本发明属于加氢反应催化剂，涉及一种金属钌纳米催化剂及其制备方法、应用、一种钌基非晶催化体系以及应用，尤其涉及一种增强微观热输运的高稳定性钌基非晶催化体系及其应用。
背景技术：
1、利用金属基纳米催化剂将二氧化碳、氮气等催化加氢转化为甲烷，氨气等高附加值工业品被认为是缓解全球变暖、能源枯竭和储氢难题的可能途径。其中，在含有非晶相活性位点的催化剂上进行加氢反应是一种很有前景的高附加值化学品生产工艺。然而，由于非晶相活性位点的热力学不稳定性，其在较高温环境中容易向结晶状态转变，因而在放热的各类加氢反应中，具有非晶相活性位点的催化剂通常不稳定，造成产率、选择性严重衰减。
2、虽然以往的相关研究中表明，通过调控催化剂的聚集状态、微观形貌和比表面积，其加氢反应的产率和选择性可以被显著稳定或提高。但这些研究中的催化速率优化策略往往不能同时兼顾催化速率的提高和稳定，且其中一些策略的实现步骤过于复杂。
3、因此，如何开发一种高效稳定的催化体系，解决现有研究中存在的上述问题，能够稳定、高产率和高选择性地生产甲烷、氨气等工业品，已逐渐成为领域内诸多具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种金属钌纳米催化剂及其制备方法、应用、一种钌基非晶催化体系以及应用，特别是一种增强微观热输运的高稳定性钌基非晶催化体系。本发明优化了非晶催化剂的形貌，以调控催化惰性分子生成高附加值产品的性能，并解决高空速催化放热反应过程中贵金属非晶催化剂的结晶从而导致催化反应活性位点热退化和活性衰减等关键问题。而且合成方法条件温和，成本低，更加适于工业化推广与应用。
2、本发明提供了一种金属钌纳米催化剂，所述钌纳米催化剂具体为非晶态钌纳米催化剂；
3、所述钌纳米催化剂具有海胆状的微观形貌。
4、优选的，所述钌纳米催化剂的纳米尺寸为4～100nm；
5、所述钌纳米催化剂的表面具有非晶相活性位点。
6、本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的金属钌纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、1)将稳定剂和反应溶剂混合后并加热，得到热混合溶液；
8、2)将钌源加入上述步骤得到的热混合溶液，进行溶剂热还原反应后，得到金属钌纳米催化剂。
9、优选的，所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮；
10、所述反应溶剂包括多羟基醇；
11、所述多羟基醇包括一缩二乙二醇和/或二缩三乙二醇；
12、所述稳定剂与反应溶剂的质量体积比为(0.1～5)mg：1ml。
13、优选的，所述热混合溶液的温度为200～250℃；
14、所述钌源包括三氯化钌和/或三氯化钌水合物；
15、所述稳定剂与钌源的质量比为(0.1～20)：1；
16、所述钌源具体为钌源与反应溶剂的混合液；
17、所述加入的方式包括注入；
18、所述注入的速度为0.1～1.8ml/min。
19、优选的，所述溶剂热还原反应的温度为200～250℃；
20、所述溶剂热还原反应的时间为5～45分钟；
21、所述溶剂热还原反应的方式具体为加热回流进行溶剂热还原反应；
22、所述溶剂热还原反应后还包括洗涤步骤。
23、本发明提供了一种钌基非晶催化体系，包括金属钌纳米催化剂以及与金属钌纳米催化剂复合的导热性材料；
24、所述金属钌纳米催化剂为上述技术方案任意一项所述的金属钌纳米催化剂或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的金属钌纳米催化剂。
25、优选的，所述钌基非晶催化体系具体为具有导热网络结构的钌基非晶催化体系；
26、所述钌基非晶催化体系的微观形貌中，金属钌纳米催化剂分散在导热性材料中，形成导热网络结构；
27、所述导热性材料包括低维高导热材料。
28、优选的，所述导热性材料作为钌基非晶催化体系的传热框架；
29、所述导热性材料的导热系数大于等于1000w/(m·k)；
30、所述导热性材料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯中的一种或多种。
31、本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的金属钌纳米催化剂、上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的金属钌纳米催化剂或上述技术方案任意一项所述的钌基非晶催化体系在催化加氢反应中的应用。
32、本发明提供了一种金属钌纳米催化剂，所述钌纳米催化剂具体为非晶态钌纳米催化剂；所述钌纳米催化剂具有海胆状的微观形貌。与现有技术相比，本发明特别设计了一种具有特定形貌结构和组成的非晶金属钌纳米催化剂，特定的非晶催化剂形貌，以调控催化惰性分子生成高附加值产品的性能，并能够进一步解决高空速催化放热反应过程中贵金属非晶催化剂的结晶从而导致催化反应活性位点热退化和活性衰减等关键问题。该钌基催化剂的合成以及后续非晶催化体系的构建，尤其在光、光热和热催化二氧化碳、氮气等的高空速加氢反应过程中可以稳定非晶相活性位点，从而稳定、高产率和高选择性地生产甲烷、氨气等工业品，涉及化学反应的热管理。
33、本发明还提供了一种钌基非晶催化体系，这是一种基于低维高导热性材料微观快速热分散的稳定钌基非晶催化体系，是具有增强微观热输运的高稳定性钌基非晶催化体系，包括具有表面非晶相活性位点的金属钌基纳米催化剂以及相复合的低维高导热性材料，并以低维高导热性材料作为传热框架。本发明提供的钌基非晶催化体系中，钌基纳米催化剂具有可调的尺寸，在常用的光、光热和热催化条件下，具有可调的不同底物加氢反应性能；同时由于低维高导热性材料具有极高的导热系数，因而与钌基纳米催化剂混合形成高导热网络后，反应器热和加氢反应的反应热可以被快速地分散。所以，此催化体系能显著延长催化剂的寿命，抑制了非晶结构的受热退化。本发明尤其为高空速放热反应的局部热管理提出了一种新方法。
34、本发明还提供了相应的制备方法，首次通过溶剂热还原钌前驱物的方法，得到了独特的非晶纳米颗粒催化剂，成功合成了非晶钌基催化剂；而且通过直接控制热还原时间和温度，催化剂的尺寸可以在较广范围内调控，简化了工艺流程。同时，选择不同溶剂和金属前驱物，催化剂的性能也可以进行大幅度调控，并适用于不同气体分子的催化加氢反应，扩展了钌基催化剂的应用场景。
1.一种金属钌纳米催化剂，其特征在于，所述钌纳米催化剂具体为非晶态钌纳米催化剂；
2.根据权利要求1所述的金属钌纳米催化剂，其特征在于，所述钌纳米催化剂的纳米尺寸为4～100nm；
3.一种如权利要求1～2任意一项所述的金属钌纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热混合溶液的温度为200～250℃；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热还原反应的温度为200～250℃；
7.一种钌基非晶催化体系，其特征在于，包括金属钌纳米催化剂以及与金属钌纳米催化剂复合的导热性材料；
8.根据权利要求7所述的钌基非晶催化体系，其特征在于，所述钌基非晶催化体系具体为具有导热网络结构的钌基非晶催化体系；
9.根据权利要求7所述的钌基非晶催化体系，其特征在于，所述导热性材料作为钌基非晶催化体系的传热框架；
10.权利要求1～2任意一项所述的金属钌纳米催化剂、权利要求3～6任意一项所述的制备方法所制备的金属钌纳米催化剂或权利要求7～9任意一项所述的钌基非晶催化体系在催化加氢反应中的应用。
