粒子尺寸可控的Ru基催化剂的制备方法及其在“可再生能源电解制氢-合成氨”中的应用与流程

技术特征：
1.一种ru基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含氮有机物和氧化镁在溶剂中分散均匀，制备浆料；(2)步骤(1)中所述浆料经加热，焙烧，得到焙烧产物；(3)所述焙烧产物在酸溶液中处理以除去氧化镁，得到所述ru基催化剂；其中，钌前驱体可以在步骤(1)中与含氮有机物在溶剂中分散，或者也可以在焙烧结束后，加入所述钌前驱体，制备得到所述ru基催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ru基催化剂中ru以如下形态中的任意一种存在：单原子、原子簇、亚纳米簇、纳米簇或纳米颗粒。优选地，所述含氮有机物选自1,10-菲罗啉和三聚氰胺中的一种或两种。优选地，所述钌前驱体和含氮有机物的摩尔比为(0.0004-0.5):1；优选为(0.0005-0.43):1。优选地，当所述含氮有机物为1,10-菲罗啉和三聚氰胺的混合物时，1,10-菲罗啉和三聚氰胺的摩尔比为(0.3-0.6):1，优选为(0.4-0.5):1，更优选为3:7。优选地，所述钌前驱体选自乙酰丙酮钌、亚硝酰基硝酸钌、三氯化钌、六氯钌酸铵、醋酸钌和十二碳基三钌中的一种或者多种；优选为三氯化钌或十二碳基三钌。优选地，当制备的ru基催化剂中ru以单原子形式存在时，所述钌前驱体为三氯化钌；当制备的ru基催化剂中ru以原子簇形式或亚纳米簇形式存在时，所述钌前驱体为十二羰基三钌。优选地，步骤(1)中，所述溶剂选自乙醇、水、四氢呋喃和n，n-二甲基甲酰胺中的一种或者多种，优选乙醇和/或四氢呋喃。3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，所述氧化镁与含氮有机物的摩尔比为(50-300):1，优选为(70-160):1，更优选为(80-160):1。优选地，步骤(2)中，所述加热的温度为50-80℃，加热的时间为6-24h。优选地，步骤(2)中，所述焙烧的温度为400-800℃，焙烧的时间为1-4h。优选地，步骤(3)中，所述酸溶液的浓度为0.5-2mol
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l-1
，所述酸溶液为硝酸溶液或者硫酸溶液中的任意一种，优选为稀硝酸溶液。4.一种ru基催化剂，其特征在于，所述ru基催化剂采用权利要求1-3任一项所述的制备方法制备得到。优选地，所述催化剂以氮掺杂碳材料为载体，以金属ru作为活性组分；其中，所述氮掺杂碳材料的原料为所述含氮有机物。优选地，所述ru基催化剂中ru以如下形态中的任意一种存在：单原子、原子簇、亚纳米簇、纳米簇或纳米颗粒。优选地，所述活性组分的负载量为ru基催化剂质量的0.01-5wt％。5.一种钡促进的ru基催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以可溶性钡盐溶液浸渍权利要求4所述的ru基催化剂，得到所述钡促进的ru基催化剂。优选地，所述可溶性钡盐可以选自硝酸钡、氯化钡、氢氧化钡中的至少一种。优选地，所述可溶性钡盐的质量为所述ru基催化剂总质量的2-6wt％，优选为3-5wt％，更优选为4.5-4.9wt％。6.一种钡促进的ru基催化剂，其特征在于，所述钡促进的ru基催化剂采用权利要求5所
述的制备方法得到。7.权利要求4所述的ru基催化剂或权利要求6所述的钡促进的ru基催化剂在催化合成氨中的应用，优选作为合成氨的催化剂，还优选作为热催化缔合加氢低温低压合成氨的催化剂。8.一种合成氨的催化剂，其特征在于，至少含有权利要求4所述的ru基催化剂或权利要求6所述的钡促进的ru基催化剂。9.一种合成氨的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求4所述的ru基催化剂或权利要求6所述的钡促进的ru基催化剂。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(s1)通过太阳能光伏电解水，制备h2；(s2)将空气中的n2和o2分离，制备n2；(s3)将步骤s1中的h2、将步骤s2中的n2和权利要求4所述的ru基催化剂或权利要求6所述的钡促进的ru基催化剂反应，制备得到氨。优选地，步骤(s3)中反应温度为300-400℃；反应压力为0.5-2mpa。

技术总结
本发明提供了一种Ru基催化剂的制备方法和在“可再生能源电解制氢-合成氨”中的应用，所述方法具体包括以下步骤：(1)将含氮有机物和氧化镁在溶剂中分散均匀，制备浆料；(2)步骤(1)中所述浆料经加热，焙烧，得到焙烧产物；(3)所述焙烧产物在酸溶液中处理以除去氧化镁，得到所述Ru基催化剂；其中，钌前驱体可以在步骤(1)中与含氮有机物在溶剂中分散，或者也可以在焙烧结束后，加入所述钌前驱体，制备得到所述Ru基催化剂。本发明Ru基催化剂中，Ru以不同尺度形式存在，通过调节Ru的粒子尺寸，可以调节Ru基催化剂在低温下的合成氨性能，实现了在温和条件下高效合成氨。温和条件下高效合成氨。温和条件下高效合成氨。


技术研发人员：王秀云 罗宇 江莉龙
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2021.06.09
技术公布日：2022/3/15