【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物能源化工，更具体地，涉及一种合金单原子催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
1、小分子醇包括乙醇、正丙醇等一元伯醇和异丙醇等一元仲醇是一类重要的平台化合物，具有产量丰富、来源广等优点。与此相比，部分醛类化合物、酮类化合物难以通过常规方法制备，存在合成过程污染、设备腐蚀、碳排放高等缺点。因此，亟待开发新型合成工艺实现醛类化合物、酮类化合物的绿色制备。
2、以乙醇催化转化制备乙醛为例。目前，乙醛主要通过乙醇氧化脱氢方法制备。此过程在500℃～600℃下反应，采用空气为氧化剂，反应后产物通过水吸收，再经过塔分离得到纯品乙醛。由于反应温度较高，此过程能耗较大。特别是需要经过水吸收步骤，这无形中增加了分离成本。同时，此过程中的氢气与氧气反应生成水，无法得到较高纯度的绿氢。最后，银催化剂需要定期再生。
3、与此相比，乙醇直接脱氢制备乙醛和氢气具有反应温度低，副产物少、副产绿色氢气等优点，是一种理想的乙醛制备途径。同时，乙醇直接脱氢是乙醇催化转化的关键步骤，在乙醇转化制备高值化学品中起到了桥梁和纽带的作用。因此，乙醇直接脱氢的研究具有重要的应用价值和理论意义。
4、乙醇直接脱氢反应是一个可逆反应。因此研究者普遍采用载气的方式移除氢气，促使反应向正方向进行。然而，此过程造成产物中氢气的含量较低，存在利用困难、回收氢气经济性不高等问题。另一方面，现有的铜基催化剂存在催化剂稳定性差、铜颗粒容易聚集长大等问题，这为此技术的规模化应用增加了挑战。
技术实现思路p>
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种合金单原子催化剂及其制备方法与应用，本专利技术开发的催化剂能够直接脱氢醇类化合物到醛类或酮类化合物，并副产氢气，无需载气，具有原子经济性高、过程绿色、生产醛、酮效率高、节能增效等优点，具有广泛的应用前景。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种合金单原子催化剂，所述合金单原子催化剂包括载体和活性组分；所述活性组分包括第一金属和第二金属；第一金属以单原子形式分散在所述过渡金属中形成单原子合金并负载在所述载体上；所述第一金属包括镓、锡、铟和铋中的一种或两种以上；所述第二金属包括过渡金属。
4、可选的，所述载体包括氧化铝或氧化硅。
5、可选的，所述第二金属包括镍、铜、钴和铁中的一种或两种以上。
6、可选的，所述合金单原子催化剂中第二金属的质量含量为2％～80％。
7、可选的，所述合金单原子催化剂中第一金属的质量含量为0.1％～20％。
8、可选的，所述合金单原子催化剂中第二金属的质量含量为5％～60％。
9、可选的，所述合金单原子催化剂中第一金属的质量含量为0.5％～10％。
10、可选的，所述合金单原子催化剂中第一金属和第二金属的负载量为2％～90％。
11、可选的，所述合金单原子催化剂中单原子合金的粒径为2nm～20nm。
12、本专利技术还公开了一种如上述的合金单原子催化剂的制备方法，所述合金单原子催化剂通过共沉淀法制备得到，包括以下步骤：
13、将第一金属盐、第二金属盐和载体前驱体溶于溶剂中，并加入沉淀剂形成混合溶液后进行共沉淀反应，随后调节溶液的ph为8～10，得到共沉淀浆液；
14、将所述共沉淀浆液进行老化，并依次经过滤、洗涤和干燥后，得到沉淀物；
15、将所述沉淀物依次进行焙烧和还原，得到所述合金单原子催化剂。
16、可选的，所述第一金属盐和第二金属盐分别选自金属的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐和乙酸盐中的一种或两种以上。
17、可选的，所述载体前驱体包括硝酸铝、正硅酸乙酯和硅酸钠中的一种或两种以上。
18、可选的，所述沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、氨水、尿素、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种以上。
19、可选的，所述混合溶液中，第一金属盐和第二金属盐中金属离子浓度分别为0.1mol/l～5mol/l，沉淀剂的浓度为0.1mol/l～10mol/l，载体前驱体的浓度为0.1mol/l～5mol/l。
20、可选的，所述共沉淀反应的温度为0℃～80℃。
21、可选的，所述老化的温度为40℃～90℃。
22、可选的，所述老化的时间为3h～24h。
23、可选的，所述干燥的温度为80℃～150℃；所述干燥的时间为1h～24h。
24、可选的，所述焙烧的温度为200℃～800℃，焙烧的时间为0.5h～20h。
25、可选的，所述还原的温度为300℃～600℃，还原的时间为0.5h～6h，所述还原的气氛包括氢气、氮气和氩气中的一种或两种以上。
26、本专利技术还公开了一种如上述的合金单原子催化剂的制备方法，所述合金单原子催化剂通过共沉淀-浸渍法制备得到，包括以下步骤：
27、使第二金属盐和载体前驱体溶于溶剂中形成混合溶液后，并加入沉淀剂形成混合溶液后进行共沉淀反应，调节溶液的ph为8～10，得到共沉淀浆液；
28、将所述共沉淀浆液进行老化，并依次经过滤、洗涤、一次干燥后，得到沉淀物；
29、将所述沉淀物进行焙烧、还原后，得到前驱体；
30、将所述前驱体浸渍于第一金属盐溶液中，使得第一金属以单原子形式分散在所述第二金属中形成单原子合金并负载在所述载体上，并依次经二次干燥、焙烧、还原，得到所述合金单原子催化剂。
31、可选的，所述浸渍的温度为25℃～35℃；所述浸渍的时间为1h～24h。
32、可选的，所述第一金属盐和第二金属盐分别选自金属的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐和乙酸盐中的一种或两种以上。
33、可选的，所述载体前驱体包括硝酸铝、正硅酸乙酯和硅酸钠中的一种或两种以上。
34、可选的，所述沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、氨水、尿素、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种以上。
35、可选的，所述混合溶液中第二金属盐中金属离子浓度分别为0.1mol/l～5mol/l，沉淀剂的浓度为0.1mol/l～10mol/l，载体前驱体的浓度为0.1mol/l～5mol/l。
36、可选的，第一金属盐中金属离子中浓度分别为0.1mol/l～5mol/l。
37、可选的，所述共沉淀反应的温度为0℃～80℃。
38、可选的，所述老化的温度为40℃～90℃；所述老化的时间为3h～24h。
39、可选的，所述一次干燥和所述二次干燥的温度分别为80℃～150℃；所述一次干燥和所述二次干燥的时间分别为1h～24h。
40、可选的，所述焙烧的温度为200℃～800℃，焙烧的时间为0.5h～20h。
41、可选的，所述还原的温度为300℃～600℃，还原的时间为0.5h～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂包括载体和活性组分；
2.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂中第二金属的质量含量为2％～80％；
3.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂，其特征在于，所述载体包括氧化铝或氧化硅；
4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金单原子催化剂通过共沉淀法制备得到，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐和第二金属盐分别选自金属的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐和乙酸盐中的一种或两种以上；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，第一金属盐和第二金属盐中金属离子浓度分别为0.1mol/L～5mol/L，沉淀剂的浓度为0.1mol/L～10mol/L，载体前驱体的浓度为0.1mol/L～5mol/L；
7.一种如权利要求1-3中任意一项所述的合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金单原子催化剂通过共沉淀-浸渍法制备得到
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的温度为25℃～35℃；所述浸渍的时间为1h～24h；
9.一种如权利要求1-3中任意一项所述的合金单原子催化剂在一元醇脱氢反应中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述一元醇包括乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、异丙醇、异丁醇、异戊醇、异己醇和异庚醇中的一种或两种以上；
...【技术特征摘要】
1.一种合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂包括载体和活性组分；
2.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂，其特征在于，所述合金单原子催化剂中第二金属的质量含量为2％～80％；
3.根据权利要求1所述的合金单原子催化剂，其特征在于，所述载体包括氧化铝或氧化硅；
4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的合金单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金单原子催化剂通过共沉淀法制备得到，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐和第二金属盐分别选自金属的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、磷酸盐和乙酸盐中的一种或两种以上；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，第一金属盐和第二金属盐中...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞纪峰，殷铭，冯乐乐，吴鹏飞，郑明远，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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