[發明專利]一種Co單原子納米催化劑、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010557782.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111686733A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 歐陽輝;付志鋒
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C09K11/60;G01N33/68;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于單原子納米催化劑技術領域，公開了一種Co單原子納米催化劑、制備方法及應用，FeCl₃·6H₂O，對苯二甲酸和Co(NO₃)₂·6H₂O加入至DMA中，在超聲下反應，混勻；Co單原子納米催化劑的原料的溶劑熱反應：原料混勻后，將其轉移至聚四氟乙烯高溫反應釜中，得到粗產品；將粗產品放置于通風櫥中，自然冷卻至室溫，離心去除上清液；再采用乙醇和一級水分別將此粗產品洗滌三次；Co單原子納米催化劑純樣品的冷凍干燥并儲存：粗產品復溶于一級水中，冷凍干燥后，避光、低溫儲存。本發明可制備催化活性高、催化功能特異性強、水溶性好、易于標記的單原子納米催化劑，可準確、方便、特異地檢測心肌肌鈣蛋白I。

技術領域

本發明屬于單原子納米催化劑技術領域，尤其涉及一種Co單原子納米催化劑、制備方法及應用。

背景技術

目前，納米材料的催化作用與催化活性位點的粒徑息息相關，經研究發現其尺寸越小，催化活性越顯著。而常規的納米顆粒級的催化材料，其僅有最表面的原子層上的原子，才具備催化活性；而其上的絕大部分處于內部的大量原子，幾乎均對納米材料的催化作用無顯著影響。單原子納米催化劑是指催化活性位點為金屬單原子分散的納米材料，其極小(單原子)的分散特性和極高的催化效率(其原子均為表面原子，無內部原子)，極大的提高其在催化領域的應用。但是，處于單原子分散狀態的催化活性位點由于其極高的表面自由能，極易聚集而破環單原子形態，進而降低其催化活性。據此，如何提高單原子納米催化劑中單原子活性位點在載體上的的穩定性，并維持其對應的高催化活性，成為了催化領域的熱點和難點。

目前，單原子納米催化劑的制備技術包括基于質量選擇的軟沉積法、原子層級負載法和濕化學法。但是，基于質量選擇的軟沉積法和原子層級負載法均需要特定的昂貴大型設備和專業操作人員，而且其單原子負載量較低。這兩個顯著的缺點限制了其在大規模地制備單原子納米催化劑的應用。與其相比，濕化學法在普通實驗室條件即可開展，其操作簡單、成本低廉，因而在單原子納米催化劑的制備領域廣受關注。目前，濕化學法的制備策略包括缺陷捕獲、區域捕獲、配位設計等。但是，目前絕大多數的濕化學法均需通過高溫熱解來還原金屬前體，進而形成單原子態的活性原子，并多以配位鍵的形式負載與納米載體上。這種高溫熱解的處理方式會破壞納米材料上大量的親水基團，進而會大大地降低其在水溶液中的溶解性。故而，濕化學法合成的單原子納米催化劑多應用于異相催化，而在均相催化特別是均相分析方面幾無報道。因此，構建方便、快速、穩定、高活性、水溶性好的單原子納米催化劑的方法迫在眉睫。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)目前基于質量選擇的軟沉積法和原子層級負載法均需要特定的昂貴大型設備和專業操作人員，而且其單原子負載量較低，限制了其在大規模地制備單原子納米催化劑的應用。

(2)目前絕大多數的濕化學法均需通過高溫熱解還原金屬前體，高溫熱解的處理方式會破壞納米材料上大量的親水基團，大大地降低其在水溶液中的溶解性。

解決以上問題及缺陷的難度為：常規的軟沉積法和負載法成本昂貴，而濕化學法的制備成本且低易操作，目前均采用高溫熱解獲得單原子催化劑。如若突破常規，通過非高溫熱解的濕化學法以獲得單原子催化劑的難度較大。

解決以上問題及缺陷的意義為：從全新的角度突破高溫熱解策略的束縛，利用簡單易操作的摻雜法，將Co以單原子方式固載于金屬有機骨架FeMIL-53中，以制備性能穩定、成本低廉的Co單原子催化劑。該摻雜策略極大地豐富了制備單原子催化劑的合成策略，降低了合成成本，避免了高溫熱解操作，提高了單原子催化劑的水溶性，將單原子催化劑以水溶性信號探針的方式應用于臨床檢測。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種Co單原子納米催化劑、制備方法及應用。