【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ru基催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
1、自工业革命伊始，化石能源便作为推动人类文明进步的重要动力，极大促进了全球经济繁荣和科技飞跃。但随着经济的高速增长，能源需求激增，而传统化石能源的持续开采与消耗不仅导致资源逐步枯竭，其使用过程中释放的废气亦使得自然环境状况不断恶化。于是，开拓清洁及可再生能源，以期减缓或替代化石能源的消耗，已成为时代的必然选择。鉴于此，探索和利用可作为化石能源部分替代的清洁、可再生能源，已成为我国乃至全球亟需解决的重大问题。
2、氢能，作为一种清洁的能源，以其环境友好性、资源广泛性、高热值以及优良的燃烧性能等优势，逐渐在航空航天、交通运输、民用及军事等多个领域展现出广阔的应用前景。近二十年来，全球范围内将氢能技术的发展与应用上升为清洁能源研究的战略重点，视其为未来能源结构向清洁化、低碳化转型的关键路径。国际氢能委员会(hydrogencouncil)指出，从2030年起，氢能的大规模应用将得到全球范围内的推广，预计到2040年，氢能将占全球终端能源消耗量的18％，并有望到2050年为全球二氧化碳减排贡献约20％。此趋势彰显了氢能在推动全球能源转型及应对气候变化中的关键作用。
3、然而，由于氢气体积能量密度较低且存储困难，故需要借助适宜的氢能源载体来实现其高效利用。图1为现有各类氢能源载体的能量密度对比图，从图1中可以看出，氨在质量与体积能量密度方面具有较大优势。同时，与氢相比，氨更易于液化，且其生产、储存和运输技术已相对成熟。因此，作为一种能
4、目前氨分解催化剂的主要活性成分是fe、ru、ni、co等，而载体实现活性组分分散并对活性组分进行结构调控的重要催化剂组成部分。常见的载体有活性炭(ac)、碳纳米管(cnts)、mgo、电子化合物等。这些载体均存在某些缺陷致使催化剂的使用受限。如ac等碳基载体除主要成分碳以外还有少量h、o、n、s等成分。这些物质含量虽少，但它们对ac性质会有一定的影响；同时在高温下亦容易发生碳的甲烷化而导致催化剂失活，造成氨分解催化剂不稳定。mgo存在易吸潮发生相变等问题导致ru/mgo性能衰减。电子化合物对于水和氧气极度敏感，容易被分解或毒化。同时一些稀土氧化物虽然氨分解催化性能优异，但价格昂贵、成型困难。
5、为此，本专利技术提供了一种价格低廉、储量丰富且物理化学稳定性高的ru基催化剂，能够在低温下高效催化氨分解。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种ru基催化剂及制备方法和应用。具体地，该ru基催化剂可调控性能强，载体稳定性优异，原料成本低，适用于工业的大规模生产。将本专利技术催化剂用在氨分解反应中，可以降低反应所需的温度，使氨分解反应条件较为温和，容易实施，降低了氨分解工业化生产的成本，具有广阔的应用前景。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
3、本专利技术的第一个目的是提供一种ru基催化剂，所述ru基催化剂包括载体以及其上负载的活性组分和助剂金属y，所述载体为srtio3，所述活性组分为钌，所述助剂金属y为铯、铷、钾或钡，钌及助剂金属y形成活性位点，助剂金属y促进srtio3载体的还原，srtio3载体并产生丰富的氧空位，增加催化性能，所述助剂金属y和活性组分的摩尔比为1:1-8，以所述ru基催化剂总重量为基准，所述ru基催化剂中钌的负载量为1-5wt.％。
4、进一步的，所述载体srtio3的制备方法，包括以下步骤：
5、将钛源溶于乙二醇中搅拌得到混合溶液a，向混合溶液a加入可溶性锶盐溶液混合得到混合溶液b，向混合溶液b加入naoh溶液形成胶状混合物，于180℃下进行水热反应，以乙二醇为结构导向剂，naoh矿化钛酸丁酯和硝酸锶溶液，促进srtio3载体的还原并产生氧空位，得到载体srtio3。
6、进一步的，所述钛源和溶剂的摩尔体积比为1-2mmol：6ml，所述钛源为钛酸四丁酯，所述溶剂为乙二醇，所述可溶性锶盐溶液中的锶金属和混合溶液a的摩尔体积比为1-2mmol：6ml，所述可溶性锶盐溶液为浓度0.5mol/l的sr(no3)2水溶液。
7、进一步的，所述混合溶液b和naoh溶液的体积比为52：5-10，所述naoh溶液的浓度为5mol/l，水热反应的时间为24h。
8、本专利技术的第二个目的是提供上述的ru基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
9、将可溶性钌前驱体溶于溶剂中，随后加入载体srtio3，搅拌干燥得到ru/sto催化剂；
10、向ru/sto催化剂加入助剂金属y前驱体溶液，混合均匀后静置、干燥得到ru基催化剂。
11、进一步的，所述可溶性钌前驱体和溶剂的摩尔体积比为20-94μmol：30ml，所述可溶性钌前驱体和载体srtio3的摩尔为0.02-0.09：2.7，所述可溶性钌前驱体为十二羰基三钌或乙酰丙酮钌。
12、进一步的，所述ru/sto催化剂和金属y前驱体溶液的固液比为0.3g：30-50ml，所述助剂金属y的前驱体溶液为金属y的硝酸盐。
13、本专利技术的第三个目的是提供上述ru基催化剂在氨分解制氢中的应用，催化反应前于h2气氛下以400℃还原3h，随后在ar气条件下吹扫降温到300℃和移除剩余的氢气，然后在nh3气氛中以300-500℃进行氨分解制氢反应。
14、进一步的，氨分解制氢反应过程中，压力为0.1mpa，nh3的流速为15ml·min，催化剂空速为18000ml·g-1·h-1。
15、本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
16、(1)本专利技术以srtio3为载体，钌及助剂金属y为活性位点形成的催化剂，助剂促进了srtio3载体的还原，并产生丰富的氧空位，生成的氧空位增加了ru表面的电子密度，srtio3为载体比表面积较大且具有丰富的氧空位，一方面提高催化剂的传质传热性能，另一方面基于助剂作用提高催化剂对n2的活化能力，兼具丰富的氧空位、助剂，从而使催化剂在低温低压下表现出极高的催化氨分解活性和稳定性。
17、(2)本专利技术制备srtio3为载体过程中，由于结构导向剂的乙二醇的存在可以大幅提高产物srtio3的比表面积和氧空位含量，在提高催化剂传质传热性能的同时，使载体上ru表面的电子密度增大，进而促进其催化氨分解的性能。
18、(3)专利技术催化剂制备方法简单，条件温和，可调控性能强，载体稳定性优异，原料成本低，适用于工业的大规模生产。将本专利技术催化剂用在氨分解反应中，可以降低反应所需的温度，使氨分解反应条件较为温和，容易实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Ru基催化剂，其特征在于，所述Ru基催化剂包括载体以及其上负载的活性组分和助剂金属Y，所述载体为SrTiO3，所述活性组分为钌，所述助剂金属Y为铯、铷、钾或钡，钌及助剂金属Y形成活性位点，助剂金属Y用于促进SrTiO3载体的还原并产生氧空位，所述助剂金属Y和活性组分的摩尔比为1:1-8，以所述Ru基催化剂总重量为基准，所述Ru基催化剂中活性组分的负载量为1-5wt.％。
2.根据权利要求1所述的所述的Ru基催化剂，其特征在于，所述载体SrTiO3的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的Ru基催化剂，其特征在于，所述钛源和溶剂的摩尔体积比为1-2mmol：6mL，所述钛源为钛酸四丁酯，所述可溶性锶盐溶液中的锶金属和混合溶液A的摩尔体积比为1-2mmol：6mL，所述可溶性锶盐溶液为浓度0.5mol/L的Sr(NO3)2水溶液。
4.根据权利要求2所述的Ru基催化剂，其特征在于，所述混合溶液B和NaOH溶液的体积比为52：5-10，所述NaOH溶液的浓度为5mol/L，水热反应的时间为24h。
5.一种权利要求1-4
6.根据权利要求5所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性钌前驱体和溶剂的摩尔体积比为20-94μmol：30mL，所述可溶性钌前驱体和载体SrTiO3的摩尔比为0.02-0.09：2.7，所述可溶性钌前驱体为十二羰基三钌或乙酰丙酮钌。
7.根据权利要求5所述的Ru基催化剂的制备方法，其特征在于，所述Ru/STO催化剂和金属Y前驱体溶液的固液比为0.3g：30-50mL，所述助剂金属Y的前驱体溶液为金属Y的硝酸盐。
8.一种权利要求1-4任一项所述的Ru基催化剂在氨分解制氢中的应用，其特征在于，催化反应前于H2气氛下以400℃还原3h，然后在NH3气氛中以300-500℃进行氨分解制氢反应。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，氨分解制氢反应过程中，压力为0.1MPa，NH3的流速为15mL·min，催化剂空速为18000mL·g-1·h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种ru基催化剂，其特征在于，所述ru基催化剂包括载体以及其上负载的活性组分和助剂金属y，所述载体为srtio3，所述活性组分为钌，所述助剂金属y为铯、铷、钾或钡，钌及助剂金属y形成活性位点，助剂金属y用于促进srtio3载体的还原并产生氧空位，所述助剂金属y和活性组分的摩尔比为1:1-8，以所述ru基催化剂总重量为基准，所述ru基催化剂中活性组分的负载量为1-5wt.％。
2.根据权利要求1所述的所述的ru基催化剂，其特征在于，所述载体srtio3的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的ru基催化剂，其特征在于，所述钛源和溶剂的摩尔体积比为1-2mmol：6ml，所述钛源为钛酸四丁酯，所述可溶性锶盐溶液中的锶金属和混合溶液a的摩尔体积比为1-2mmol：6ml，所述可溶性锶盐溶液为浓度0.5mol/l的sr(no3)2水溶液。
4.根据权利要求2所述的ru基催化剂，其特征在于，所述混合溶液b和naoh溶液的体积比为52：5-10，所述naoh溶液的浓度为5mol/l，水热反...
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