[發明專利]單原子金屬催化劑及其制備和在降解空氣污染物中的應用

在審

• 申請號: 201910359944.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110292927A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 郎嘉良;伍暉;趙剛;黃翟
• 申請（專利權）人: 北京氦舶科技有限責任公司
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J27/24;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/44
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本發明具體涉及單原子金屬催化劑及其制備和在降解空氣污染物中的應用，該催化劑通過以下方法制備：(1)在空氣/氧氣氣氛下，將介孔碳與二茂金屬高溫熱處理，然后冷卻，得到二茂金屬負載的介孔碳；(2)在惰性氣氛下，將步驟(1)中的二茂金屬負載的介孔碳高溫熱沖擊處理，洗滌，干燥，得到單原子金屬催化劑。該方法簡單，易于工業化，制得的催化劑，金屬在碳表面呈現原子級分散，對空氣污染物降解活性高。

技術領域

本發明屬于催化劑合成領域，具體涉及一種單原子金屬催化劑及其制備和在降解空氣污染物中的應用。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，人民環保意識也在不斷提高。甲醛等TVOC污染氣體是具有刺激氣味的有毒物質，對人體身體健康和空氣質量造成了嚴重的危害，如何高效去除甲醛等TVOC污染氣體具有重要意義。

茂金屬是過渡金屬與環戊二烯相連所形成的有機金屬配位化合物，其具有獨特的空間結構、電化學特性和催化活性。本發明利用茂金屬的優良性質，通過高溫還原，制備出能夠高效去除甲醛、苯、TVOC等空氣污染氣體的單原子金屬催化劑，其工藝簡單，易于工業化。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種單原子金屬催化劑的制備方法。

本發明的目的之二是提供上述單原子金屬催化劑。

本發明的目的之三是提供上述單原子金屬催化劑的應用。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種單原子金屬催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)在空氣/氧氣氣氛下，將介孔碳與二茂金屬高溫熱處理，然后冷卻，得到二茂金屬負載的介孔碳；

(2)在惰性氣氛下，將步驟(1)中的二茂金屬負載的介孔碳高溫熱沖擊處理，洗滌，干燥，得到單原子金屬催化劑。

優選的，步驟(1)中所述的介孔碳粒度為100-1000目，比表面積為500-1500m2/g，平均孔徑為2.0-20nm；優選為介孔碳粒度為100-800目，比表面積為1000-1500m2/g，平均孔徑為2-10nm。

優選的，步驟(1)中所述的介孔碳為富含空位缺陷的介孔碳，更優選為富含N和/或O摻雜的介孔碳。

優選的，所述富含空位缺陷的介孔碳中摻雜元素直接摻進碳骨架或與碳材料之間鍵連接。

優選的，步驟(1)中所述的二茂金屬為二茂鐵，二茂鎳，二茂鈷，二茂鋨，二茂錳，二茂釕中的任意一種或多種。

優選的，步驟(1)中所述的二茂金屬與介孔碳的質量比為1：50-1：1000，優選為1:50-100。

優選的，步驟(1)中所述高溫熱處理的溫度為80-200℃，時間為10-120min；

優選為高溫熱處理的溫度為100-200℃，時間為60-120min。

優選的，步驟(1)中所述介孔碳與二茂金屬加熱時，兩者在同一反應器中距離為1-100cm，優選為1-10cm。

優選的，步驟(2)中所述的高溫熱沖擊處理的升溫速率為10000-100000K/s，最高溫度為500-1500℃，加熱時間為10-100毫秒；優選為升溫速率為10000-50000K/s，最高溫度為500-1000℃，加熱時間為10-30毫秒。

優選的，步驟(2)中所述的所述的惰性氣氛為氮氣、氬氣、氦氣或它們的混合氣。

上述方法制得的單原子金屬催化劑，金屬以單原子形式均勻分散在介孔碳表面，金屬的含量為0.1-2wt％，以催化劑全量計。

上述方法制得的單原子金屬催化劑可用于室溫催化降解甲醛、苯、TVOC等空氣污染物。