单原子Ni催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及单原子ni催化剂及其制备方法和应用，属于co2热催化还原生产co反应催化剂。

背景技术：

1、co2热催化加氢还原生成co反应(逆水汽变换)，可将未完全转化的h2和生成的co混合为合成气通过催化剂的催化作用进一步转化成增值分子以实现co2的资源化利用。最近研究发现，负载ni纳米颗粒催化剂表面优异的加氢能力导致其在co2催化还原中生成工业低利用价值的ch4产物，随着负载纳米金属ni颗粒尺寸减小，催化剂表面活性位点数量逐渐增加，产生的中间产物co在活性位点上的吸附力变弱，更有利于co在催化剂表面的脱附，最终导致反应物co2高选择性还原成co，据此结果可知负载单原子ni催化剂在逆水汽变换反应中有利于获得优异的co选择性。负载金属单原子催化剂作为一种负载型催化剂具有较高的金属原子利用率、独特的配位环境和特殊的催化性能(高反应转化频率)等优点，负载ni单原子催化剂在co2热催化还原反应表现出优异的co选择性和反应转化频率，有利于co2资源的大规模工业转化应用。

2、《ni/ceo2逆水煤气变换反应催化剂的合成与表征》一文公开了采用共沉淀法制备得到ni/ceo2催化剂，从活性组分含量、老化时间、沉淀剂和焙烧温度、还原温度、预处理、反应空速等几个方面进行了考察，同时考察了催化剂的稳定性。该催化剂并不是单原子ni催化剂，其co选择性较差，且该催化剂在中低温反应温度下的co2转化率较低。

技术实现思路

1、针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供单原子ni催化剂的制备方法。

2、本发明单原子ni催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、a、共沉淀反应：取ni盐前驱体和载体前驱体，加水溶解后，滴加复合沉淀剂，同时控制溶液的ph值为9.0～11.0，滴加完成后将悬浊液转移到高压反应釜内进行水热反应，水热反应的温度为180～220℃，时间为18～30h，水热反应结束后取固体，洗涤，得到催化剂前驱体；所述复合沉淀剂为碳酸钠和尿素的混合溶液；

4、b、焙烧：催化剂前驱体于保护气氛下焙烧，得到单原子ni催化剂。

5、在本发明的一个实施方式中，在b步骤之后还进行c步骤，所述c步骤为：

6、c、活化：单原子ni催化剂在h2气氛下，升温到400～600℃还原2～6h，得到具有活性的单原子ni催化剂。

7、在本发明的一些实施方式中，a步骤中，ni盐前驱体为ni(no3)2、niso4和c4h14nio8中的至少一种，载体前驱体为ce(no3)3、zr(no3)3、mn(no3)2、fe2(no3)3、钛酸四丁酯和al(no3)3中的至少一种。

8、在本发明的一些实施方式中，a步骤中，复合沉淀剂中，碳酸钠和尿素的摩尔比为0.5～1.5:1。在一个具体实施例中，复合沉淀剂中，碳酸钠和尿素的摩尔比为1:1。

9、在本发明的一些实施方式中，载体前驱体所得氧化物和ni盐前驱体所得金属ni的质量配比为49～999:1；优选载体前驱体所得金属氧化物和ni盐前驱体所得金属ni的质量配比为99:1。

10、在一个优选的实施方式中，a步骤中，水热反应的温度为200℃，时间为24h。

11、在一些实施方式中，所述保护气氛为氮气气氛或惰性气氛。

12、在本发明的一些实施方式中，b步骤中，焙烧的温度为700～900℃，焙烧的时间为2～6h。

13、在本发明的一些实施方式中，c步骤中，还原温度为400～600℃，还原时间为2～6h。

14、本发明还提供本发明所述的单原子ni催化剂的制备方法制备得到的单原子ni催化剂。

15、本发明单原子ni催化剂，采用上述方法制备得到，该催化剂在co2还原反应温度区间内表现出优异的co选择性(超过80％)、高co收率和长时间高热稳定性等优势。

16、本发明还提供本发明所述的单原子ni催化剂在co2热催化还原生产co反应中的应用。

17、本发明单原子ni催化剂，可应用在co2热催化还原生产co反应中，高选择性合成co。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、本发明单原子ni催化剂，可在较低的反应温度下高效率、高选择性催化co2加氢合成co，该催化体系具有反应条件温和、反应效率高和co选择性高等优点，具有重要的工业应用潜力。

20、本发明单原子ni催化剂的制备方法，使用创新混合沉淀剂类型构筑催化剂表面高分散的单原子催化剂，最大化利用金属ni，降低生产成本；通过调控金属-载体相互作用，从而显著提高催化剂co选择性，最终实现在反应温度区间内高活性、高co选择性和高稳定性加氢合成co的催化剂的构筑。该方法工艺简单，成本低廉，适于产业化。

21、本发明可以以工业廉价的烟道气co2为原料，选择性高效合成化工高价值co产品，有利于降低大气中co2浓度和促进“双碳”目标的实现。

技术特征：

1.单原子ni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所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：在b步骤之后还进行c步骤，所述c步骤为：

3.根据权利要求1所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：a步骤中，ni盐前驱体为ni(no3)2、niso4和c4h14nio8中的至少一种，载体前驱体为ce(no3)3、zr(no3)3、mn(no3)2、fe2(no3)3、钛酸四丁酯和al(no3)3中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：a步骤中，复合沉淀剂中，碳酸钠和尿素的摩尔比为0.5～1.5:1；优选复合沉淀剂中，碳酸钠和尿素的摩尔比为1:1。

5.根据权利要求1所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：a步骤中，载体前驱体所得氧化物和ni盐前驱体所得金属ni的质量配比为49～999:1；优选载体前驱体所得氧化物和ni盐前驱体所得金属ni的质量配比为99:1。

6.根据权利要求1所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：a步骤中，水热反应的温度为200℃，时间为24h。

7.根据权利要求1所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：b步骤中，保护气氛为氮气气氛或惰性气氛。

8.根据权利要求2所述的单原子ni催化剂的制备方法，其特征在于：b步骤中，焙烧的温度为700～900℃，焙烧的时间为2～6h；c步骤中，还原温度为400～600℃，还原时间为2～6h。

9.权利要求1～8任一项所述的单原子ni催化剂的制备方法制备得到的单原子ni催化剂。

10.权利要求9所述的单原子ni催化剂在co2热催化还原生产co反应中的应用。

技术总结本发明涉及单原子Ni催化剂及其制备方法和应用，属于CO<subgt;2</subgt;热催化还原生产CO反应催化剂技术领域。本发明解决的技术问题是提供单原子Ni催化剂的制备方法。该方法先共沉淀反应得到催化剂前驱体；再于保护气氛下焙烧，得到单原子Ni催化剂。本发明单原子Ni催化剂，可在较低的反应温度下高效率、高选择性催化CO<subgt;2</subgt;加氢合成CO，该催化体系具有反应条件温和、反应效率高和CO选择性高等优点，具有重要的工业应用潜力。其制备方法工艺简单，成本低廉，适于产业化。本发明可以以工业廉价的烟道气CO<subgt;2</subgt;为原料，选择性高效合成化工高价值CO产品，有利于降低大气中CO<subgt;2</subgt;浓度和促进“双碳”目标的实现。技术研发人员：郭章龙,刘逍,肖柏楠,林海洋,杜宇鑫受保护的技术使用者：西南民族大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18