
Citation: Yaping Zhou, Yongcheng Ma, Guojun Lan, Haodong Tang, Wenfeng Han, Huazhang Liu, Ying Li. A highly stable and active mesoporous ruthenium catalyst for ammonia synthesis prepared by a RuCl3/SiO2-templated approach[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(1): 114-123. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63192-4

以RuCl3/SiO2为模板制备高性能镶嵌式钌基氨合成催化剂
中孔炭(MC)孔隙结构发达,可以为钌纳米粒子的分散提供空间,从而有效提高金属钌的利用率,中孔炭负载的钌基催化剂在合成氨反应中表现出优异的催化性能.传统负载型钌基催化剂的制备一般采用浸渍法,虽然可获得高分散的Ru纳米粒子,但其只会分布在载体的表面,因此在反应过程中就容易发生金属纳米粒子的团聚和流失,大大降低使用寿命.而随着新材料制备技术的发展,对催化剂的设计合成方法的研究也越来越多.当金属纳米粒子被镶嵌在载体的壁上时,金属和载体之间就具有较强的相互作用,因而可以稳定金属纳米粒子.
本文通过蔗糖原位炭化法将Ru纳米颗粒半嵌入在炭材料中制备镶嵌式Ru-MC催化剂,并采用HRTEM,CO化学吸附等手段系统研究了镶嵌式Ru-MC催化剂与传统浸渍法制备的负载型Ru/MC催化剂之间的差异.采用等体积浸渍法添加Ba和K助剂制备催化剂Ba-K/Ru-MC和Ba-Ru-K/MC.和Ba-Ru-K/MC催化剂相比,Ba-K/Ru-MC催化剂上钌炭相互作用力增强,不但有效提高了钌催化剂的催化活性,而且提高了该催化剂的抗甲烷化能力,从而提高了氨合成条件下催化剂的稳定性和使用寿命.采用该方法制备的钌基催化剂在400℃,10000h-1,10MPa和H2/N2=3.0的反应条件下,氨合成反应速率可以达到133mmol/(g·h),其性能远高于目前报导的钌基催化剂和传统的熔铁催化剂.
English
A highly stable and active mesoporous ruthenium catalyst for ammonia synthesis prepared by a RuCl3/SiO2-templated approach
-
Key words:
- Mesoporous carbon
- / Semi-embedded
- / Ru/Carbon catalyst
- / High dispersion
- / Ammonia synthesis
-
-
[1] J. A. Pool, E. Lobkovsky, P. J. Chirik, Nature, 2004, 427, 527-530.
-
[2] K. Honkala, A. Hellman, I. N. Remediakis, A. Loqadottir, A. Carlsson, S. Dahl, C. H. Christensen, J. K. Norskor, Science, 2005, 307, 555-558.
-
[3] N. Saadatjou, A. Jafari, S. Sahebdelfar, Chem. Eng. Commun., 2015, 202, 420-448.
-
[4] C. Huo, Q. H. Xia, M. H. Pan, X. Z. Yang, Y. Luo, H. Z. Liu, Chin. J. Catal., 2011, 32, 315-320.
-
[5] C. F. Xu, L. Ouyang, J. Zhang, B. Zhou, Y. Li, H. Z. Liu, Chin. J. Catal., 2010, 31, 677-682.
-
[6] G. Q. Feng, G. J. Lan, Y. Li, W. F. Han, H. Z. Liu, Chin. J. Catal., 2012, 33, 1191-1197.
-
[7] Y. P. Zhou, G. J. Lan, B. Zhou, W. Jiang, W. F. Han, H. Z. Liu, Y. Li, Chin. J. Catal., 2013, 34, 1395-1401.
-
[8] D. E. Brown, T. Edmonds, R. W. Joyner, J. J. McCarroll, S. R. Ten-nison, Catal. Lett., 2014, 144, 545-552.
-
[9] H. S. Zeng, T. Hihara, K. I. Inazu, K. Aika, Catal. Lett., 2001, 76, 193-199.
-
[10] S. J. Guo, X. L. Pan, H. L. Gao, Z. Q. Yang, J. J. Zhao, X. H. Bao, Chem. Eur. J., 2010, 16, 5379-5384.
-
[11] J. P. Xiao, X. L. Pan, S. J. Guo, P. J. Ren, X. H. Bao, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 477-482.
-
[12] M. Kitano, Y. Inoue, Y. Yamazaki, F. Hayashi, S. Kanbara, S. Mat-suishi, T. Yokoyama, S. W. Kim, M. Hara, H. Hosono, Nat. Chem., 2012, 4, 934-940.
-
[13] Y. Li, G. J. Lan, H. Y. Wang, H. D. Tang, X. H. Yan, H. Z. Liu, Catal. Commun., 2012, 20, 29-35.
-
[14] G. J. Lan, H. D. Tang, H. Z. Liu, J. Ni, Y. Li, J. Nanosci. Nanotechnol., 2014, 14, 7131-7138.
-
[15] G. J. Lan, H. D. Tang, Y. P. Zhou, W. F. Han, H. Z. Liu, X. N. Li, Y. Li, ChemCatChem, 2014, 6, 353-360.
-
[16] F. B. Su, L. Lv, F. Y. Lee, T. Liu, A. I. Cooper, X. S. Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 14213-14223.
-
[17] F. B. Su, F. Y. Lee, L. Lv, J. J. Liu, X. N. Tian, X. S. Zhao, Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 1926-1931.
-
[18] O. Hinrichsen, Catal. Today, 1999, 53, 177-188.
-
[19] C. J. H. Jacobsen, S. Dahl, P. L. Hansen, E. Tornqvist, L. Jensen, H. Topsoe, D. V. Prip, P. B. Moenshaug, I. Chorkendorff, J. Mol. Catal. A, 2000, 163, 19-26.
-
[20] K. Aika, H. Hori, A. Ozaki, J. Catal., 1972, 27, 424-431.
-
[21] A. Ozaki, K. Aika, H. Hori, Bull. Chem. Soc. Jpn., 1971, 44, 3216-3216.
-
[22] J. J. McCarroll, S. R. Tennison, N. P. Wilkinson, USA Patent 4600571, 1986.
-
[23] W. Rarog-Pilecka, E. Miskiewicz, D. Szmigiel, Z. Kowalczyk, J. Catal., 2005, 231, 11-19.
-
[24] Y. Li, C. G. Pan, W. F. Han, H. F. Chai, H. Z. Liu, Catal. Today, 2011, 174, 97-105.
-
[25] L. Jiang, J. W. Yan, R. Xue, L. X. Hao, L. Jiang, G. Q. Sun, B. L. Yi, J. Mater. Sci., 2014, 49, 363-370.
-
[26] M. J. Xie, J. Yang, J. Y. Liang, X. F. Guo, W. P. Ding, Carbon, 2014, 77, 215-225.
-
[27] A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, A. K. Geim, Phys. Rev. Lett., 2006, 97, 187401-187404.
-
[28] F. R. Garcia-Garcia, A. Guerrero-Ruiz, I. Rodriguez-Ramos, Top. Catal., 2009, 52, 758-764.
-
[29] B. Y. Lin, Y. C. Qi, Y. J. Guo, J. X. Lin, J. Ni, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 2829-2838.
-
[30] Y. D. Li, D. X. Li, G. W. Wang, Catal. Today, 2011, 162, 1-48.
-
[31] B. Y. Lin, Y. J. Guo, J. D. Lin, J. Ni, J. X. Lin, L. L. Jiang, Y. Wang, Appl. Catal. A, 2017, 541, 1-7.
-
[32] B. Y. Lin, Y. J. Guo, C. F. Cao, J. Ni, J. X. Lin, L. L. Jiang, Catal. Today, 2018, 316, 230-236.
-
[33] L. F. Wang, R. T. Yang, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 12486-12494.
-
-

计量
- PDF下载量: 14
- 文章访问数: 1026
- HTML全文浏览量: 95