[發明專利]一種超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010902510.3
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN113332996B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 吳宇恩;周煌
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J23/60;B01J27/24;B01J27/045;B01J23/66;B01J23/68;B01J35/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

1.一種超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑，其包括金屬納米顆粒；以及單原子修飾的超薄碳層，所述金屬納米顆粒被穩定在所述單原子修飾的超薄碳層上；

其中所述單原子修飾的超薄碳層是被除C之外的非金屬單原子或金屬單原子修飾的1～10層石墨烯，并且被穩定的金屬納米顆粒的平均直徑為0.5～20nm，

并且所述超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑是通過包括如下步驟的方法制備的：

1)提供直徑為20～200nm的金屬有機骨架材料作為前驅體，其中所述的金屬有機骨架材料通過冰浴超聲法提供，并且所述冰浴超聲的工藝條件包括：合成過程中將溶劑加入到金屬鹽和配體中的時間控制在1～10s，超聲時間控制在2～60min，超聲功率為10-50KHz；

2)將所述金屬有機骨架材料置于含有金屬離子的溶液中進行陽離子置換反應，得到具有一種或多種金屬節點的金屬有機骨架改性材料；

3)將步驟2)中所得的具有一種或多種金屬節點的金屬有機骨架改性材料置于反應爐中，用惰性氣對反應爐進行清洗后，使反應爐內形成負壓并保持負壓，然后將反應爐升溫至高溫，使反應爐內材料進行碳化處理，即可得到單原子修飾的超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑。

2.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒催化劑，其中

所述單原子為選自N、S、Cl、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒催化劑，其中所述被穩定的金屬納米顆粒為Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Pt、Ru或Au單金屬納米顆粒或FeCo、FeNi、PtFe、PtCo、FeCoPt的多金屬納米顆粒。

4.一種用于制備單原子修飾的超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑的方法，所述方法包括如下步驟：

1)提供直徑為20～200nm的金屬有機骨架材料作為前驅體，其中所述的金屬有機骨架材料通過冰浴超聲法提供，并且所述冰浴超聲的工藝條件包括：合成過程中將溶劑加入到金屬鹽和配體中的時間控制在1～10s，超聲時間控制在2～60min，超聲功率為10-50KHz；

2)將所述金屬有機骨架材料置于含有金屬離子的溶液中進行陽離子置換反應，得到具有一種或多種金屬節點的金屬有機骨架改性材料；

3)將步驟2)中所得的具有一種或多種金屬節點的金屬有機骨架改性材料置于反應爐中，用惰性氣對反應爐進行清洗后，使反應爐內形成負壓并保持負壓，然后將反應爐升溫至高溫，使反應爐內材料進行碳化處理，即可得到單原子修飾的超薄碳層穩定的金屬納米顆粒催化劑。

5.根據權利要求4所述的方法，其中，步驟(1)中所述的金屬有機骨架材料選自ZIF67、ZIF8、ZIF9、Zn_xCo_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xFe_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xNi_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xFe_yCo_z-MOF(x/y＝1～50；x/z＝1～80)、UIO-66、MIL-100、MIL-101、MOF74或Cu-BTC系列。

6.根據權利要求4或5所述的方法，其中，所述步驟2)中所用的含金屬離子的溶液為0.05～1.0M選自CuCl、PtCl₄、PdCl₂、AgNO₃和HAuCl₄中的一種的甲醇/乙醇/水溶液。

7.根據權利要求4所述的方法，其中，所述步驟2)中所涉及的陽離子置換的反應時間為0.5～10min。

8.根據權利要求4所述的方法，其中，所述步驟3)中，所述負壓的范圍為-0.01～-0.1MPa。

9.根據權利要求4所述的方法，其中，所述步驟3)中，所述高溫為600～1100℃的溫度。