本發(fā)明屬于催化劑制備，更具體地，涉及一種超高載量銅單原子催化劑及其制備方法和乙炔半氫化應用。

背景技術(shù)：

1、乙烯是非常重要的化工原料，是生產(chǎn)聚乙烯等聚合物的重要商品原料。然而，工業(yè)制取乙烯的過程中會不可避免地產(chǎn)生約0.5-3?%的乙炔，這些少量乙炔會在烯烴聚合過程中迅速毒化ziegler-natta聚合催化劑，大大降低目標聚合物產(chǎn)量。因此，對工業(yè)乙烯進行純化、去除乙炔雜質(zhì)尤為重要。目前主要通過乙炔的熱催化加氫實現(xiàn)這一目標，但是該反應通常需要在較高的溫度和壓力(~200℃、~5bar)下進行；此外，氫氣的大量消耗、價格高昂的鈀基催化材料等問題也增加了該反應的應用成本

2、基于清潔可再生能源驅(qū)動的電化學乙炔還原工藝具有綠色、低能耗等特點，以水作為質(zhì)子源可以避免過量氫氣的參與，有望替代傳統(tǒng)熱催化工藝。銅單原子催化劑由于其低成本和高原子利用率已經(jīng)被廣泛應用，但是現(xiàn)有銅基單原子催化劑很難達到高負載量，不能滿足應用需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中，銅基單原子催化劑很難達到高負載量的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超高載量銅單原子催化劑及其制備方法和乙炔半氫化應用，該單原子催化劑具有高負載量，在電催化乙炔還原反應中具有優(yōu)異的催化性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將含氮前驅(qū)體焙燒，得到聚合物氮化碳；

5、將聚合物氮化碳加入到銅前驅(qū)體的乙醇分散液中，超聲，得到混合料液，蒸發(fā)，得到粉料；

6、將粉料在真空下進行焙燒，得到高載量負載型銅單原子催化劑。

7、本發(fā)明進一步的改進在于，所述含氮前驅(qū)體為雙氰胺或三聚氰胺。

8、本發(fā)明進一步的改進在于，將含氮前驅(qū)體焙燒的條件為：先在550-560℃下焙燒1-3h，然后在500-510℃下焙燒5-7h，并重復500-510℃下焙燒5-7h?3-4次。

9、本發(fā)明進一步的改進在于，以1-3℃·min-1的升溫速率升溫至550-560℃；以4-6℃·min-1的升溫速率升溫至500-510℃。

10、本發(fā)明進一步的改進在于，聚合物氮化碳與銅前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.05：0.0082-0.0571。

11、本發(fā)明進一步的改進在于，所述銅前驅(qū)體為1，5-環(huán)辛二烯氯化銅二聚體或氯化銅。

12、本發(fā)明進一步的改進在于，將粉料在真空下進行焙燒的溫度為450-460℃，時間為1-2h。

13、本發(fā)明進一步的改進在于，以5℃·min-1的升溫速率升溫至450-460℃。

14、一種超高載量負載型銅單原子催化劑。

15、一種超高載量負載型銅單原子催化劑在電催化乙炔還原反應中的應用。

16、本發(fā)明提供了上述方案所述負載型銅單原子催化劑在電催化乙炔還原反應中的應用。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、本發(fā)明通過含氮前驅(qū)體焙燒，得到聚合物氮化碳，然后與銅前驅(qū)體混合后，超聲，干燥，得到粉料，再進行焙燒，得到高載量負載型銅單原子催化劑，原料來源廣泛，易實施。本發(fā)明制備的銅單原子催化劑用于電催化乙炔還原反應，材料載量組分最優(yōu)的催化劑可以高選擇性催化c2h2→c2h4（最高能達到c2h4法拉第效率＞98%），而且原子級分散的金屬位點抑制了反應中的碳碳偶聯(lián)，在測試全電流范圍內(nèi)丁二烯的法拉第效率可降低至0.5%以下，與目前納米級別的銅基催化劑（丁二烯法拉第效率一般為3%-10%）相比，大幅減少了乙烯制備和粗乙烯除雜過程中丁二烯的生成，提高了目標產(chǎn)物乙烯的純度，對后續(xù)乙烯加工利用過程提供了便利，大大提高了原子利用率，節(jié)約成本。

技術(shù)特征：

1.一種超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述含氮前驅(qū)體為雙氰胺或三聚氰胺。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，將含氮前驅(qū)體焙燒的條件為：先在550-560℃下焙燒1-3h，然后在500-510℃下焙燒5-7h，并重復500-510℃下焙燒5-7h?3-4次。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，以1-3℃·min-1的升溫速率升溫至550-560℃；以4-6℃·min-1的升溫速率升溫至500-510℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，聚合物氮化碳與銅前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.05：0.0082-0.0571。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述銅前驅(qū)體為1，5-環(huán)辛二烯氯化銅二聚體或氯化銅。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，將粉料在真空下進行焙燒的溫度為450-460℃，時間為1-2h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超高載量負載型銅單原子催化劑的制備方法，其特征在于，以5℃·min-1的升溫速率升溫至450-460℃。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述方法制備的超高載量負載型銅單原子催化劑。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述方法制備的超高載量負載型銅單原子催化劑在電催化乙炔還原反應中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超高載量銅單原子催化劑及其制備方法和乙炔半氫化應用，將含氮前驅(qū)體焙燒，得到聚合物氮化碳；將聚合物氮化碳加入到銅前驅(qū)體的乙醇分散液中，超聲，得到混合料液，蒸發(fā)，得到粉料；將粉料在真空下進行焙燒，得到高載量負載型銅單原子催化劑。本發(fā)明制備的銅單原子催化劑用于電催化乙炔還原反應，材料載量組分最優(yōu)的催化劑可以高選擇性催化C<subgt;2</subgt;H<subgt;2</subgt;→C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;（最高能達到C<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;法拉第效率＞98%），而且原子級分散的金屬位點抑制了反應中的碳碳偶聯(lián)，在測試全電流范圍內(nèi)丁二烯的法拉第效率可降低至0.5%以下，該催化劑在電催化乙炔加氫反應中表現(xiàn)出卓越的催化活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：李鑫哲,馬馳,劉宣,何熾
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30