[發明專利]一種單原子分散的碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810146697.1
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108298518B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張強;李博權;張書源;趙長欣
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/194;C01B32/21;C01B32/168;D06M11/83;C09C1/56;D06M101/40
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于，該方法包含了如下步驟：

1)將卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與碳材料，或卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與聚合物形成的雜化物作為前軀體，放置于反應器中，在惰性氣體的載氣氣氛下加熱升溫至400-1100℃；所述的卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與碳材料或卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與聚合物形成的雜化物是由卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與碳材料或卟啉環中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架與聚合物通過分子間作用力形成；其中配位了過渡金屬的卟啉有機骨架為配位了過渡金屬的卟啉及卟啉衍生物通過共價鍵連接成的有機骨架；碳材料與配位了過渡金屬的卟啉有機骨架的質量比為1:0.1-1:10；聚合物與配位了過渡金屬的卟啉有機骨架的質量比1:0.1-1:10；其中所述的配位了過渡金屬的卟啉及卟啉衍生物的內環配位原子為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Pt、Ag與Au中的一種或幾種；其中過渡金屬以單原子分散的形式配位在卟啉有機骨架雜化物中作為前軀體；

2)反應器達到上述溫度后恒溫1-48小時進行煅燒，恒溫煅燒處理后停止加熱并在惰性氣保護下冷卻至室溫；

3)將上述煅燒后的產物取出后進行酸處理以除去雜質，充分反應后將產物過濾洗滌，得到過渡金屬單原子分散的碳材料；其中過渡金屬為Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Pt、Ag和Au中的一種或幾種；過渡金屬以單原子的存在形式分散于碳材料中。

2.根據權利要求1所述一種單原子分散的碳材料的制備方法,其特征在于，卟啉有機骨架與碳材料或卟啉有機骨架與聚合物形成的雜化物中，所述卟啉及卟啉衍生物的內環雜原子為N、O和S的一種或幾種；配位原子單原子分散地配位在卟啉內環中；所述卟啉有機骨架為二維或三維結構。

3.根據權利要求2所述的一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于:所述卟啉有機骨架與碳材料或卟啉有機骨架與聚合物形成的雜化物中，所述碳材料為石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維或炭黑；所述聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

4.根據權利要求1所述的一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于，所述單原子分散的碳材料中的過渡金屬單原子與卟啉有機骨架前軀體中的配位過渡金屬原子種類相同。

5.根據權利要求1所述的一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于，所述的惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣中的一種，惰性氣體的流量為100-500mL min^-1。

6.根據權利要求1所述的一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于，所述的酸為鹽酸、硫酸、硝酸、乙酸或氫氟酸的水溶液，其摩爾濃度為1-10mol L^-1。

7.根據權利要求1所述的一種單原子分散的碳材料的制備方法，其特征在于，所述酸處理過程的溫度為25-100℃，反應時間為1-24小時。