氮化硼载体钌催化剂合成氨反应示意图
以白石墨著称的氮化硼(BN)具有优异的物化性质, 是一种很有潜力的氨合成催化剂载体材料. 它的结构与石墨相似, 且在加氢反应中更稳定. 因此, BN负载的Ru基催化剂可以有效地克服炭的流失. Jacobsen等研究发现, BN负载的Ba-Ru催化剂具有很高的氨合成活性和稳定性. 林炳裕等也研究了BN负载的Ru基氨合成催化剂, 发现合成的BN负载的Ru基催化剂活性远不如相应商业催化剂的高. Kowalczyk等和Szmigie等研究发现, BN 经氨气处理后负载的Ru基氨合成催化剂活性显著提高. 通常情况下, BN晶体的制备条件苛刻, 需要较高的温度(900℃以上)或较昂贵的有机前驱体如硼烷等, 且所得样品的比表面积较低, 不宜用于负载贵金属. 制备大比表面积、中孔丰富和石墨化程度较高的六方BN是提高催化剂活性的关键. Hou等在较低温度下采用氢气还原法合成了纯度较高的BN, 但未报道BN的比表面积; Rushton等研究了以中孔SBA-15为模板来制备大比表面积的BN.Han等以活性炭为模板, 在1580℃合成了BN, 其比表面积高达168 m2/g.Postole等以有机硼烷为前驱体于1800℃合成BN, 其比表面积达到了148m2/g. 然而上述工作大都是在高温条件下, 使用较昂贵的硼烷前驱体完成的.
浙江工业大学工业催化研究所,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地李瑛等人研究了不同方法合成的氮化硼(BN)的性质及其负载的Ru-Ba催化剂对氨合成的催化性能. 采用X射线粉末衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的BN样品进行了表征. 结果表明, 采用程序升温氮化和程序升温还原法均能在低于900℃的条件下合成出较纯的六方相BN, 其比表面积分别达到103和138 m2/g. 其中前者负载Ru-Ba的催化剂活性更高, 在475℃, 10 MPa和10000 h–1的条件下出口氨浓度达7.3%, 且在550 ℃热处理30 h后, 活性基本保持不变。