一种甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂及其制备方法

本申请涉及催化剂，具体而言，涉及一种甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、氢气作为一种清洁能源载体，在燃料电池、化学品合成及能源存储等领域具有广阔的应用前景。随着全球能源需求增长及环保要求日益严格，高效、低碳的制氢技术成为研究重点。甲醇水蒸气重整（methanol steam reforming, msr）因甲醇具有分解温度低、氢碳比高、来源广泛等优势，被认为是一种理想的在线制氢路径。该反应通过甲醇与水蒸气催化转化生成氢气，副产物较少，契合绿色制氢的发展方向。

2、催化剂是决定msr反应效率与选择性的核心因素。铜基催化剂因在低温条件下表现出较高的氢气生成速率和较好的选择性，被公认为msr反应的主流催化体系。然而，铜基催化剂的催化活性和热稳定性与其制备方法、载体选择及活性组分负载方式密切相关，上述因素仍是制约其工业应用的关键瓶颈。

3、目前，铜基催化剂的制备主要采用共沉淀法、溶胶-凝胶法、物理气相沉积法等技术路线。尽管上述方法可获得较高的初始活性，但普遍存在制备流程长、工艺控制严苛、设备要求高等问题，导致生产成本居高不下，难以满足大规模工业化生产的需求。此外，活性组分的负载方式对催化剂表面活性位点的分布及金属-载体相互作用具有显著影响。

4、反向负载技术近年来被尝试用于催化剂制备，其核心思路是将活性金属组分负载于载体表面特定位置，以增加有效活性位点密度。但现有反向负载工艺仍存在操作步骤繁琐、活性位点分布均匀性差等问题，限制了其对催化剂性能的提升效果。

5、因此，开发一种工艺简化、成本可控且能保障催化性能的反向负载铜基催化剂制备方法，对于推动msr制氢技术的工业化应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂及其制备方法，其通过简便的尿素均相沉淀-热分解法，将钇稳定氧化锆固溶体反向负载于cu基底表面，制备系列甲醇水蒸气重整制氢催化剂，该催化剂表现出优异的催化活性与氢气选择性，适合高效制氢。

2、本申请实施例提供一种甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1.将cu(no3)2·3h2o、zr(no3)4·5h2o、y(no3)3·6h2o与尿素溶解在去离子水中，搅拌并溶解均匀；

4、s2.将s1步骤中得到的溶液置于烘箱中，至液体烘干，得到前驱体；

5、s3.将s2步骤中得到的前驱体研磨均匀后置于马弗炉中，在空气气氛下煅烧，煅烧完成后自然冷却至室温，即得到甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂。

6、进一步地，步骤s1中，尿素与金属离子的摩尔比为32.5。

7、进一步地，步骤s2中，烘箱温度为80℃。

8、进一步地，步骤s3中，煅烧条件为空气气氛下，以2℃/min升温速率升温至500-600℃，并维持4-6 h。

9、进一步地，步骤s3中，制得的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的cuo：zro2：y2o3的摩尔比为0.8：x：(0.2-x)，其中x的取值范围为0.05-0.15。

10、基于同一发明构思，本申请还提供一种使用上述的制备方法制得的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂。

11、本发明的有益效果：

12、本发明提供的制备方法，以硝酸铜、硝酸锆、硝酸钇为金属源，尿素为造孔助剂，经溶解、风干、研磨及一步煅烧工序即可制得复合催化剂，制备流程简短，无需惰性气氛保护及复杂设备，适用于工业化放大生产；在煅烧过程中，硝酸盐与尿素发生氧化还原反应并释放大量气体，原位构建了高比表面积及介孔结构，有利于活性组分的均匀分散；由于铜组分占绝对多数，煅烧及后续还原过程中铜物种形成基底，原位生成的钇稳定氧化锆（ysz-yttria-stabilized zirconia）固溶体高度分散于铜基底表面，形成反向负载结构，该结构中ysz纳米颗粒锚定于铜颗粒界面，通过几何阻隔效应抑制铜颗粒在反应条件下的迁移与烧结，提升了催化剂的热稳定性；ysz固溶体因钇离子取代锆离子而产生丰富的氧空位，该氧空位与铜基底形成强金属-载体相互作用，促进水蒸气活化及含碳中间产物的脱附，从而有效降低了副产物co的选择性，使得该催化剂兼具良好的低温活性和产物选择性。

1.一种甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，尿素与金属离子的摩尔比为32.5。

3.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，烘箱温度为80℃。

4.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中，煅烧条件为空气气氛下，以2℃/min升温速率升温至500-600℃，并维持4-6 h。

5.根据权利要求1所述的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中，制得的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂的cuo：zro2：y2o3的摩尔比为0.8：x：(0.2-x)，其中x的取值范围为0.05-0.15。

6.一种使用权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的甲醇水蒸气重整制氢铜基反向负载催化剂。