[發(fā)明專利]一種氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710172875.3
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106944119B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卞兆勇;王輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明主要涉及一種氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的制備方法，具體是一種層狀石墨相氮化碳負(fù)載單原子金屬M(fèi)催化材料(M為Ag、Pd、Rh、Pt中的一種或二種以上)的制備方法，屬于催化材料領(lǐng)域。本發(fā)明采用金屬前驅(qū)體和碳氮前驅(qū)體絡(luò)合的方式，通過金屬中心和配體之間的相互作用抑制金屬原子的團(tuán)聚，一步熱解碳氮前驅(qū)體和金屬前驅(qū)體制備氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料，提高了單原子金屬催化材料的穩(wěn)定性和分散性。該方法制備的材料中金屬以零價(jià)態(tài)單原子分散的形式負(fù)載在層狀石墨相氮化碳的表面，負(fù)載金屬原子的種類和組分可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及一種氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的制備方法，具體是一種層狀石墨相氮化碳負(fù)載單原子金屬M(fèi)催化材料(M為Ag、Pd、Rh、Pt中的一種或二種以上)的制備方法，屬于催化材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單原子催化對于催化劑的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義(X.Yang,A.Wang,B.Qiao,J.Li,J.Liu,T.Zhang.Accounts of Chemical Research,2013,46,1740-1748.)。全球每年鉑產(chǎn)量的50％都用于汽車尾氣凈化系統(tǒng)的三效轉(zhuǎn)化器。燃料電池電極催化劑、石油化工中催化重整選擇加氫，以及各種精細(xì)化學(xué)品的合成都大量依賴高效的負(fù)載型鉑、鈀等貴金屬催化劑。Ag、Pd、Rh和Pt等元素在石油化工等多個(gè)領(lǐng)域的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中具有重要的應(yīng)用，這些元素的單原子催化劑的制備方法的研發(fā)能大大降低催化劑成本，提高生產(chǎn)效率。

當(dāng)金屬單原子在制備和反應(yīng)過程中極易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致催化劑失活。因此，金屬單原子催化劑的制備必須借助一種性能優(yōu)異的載體。g-C₃N₄是一種僅由C和N構(gòu)成的聚合物材料，簡單的組分構(gòu)成使得對g-C₃N₄的性質(zhì)調(diào)控可以通過簡單的方法進(jìn)行，而不用顯著改變總組分。g-C₃N₄的聚合物性質(zhì)使對g-C₃N₄的表面化學(xué)調(diào)控可以通過分子水平修飾和表面工程進(jìn)行，同時(shí)保證了它的結(jié)構(gòu)具有足夠的靈活性，使g-C₃N₄可以作為各種無機(jī)納米粒子的主體基質(zhì)，從而可制備g-C₃N₄基復(fù)合材料(W.Ong,L.Tan,Y.Ng,S.Yong,S.Chai.ChemicalReviews,2016,116,7159-7329.)。

因此，我們開發(fā)一種一步熱解碳氮前驅(qū)體和金屬前驅(qū)體制備氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的新方法。該材料中金屬以零價(jià)態(tài)單原子分散的形式負(fù)載在層狀石墨相氮化碳的表面，負(fù)載金屬原子的種類和組分可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的制備方法。所制備的催化劑中單金屬原子分散性好，穩(wěn)定性高。本方法具有簡單、易于控制的特點(diǎn)，能夠大量制備氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料的制備方法，其特征在于：

(1)將碳氮前驅(qū)體溶解于溶劑中制成溶液A，將金屬前驅(qū)體溶解于溶劑中制成溶液B；

(2)將溶液B加入溶液A中，在特殊氣氛下加熱至20-150℃進(jìn)行混合攪拌6-36h，然后自然冷卻至室溫；

(3)將步驟(2)溶液除去溶劑得到固態(tài)金屬碳氮加合物，研磨至80目以下；

(4)將步驟(3)得到的固體粉末置入馬弗爐或管式爐中，在特殊氣氛下進(jìn)行程序升溫?zé)峤馓幚恚缓笞匀焕鋮s至室溫，研磨至80目以下；

(5)將步驟(4)得到的固體粉末置于馬弗爐或管式爐中，在特殊氣氛下以10℃/min的速率加熱至450-550℃，保持1h，然后自然冷卻至室溫，得到氮化碳負(fù)載單原子金屬催化材料；