一种Ru/MnOx纳米光热催化材料的制备及其应用

本发明涉及二氧化碳转化领域和光热催化领域，尤其一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备及其应用。

背景技术：

1、当今世界面临的主要问题是缺乏化石燃料，以及燃烧化石燃料向大气中大量排放二氧化碳所带来的严重环境问题。为了缓解这些危机，将二氧化碳转化为可再生燃料被认为是21世纪替代石油的可持续途径。在众多二氧化碳还原反应生成的c1原料中，甲烷是基本的工业原料，可直接用于最清洁的燃烧、燃料电池和作为氢载体。目前已经开发了许多用于二氧化碳甲烷化的策略，包括热催化、光催化和电催化等。与这些策略相比，热催化已经实现了高效率和选择性，但该过程通常需要高压下的高温(300-400℃)，这不仅昂贵，而且可能导致副反应，包括逆水煤气变换反应、二氧化碳分解和二氧化碳歧化。

2、因此，与传统的热催化方法相比，结合热能和光能的光热催化技术可以在较温和的条件下提高反应性能，这引起了大量的研究关注。它解决了光催化的低效率以及热催化的高能量障碍。尽管目前已有光热催化二氧化碳与氢气反应制甲烷的报道，但由于二氧化碳甲烷化是一个八电子还原过程，反应选择性和活性较低，因此，需要发展一种新的光热催化剂能够在较低温度下实现高效高选择性生成甲烷。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提出一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备及其应用，采用光沉积策略将ru负载在mnox载体上，组成通式为ru/mnox的纳米光热催化材料。在光热条件下，以ru/mnox纳米材料为催化剂，高效发生二氧化碳与氢气反应选择性制备甲烷。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法，其特征在于采用光沉积策略将ru负载在mnox载体上，组成通式为ru/mnox的纳米光热催化材料，其具体制备为下述步骤：

4、a步骤:mnox的制备

5、剧烈搅拌下将1mmolmnso4·h2o和120mmolnaoh溶解在15ml h2o中并持续搅拌0.5h。随后将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的100ml水热釜中。在120℃下加热12h。冷却至室温后用h2o离心洗涤至ph＝7，在60℃下真空干燥过夜得到最终产物mnox。

6、b步骤:ru/mnox的制备

7、将50mlh2o和10mlch3oh添加到一个具有石英片窗口的玻璃反应器(250ml)中。加入0.1g研磨后的mnox，和0.02-0.12mmol的rucl3·3h2o，ar气置换反应器内的空气后密封，用光功率密度为1-30sun的300w氙灯对反应器进行光照1h。反应后用h2o离心洗涤，在60℃下真空干燥过夜得到最终产物ru/mnox。

8、一种ru/mnox纳米光热催化材料的应用，其特征在于在光热条件下，以ru/mnox纳米材料为催化剂，在反应温度为150-200℃，光功率密度为1-30sun，二氧化碳浓度为1-99％时高效发生二氧化碳与氢气反应选择性制备甲烷。所述光热催化反应时间为1-24h。

9、本发明与现有技术相比具有以下显著的技术效果和优点

10、1)采用光沉积金属的策略，将ru负载在mnox上，即可组成通式为ru/mnox的纳米光热催化材料，方法简单，金属分散好，具有广泛的应用前景。

11、2)采用该ru/mnox的纳米光热催化材料。可高效高选择性地实现二氧化碳和氢气反应制备甲烷。

12、3)采用采用该ru/mnox的纳米光热催化材料，实现了在200℃下反应4h，co2转化率为66.8％、ch4产量为2.45mmolh-1和选择性为99.5％的高活性。通过温和、绿色和节能的途径实现了高效转化二氧化碳的方法。

技术特征：

1.一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法，其特征在于采用光沉积将ru负载在mnox载体上，组成通式为ru/mnox的纳米光热催化材料，其具体制备为下述步骤：

2.根据权利要求1所述一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法，其特征在于步骤b中，rucl3·3h2o的添加量为0.02-0.12mmol。

3.根据权利要求1所述一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法，其特征在于步骤b中，光功率密度为1-30sun。

4.根据权利要求1所述一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法制备的ru/mnox的应用，其特征在于在光热条件下，以ru/mnox纳米材料为催化剂能够发生二氧化碳与氢气反应选择性制备甲烷。

5.根据权利要求4所述的一种ru/mnox纳米光热催化材料的制备方法制备的ru/mnox的应用，其特征在于二氧化碳浓度为1-99％，光功率密度为1-30sun，反应温度为150-200℃，反应时间为1-24h。

技术总结
本发明公开一种Ru/MnO<subgt;x</subgt;纳米光热催化材料的制备及其应用，其特点是采用光沉积策略将Ru负载在MnO<subgt;x</subgt;载体上，组成通式为Ru/MnO<subgt;x</subgt;的纳米光热催化材料。在光热条件下，以Ru/MnO<subgt;x</subgt;纳米材料为催化剂，高效发生二氧化碳与氢气反应选择性制备甲烷。本发明与现有技术相比具有催化活性高，制备简单，原料易得，选择性高，反应绿色，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：吴海虹,翟建新,韩布兴,何鸣元
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13