[發明專利]一種氮摻雜碳負載單原子催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201910343206.7
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN109999883B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 曹麗云;王勇;黃劍鋒;寇領江;李嘉胤
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/10;B01J37/06;B01J37/08
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種氮摻雜碳負載單原子催化劑的制備方法，將過渡金屬醋酸鹽溶解于去離子水中，再向其中逐滴加入吡咯單體得反應前驅體；將反應前驅體轉移到反應釜中進行水熱反應，反應結束后，將產物離心分離，冷凍干燥；將干燥后的樣品加入鹽酸溶液中除去氧化物后，通過抽濾分離并洗滌冷凍干燥；將干燥后的樣品置于瓷舟中，在保護氣氛下于管式爐中進行熱處理，待自然冷卻后即可得氮摻雜碳負載單原子催化劑。由于前驅體絡合物中配體的存在，在制備過程中可以有效避免金屬離子團聚生成原子團簇。除此之外可以通過調節吡咯以及酸處理時間等參數，調控單原子的負載量。此方法綠色、高效、操作簡單。無需精密復雜的設備，適于大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種單原子催化劑的制備方法，具體涉及一種氮摻雜碳負載單原子催化劑的制備方法。

背景技術

相比于傳統的宏觀類催化劑材料，單原子催化劑具有更高的原子利用效率以及更好的催化效果，受到了人們的廣泛關注。單原子本身作為活性位點且具有本征活性，將其負載于載體之后，其可以與載體產生較強的相互作用，這種作用不僅可以穩定單原子，同時可以調控電子結構，提升催化劑的性能。作為一個新提出的催化劑種類，單原子催化劑的制備仍是一個極具挑戰性的問題。目前已經報道的方法主要包括原子層沉積[Sun S , Zhang G, Gauquelin N , et al. Single-atom Catalysis Using Pt/Graphene Achievedthrough Atomic Layer Deposition[J]. Scientific Reports, 2013, 3(5):1775.], 熱發射方法[Qu Y, et al. Thermal Emitting Strategy to Synthesize AtomicallyDispersed Pt Metal Sites from Bulk Pt Metal[J]. J. Am. Chem. Soc. 2019,141,11, 4505-4509]. 共沉淀法[Qiao B , Wang A , Yang X , et al. Single-atomcatalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx[J]. Nature Chemistry, 2011, 3(8):634-41.]。水熱合成氣凝膠[Zhu C , Fu S , Song J , et al. Self-Assembled Fe-N-Doped Carbon Nanotube Aerogels with Single-Atom Catalyst Feature as High-Efficiency Oxygen Reduction Electrocatalysts[J]. Small, 2017, 13(15):1603407.]，熱解MOF前驅體[Wenxing C , Jiajing P , Chun-Ting H , et al. SingleTungsten Atoms Supported on MOF-Derived N-Doped Carbon for RobustElectrochemical Hydrogen Evolution[J]. Advanced Materials, 2018:1800396.]。但原子層沉積及熱發射技術需要復雜的設備，且制備工藝繁瑣。共沉淀法，熱解MOF等則無法調控單原子載量，開發一種綠色高效的制備單原子催化劑的方法對于促進其工業化應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種綠色、高效、操作簡單，無需精密復雜的設備，適于大規模生產的氮摻雜碳負載單原子催化劑的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

步驟一：攪拌下，將過渡金屬醋酸鹽溶解于去離子水中，得到濃度為0.01mol/L～0.1mol/L的有色透明溶液A，然后采用微量進樣器向有色透明溶液A中逐滴加入有色透明溶液A體積5‰～10‰的吡咯單體，持續攪拌得到反應前驅體；

所述步驟一中過渡金屬醋酸鹽為醋酸銅、醋酸鎳、醋酸鈷、醋酸鐵、醋酸釕及其水合物中的一種或幾種任意比例的混合物；