本发明涉及催化剂及二氧化碳加氢，尤其涉及一种碳量子点增强的fexm/rgo催化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、航空煤油作航空涡轮发动机的燃料，具有密度适宜，热值高，燃烧性能好，积碳量少，低温流动性好，热安定性和抗氧化安定性好，洁净度高，对机件腐蚀小等优势，适用于燃气涡轮发动机和冲压发动机使用，在民用和军用航空飞行器中广泛使用。与其他运载工具不同，由于航空飞行引擎对燃料的能量密度及重量的特殊要求，目前的航空煤油无法被新能源动力所取代。航空煤油主要由含碳数为c8～c16的烃类化合物组成，目前的来源主要以石油炼化产品为主，也可通过煤的液化工艺、天然气液化和生物质的液化获得。
2、二氧化碳(co2)是一种温室气体，随着工业的发展，煤、石油和天然气等化石燃料大量的使用，使二氧化碳气体的排放量逐年增加。二氧化碳排放量的增长加剧了全球变暖的速度，对地球生态环境产生明显的破坏，因此，二氧化碳的减排、收储和利用，是目前各国科学家共同面临的研究课题。
3、将co2资源化利用是实现减碳的重要途径。由于co2化学惰性，co2加氢转化为含有两个碳原子以上的化合物很困难。二氧化碳加氢制备烃类化合物一般采用铁基催化剂，通过连续催化逆水煤气反应，以及费托合成反应生成长链烃。然而铁基催化剂在反应过程中，颗粒易于破碎，致反应停车；此外，在较高的co2及h2o(co2反应过程中会生成大量的水)分压下，铁基催化剂容易发生氧化，导致催化剂失活。
4、总的来说，目前co2加氢合成航空煤油的催化剂仍面临着产物选择性低，催化剂稳定性差的挑战。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳量子点增强的fexm/rgo催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的碳量子点增强的fexm/rgo催化剂稳定性好，能够实现co2直接加氢高选择性合成航空煤油。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种碳量子点增强的fexm/rgo催化剂，包括还原氧化石墨烯，嵌入所述还原氧化石墨烯表面的氮掺杂碳量子点，以及锚定在所述还原氧化石墨烯表面和体相的活性组分fexm纳米颗粒，所述fexm纳米颗粒中m为c、n和p中的一种或几种，x为2～16。
4、优选地，所述还原氧化石墨烯、氮掺杂碳量子点和fexm纳米颗粒的质量比为(15～90):(0.5～10):(3～90)。
5、优选地，所述还原氧化石墨烯表面和体相中还锚定有碱金属氧化物，所述碱金属氧化物包括氧化钾和/或氧化钠，所述碱金属氧化物中碱金属元素与还原氧化石墨烯的质量比为(0.05～10):(15～90)。
6、本发明提供了以上技术方案所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)将碳源、氮源和溶剂混合进行第一水热反应，得到氮掺杂碳量子点；
8、(2)将所述氮掺杂碳量子点、氧化石墨烯、水和铁盐混合，将所得混合液的ph值调节至8.0～12.0后进行第二水热反应，得到催化剂前驱体；
9、(3)将所述催化剂前驱体在非金属源存在的条件下进行热处理，得到所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂；所述非金属源包括碳源、氮源和磷源中的一种或几种。
10、优选地，所述步骤(1)中的碳源为葡萄糖、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、乳糖和乳酸中的一种或几种，所述氮源为乙二胺、尿素、氨水、缩二脲、苯二胺、甘氨酸、色氨酸和精氨酸中的一种或几种；所述碳源与氮源的质量比为1:1～100:1。
11、优选地，所述步骤(2)中ph值通过加入无机碱进行调节，所述无机碱包括氨水、钠的无机碱和钾的无机碱中的一种或几种。
12、优选地，所述步骤(3)中的碳源包括co、co2、c2h2、ch4和c2h4中的一种或几种，氮源包括n2和/或nh3，磷源包括白磷、红磷、ph3和次磷酸钠中的一种或几种。
13、优选地，所述第一水热反应的温度为100～230℃，时间为6～48h；所述第二水热处理的温度为120～240℃，时间为4～48h；所述热处理的温度为200～900℃，时间为4～24h。
14、本发明提供了以上技术方案所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂或以上技术方案所述制备方法制备得到的碳量子点增强的fexm/rgo催化剂在co2加氢制航空煤油中的应用。
15、优选地，所述co2加氢制航空煤油的原料气包括co2和h2，所述原料气中co2与h2的摩尔比为1.0～5.0:1，所述原料气的空速为3～50l/gcat/h，反应温度为250～350℃，反应压力为1～6mpa。
16、本发明提供了一种碳量子点增强的fexm/rgo催化剂，包括还原氧化石墨烯，嵌入所述还原氧化石墨烯表面的氮掺杂碳量子点，以及锚定在所述还原氧化石墨烯表面和体相的活性组分fexm纳米颗粒，所述fexm纳米颗粒中m为c、n和p中的一种或几种，x为2～16。本发明基于氮掺杂碳量子点调控活性金属fe的电子结构，提高fe基催化剂对中间馏分c8～c16的选择性，还原氧化石墨烯的存在可有效抑制铁基催化剂的团聚长大与破碎，二者协同可有效抑制co2和h2o对铁催化剂的氧化作用；同时，还原氧化石墨烯与氮掺杂碳量子点表面丰富的有机官能团具有很好的锚定位点，有助于金属离子的锚定，利于活性金属fe原子的均匀分散，进一步阻止fe的团聚、长大，各组分之间协同作用，有效地提高fe基催化剂的稳定性和对目标产物c8～c16产品的选择性。
17、进一步地，催化剂中氮掺杂碳量子点的引入，还可以与碱金属氧化物中k、na元素协同作用，提高催化剂表面碱性，促进co2的吸附和反应。
18、本发明提供了以上技术方案所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂在co2加氢制航空煤油中的应用。本发明提供的催化剂性能优良，用于催化co2加氢制航空煤油，能够促进反应的进行，且co2转化率高，目标产物c8～c16组分选择性高。实施例结果表明，将所述催化剂用于催化co2加氢制航空煤油中，其中co2转化率能够达到53.46％，c8～c16馏分选择性超过41％，催化剂在反应温度290℃，h2/co2＝3(摩尔比)，反应压力3.5mpa，反应空速3l/gcat/h条件下可连续运行4000小时。
1.一种碳量子点增强的fexm/rgo催化剂，包括还原氧化石墨烯，嵌入所述还原氧化石墨烯表面的氮掺杂碳量子点，以及锚定在所述还原氧化石墨烯表面和体相的活性组分fexm纳米颗粒，所述fexm纳米颗粒中m为c、n和p中的一种或几种，x为2～16。
2.根据权利要求1所述的碳量子点增强的fexm/rgo催化剂，其特征在于，所述还原氧化石墨烯、氮掺杂碳量子点和fexm纳米颗粒的质量比为(15～90):(0.5～10):(3～90)。
3.根据权利要求1或2所述的碳量子点增强的fexm/rgo催化剂，其特征在于，所述还原氧化石墨烯表面和体相中还锚定有碱金属氧化物，所述碱金属氧化物包括氧化钾和/或氧化钠，所述碱金属氧化物中碱金属元素与还原氧化石墨烯的质量比为(0.05～10):(15～90)。
4.权利要求1～3任意一项所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碳源为葡萄糖、柠檬酸、酒石酸、丙二酸、乳糖和乳酸中的一种或几种，氮源为乙二胺、尿素、氨水、缩二脲、苯二胺、甘氨酸、色氨酸和精氨酸中的一种或几种；所述碳源与氮源的质量比为1:1～100:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中ph值通过加入无机碱进行调节，所述无机碱包括氨水、钠的无机碱和钾的无机碱中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的碳源包括co、co2、c2h2、ch4和c2h4中的一种或几种，氮源包括n2和/或nh3，磷源包括白磷、红磷、ph3和次磷酸钠中的一种或几种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应的温度为100～230℃，时间为6～48h；所述第二水热处理的温度为120～240℃，时间为4～48h；所述热处理的温度为200～900℃，时间为4～24h。
9.权利要求1～3任意一项所述碳量子点增强的fexm/rgo催化剂或权利要求4～8任意一项所述制备方法制备得到的碳量子点增强的fexm/rgo催化剂在co2加氢制航空煤油中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述co2加氢制航空煤油的原料气包括co2和h2，所述原料气中co2与h2的摩尔比为1.0～5.0:1，所述原料气的空速为3～50l/gcat/h，反应温度为250～350℃，反应压力为1～6mpa。
