，韩国钰，武慧童，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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