[發明專利]一種碳負載高熵單原子催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201911080643.0
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110773192A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 宋壽杰;韓麗麗;羅俊
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J37/08;B01J37/00
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 張宏祥

本發明提供了一種碳負載高熵金屬單原子催化劑的制備方法，將可溶性金屬鹽(金屬元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Y、Zr、lu和Ru中的5～15種)、可溶性碳源(葡萄糖)、水和乙醇混合，得到混合水溶液，再超聲分散；可溶性金屬鹽與可溶性碳源的摩爾比為1:3～5，可溶性金屬鹽的物質的量與水的體積比為0.001～0.01mol:1L，可溶性金屬鹽的物質的量與乙醇的體積比為0.001～0.01mol:1L。再將混合溶液于25～80℃進行干燥析出，得到催化劑前驅體，再將催化劑前驅體在惰性氣氛和真空條件下于600～800℃煅燒，冷卻后研磨，得到碳負載高熵金屬單原子催化劑。本發明方法簡單，成本低廉。

技術領域

本發明是關于催化劑的，特別涉及一種碳負載高熵單原子催化劑的制備方法。

背景技術

單原子催化劑的開發能夠最大限度地發揮金屬的催化效率，降低制造成本。從理論上講，負載型催化劑分散的極限是金屬以單原子的形式均勻分布在載體上，這不僅是負載型金屬催化劑的理想狀態，而且也將催化科學帶入到一個更小的研究尺度——單原子催化。單原子催化劑被應用于CO氧化及選擇性氧化、加氫及選擇性加氫、NO還原與氧化、水煤氣變換、有機合成、甲醇水蒸氣重整、燃料電池、光電催化、甲醛氧化等，因此制備單原子金屬催化劑成為研究者的一個重要突破口。

目前制備單原子催化劑的方法有共沉淀法、浸漬法、原子層沉積法、反奧斯瓦爾德(Ostward)熟化法、逐步還原法和固相熔融法，然而，這些方法存在工序復雜、需要酸洗、成本高等問題，因此，需要提供一種簡單的合成單原子催化劑普適性方法。

發明內容

本發明的目的，在于克服現有技術制備單原子催化劑存在工序復雜、需要酸洗、成本高等缺陷，提供一種方法簡單，適用于混合多種單原子催化劑合成的碳負載高熵單原子催化劑的制備方法。

本發明通過如下技術方案與已實現。

一種碳負載高熵單原子催化劑的制備方法，具有以下步驟：

(1)將可溶性金屬鹽、可溶性碳源、水和乙醇混合，得到混合水溶液，再超聲分散；

所述可溶性金屬鹽為金屬元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Y、Zr、lu和Ru中的5～15種元素任意組合的可溶性金屬鹽；

所述可溶性碳源為葡萄糖；

所述可溶性金屬鹽與可溶性碳源的摩爾比為1:3～5；

所述可溶性金屬鹽的物質的量與水的體積比為0.001～0.01mol:1L；

所述可溶性金屬鹽的物質的量與乙醇的體積比為0.001～0.01mol:1L；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液于25～80℃進行干燥析出，得到催化劑前驅體；

(3)將步驟(2)得到的催化劑前驅體在惰性氣氛和真空條件下于600～800℃進行煅燒，煅燒時間為4h，冷卻后進行研磨，得到碳負載高熵金屬單原子催化劑。

所述步驟(1)的可溶性金屬鹽包括六水氯化鈧、氯化鈦、釩酸銨、鉬酸銨、鎢酸銨、乙酸鉻、硝酸錳、葡萄糖亞鐵酸鹽、四水乙酸鈷、乙酸鈷、硝酸鈷、硝酸鎳、氯化銅、氯化銅、乙酸銅、乙酸鋅、氯化鋅、葡萄糖酸鋅、氯化釔六水、四氯化鋯、氯化镥六水、三氯化釕。

所述步驟(1)的混合溶液，是將可溶性金屬鹽與水混合得到水溶液，然后依次加入乙醇和可溶性碳源，得到混合溶液。

所述步驟(1)的水為去離子水。

所述步驟(3)的惰性氣氛為氬氣氣氛。

所述步驟(3)的研磨后產物的粒徑為1μm以下。