一种MgO负载贵金属材料及其微波制备方法和应用

本发明涉及催化剂，更具体地，涉及一种mgo负载贵金属材料及其微波制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球能源需求持续增长，化石燃料的大量使用导致以二氧化碳和甲烷为主的温室气体排放量显著增加，由此引发的温室效应等环境问题日益突出。因此，开发能够有效转化和利用co2与ch4的技术路径，对缓解环境压力、实现低碳可持续发展具有重要的现实意义。

2、甲烷双重整反应（甲烷-二氧化碳-水双重整），利用甲烷和二氧化碳这两种主要的温室气体作为原料，通过催化重整过程将其转化为合成气，在实现资源化利用的同时，有效减少了温室气体排放，亦是对天然气和二氧化碳的资源化利用。此外，甲烷双重整反应为费托合成等工业过程提供理想原料，进一步提升其在清洁能源领域的应用潜力。甲烷双重整反应不仅为合成气的生产提供了一种替代途径，而且在一定程度上实现了碳的循环利用，具有显著的环境和经济效益。

3、在甲烷重整反应催化剂的研究中，贵金属催化剂的催化活性优异而受到广泛关注，但贵金属催化剂的价格较非金属催化剂要高，为此需要提高贵金属催化剂的催化效率和使用寿命，使贵金属催化剂在甲烷重整制合成气反应中更具应用优势。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种mgo负载贵金属材料的微波制备方法。

2、本发明的目的之二在于提供上述微波制备方法制得的mgo负载贵金属材料。由所述微波制备方法制得的mgo负载贵金属材料具有强金属-载体相互作用，表现出较高催化活性、优异的稳定性和抗积碳性能，使用寿命较长。

3、本发明的目的之三在于提供上述mgo负载贵金属材料在催化甲烷双重整反应中的应用。

4、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

5、第一方面，一种mgo负载贵金属材料的微波制备方法，包括以下步骤：

6、s1. 将贵金属盐、镁源和助剂混合，得到第一固液混合物；所述助剂包括柠檬酸；

7、s2. 将所述第一固液混合物进行微波处理，得到第二固液混合物；

8、s3. 将所述第二固液混合物进行烘干，得到含有贵金属和镁的固体；

9、s4. 将所述固体在含氧气氛下进行煅烧，得到煅烧产物；

10、s5. 将所述煅烧产物在含有还原气氛的条件下进行加热还原反应。

11、本发明为提高催化活性和稳定性，在催化剂载体上构筑弱lewis酸位点与表面羟基基团，通过在制备过程中引入柠檬酸作为络合剂，有利于调控载体表面的酸性分布，诱导形成弱lewis酸位点和羟基，从而实现对表面酸碱性质的调节。

12、另外，通过利用微波加热处理有效规避传统热传导所致的温度梯度，从而在极短时间内促使金属前驱体爆发性成核，获得粒径细小且分布集中的活性金属纳米粒子。该过程显著强化了活性金属与载体之间的相互作用，进而抑制高温重整反应中金属颗粒的烧结与积碳物种在界面的持续累积。同时，微波辐照能够在载体中原位诱导高浓度氧空位与表面缺陷，这些配位不饱和位点作为co2吸附与活化的核心中心，可促进碳物种的氧化移除，从而提升催化剂的抗积碳能力。此外，微波处理可有效调变催化剂表面酸碱性质，诱导形成弱lewis酸位点与表面羟基，从而进一步强化co2吸附并抑制碳沉积的石墨化转变。

13、综上，本发明所述的微波制备方法可以协同提升活性金属分散度、构筑丰富氧空位并优化表面酸碱特性，使所制催化剂在甲烷重整反应中展现出更高的催化活性、更低的积碳速率以及优异的长期稳定性。

14、可选的，本发明步骤s1中，将贵金属盐、镁源和助剂分散在水中，制备得到固液混合物。可选的，对所得固液混合物进行超声。

15、可选的，所述贵金属为ru、ir、rh、pd、pt中的一种或几种。所述贵金属盐为氯化钌、三氯化铱、三氯化铑、四氨合硝酸铂、四氨基硝酸钯中的一种或几种。

16、可选的，所述镁源为氯化镁、硝酸镁、氢氧化镁、碳酸镁或乙酸镁中的一种或几种。

17、可选的，步骤s1中，贵金属盐和镁源的用量之和与助剂的用量的摩尔比为1:1~1:2。

18、进一步的，步骤s2中，所述微波功率为80~90 w，微波温度为100~110 ℃，微波时间为3~4 h。

19、可选的，本发明步骤s3中，所述烘干温度为80~100 ℃，烘干时间为10~12 h。作为其中一种实施方式，烘干温度为100 ℃，烘干时间为12 h。

20、本发明步骤s4中，在含氧气氛下，煅烧温度为500~600 ℃，煅烧6~8 h，得到煅烧产物；作为其中一种实施方式，所述煅烧的温度为500 ℃，煅烧的时间为8 h。可选的，所述煅烧的升温速率为5 ℃/min。

21、可选的，所述含氧气氛为静态或流动的空气、5%o2/n2混合气中的一种。

22、本发明步骤s5中，所述加热还原的温度为550~650 ℃，还原时间为1~2 h。可选的，所述加热还原的升温速率为5~10 ℃/min。

23、可选的，所述还原气氛为h2、h2/n2或h2/ar混合气中的一种或几种。

24、第二方面，本发明还提供一种mgo负载贵金属材料，所述mgo负载贵金属材料由第一方面所述的制备方法制备而成。可选的，所述mgo负载贵金属材料中贵金属的负载量为0.1~0.5 wt%。

25、在本发明所述mgo负载贵金属材料中，由所述制备方法制备得到的载体mgo具有较大的比表面积和丰富的碱性位点，能促进活性贵金属的分散程度，从而提高mgo负载贵金属材料的抗积碳和抗烧结能力，由此所述mgo负载贵金属材料具有良好催化活性和稳定性，可以有效催化甲烷双重整制合成气反应，用于下游高附加值化学品的合成。

26、因此，本发明所得mgo负载贵金属材料在催化反应、特别是在甲烷双重整反应中作为催化剂的应用也应该在本发明的保护范围内。

27、第三方面，本发明提供所述mgo负载贵金属材料在催化甲烷双重整反应中的应用。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、本发明以贵金属盐和镁源作为原料，以柠檬酸为催化助剂，通过微波处理进行辅助合成，使贵金属高度分散于镁前驱体表面，再经煅烧及还原处理，得到mgo负载贵金属材料，贵金属以孤立单原子形式高度分散并锚定于mgo载体。所得mgo负载贵金属材料具有强金属-载体相互作用，该结构不仅提供了大量高活性单原子贵金属位点，还大幅提升了催化剂的抗积碳能力，有效克服了高温甲烷双重整反应中活性组分易团聚、积碳失活的难题，从而在低贵金属载量下实现了高催化活性与优异的长期稳定性。

1.一种mgo负载贵金属材料的微波制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微波制备方法，其特征在于，所述贵金属为ru、ir、rh、pd、pt中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的微波制备方法，其特征在于，所述镁源为氯化镁、硝酸镁、氢氧化镁、碳酸镁或乙酸镁中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的微波制备方法，其特征在于，步骤s1中，贵金属盐和镁源的用量之和与助剂的用量的摩尔比为1:1~1:2。

5. 根据权利要求1所述的微波制备方法，其特征在于，所述微波功率为80~90 w，微波温度为100~110 ℃，微波时间为3~4 h。

6. 根据权利要求1所述的微波制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述含氧气氛为静态或流动的空气、5%o2/n2混合气中的一种；煅烧温度为500~600 ℃，煅烧时间为6~8 h。

7. 根据权利要求1所述的微波制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述加热还原的温度为550~650 ℃，还原时间为1~2 h；所述还原气氛为h2、h2/n2或h2/ar混合气中的一种或几种。

8.一种mgo负载贵金属材料，其特征在于，由权利要求1~7任一项所述的制备方法制备而成。

9. 根据权利要求8所述的mgo负载贵金属材料，其特征在于，所述mgo负载贵金属材料中贵金属的负载量为0.1~0.5 wt%。

10.权利要求9所述的mgo负载贵金属材料在催化甲烷双重整反应中的应用。