[發明專利]一種單原子催化劑的制備方法，制備得到的產品及應用

在審

• 申請號: 202011037298.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112206802A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 邢立文;高鴻毅;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 蘇州阿德旺斯新材料有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J37/08;C25B1/04
• 代理公司: 北京悅和知識產權代理有限公司 11714
• 代理人: 司麗春

本發明涉及催化劑制備技術領域，具體涉及一種單原子催化劑的制備方法。包括下述步驟：含氮有機配體、過渡金屬鹽溶于有機溶劑中形成溶液，將溶液攪拌、回流、離心、洗滌、干燥后得到固體粉末，在惰性氣體中進行熱處理，得到單原子催化劑。本發明的至少五種的單原子位點無序地分布在MOF衍生的氮摻雜碳骨架上，增大了體系的混亂度，增加體系的熵值。從熱力學角度看，本發明制備的單原子催化劑將更有利于提高體系整體的結構穩定性。

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體涉及一種單原子催化劑的制備方法，制備得到的產品及應用。

背景技術

金屬單原子催化劑是指金屬以原子級形式均勻分散在載體上形成的具有優異催化性能的催化劑。由于具有高原子利用率、金屬位點配位高度不飽和、金屬位點與載體之間存在強相互作用等特點，金屬單原子催化劑通常表現出超高的催化活性和選擇性，已成為當前科學界和工業界的重要研究熱點之一。

金屬有機骨架(Metal organic Framework，MOF)材料因其金屬節點的有序分布和明確的配位環境等本征理化性質，為制備金屬單原子催化劑提供了強大的合成平臺。金屬有機骨架是由無機金屬中心(金屬離子或金屬簇)與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。MOF是一種有機-無機雜化材料，也稱配位聚合物(coordination polymer)，它既不同于無機多孔材料，也不同于一般的有機配合物。人們通過調控熱處理的溫度、氣氛和保溫時間等，以預合成的MOF為前驅體可以實現多種過渡金屬單原子催化劑的制備。目前，這些MOF衍生的金屬單原子催化劑通常表現為單一的金屬位點負載于MOF衍生的碳基載體上，在某些苛刻反應條件下，金屬位點仍然可能出現浸出和流失，說明體系的結構穩定性有待進一步提高。從熱力學第二定律角度看，MOF衍生的單一金屬位點的催化劑體系中金屬位點的混亂度較小，熵值不高，因此造成整體結構的穩定性不高。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的首要發明目的在于提供一種單原子催化劑的制備方法。

本發明的第二發明目的在于提供采用該方法制備得到單原子催化劑。

本發明的第二發明目的在于提供該單原子催化劑的應用。

為了實現本發明的發明目的，采用的技術方案為：

本發明涉及一種單原子催化劑的制備方法，包括下述步驟：

S1、將含氮有機配體、過渡金屬鹽溶于有機溶劑中形成溶液；

所述含氮有機配體選自雜原子為氮原子的雜環化合物，所述過渡金屬鹽選自鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎘中的至少5種元素的可溶性鹽；

S2、將所述溶液攪拌、回流、離心、洗滌、干燥后得到固體粉末；

S3、在惰性氣體中進行熱處理，得到單原子催化劑。

可選的，所述含氮有機配體選自取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡咯中的至少一種；

所述取代或未取代的咪唑優選2-甲基咪唑、4-硝基咪唑、2-甲基-4-硝基咪唑、2-甲基-5-硝基咪唑、苯并咪唑中的至少一種。

可選的，所述含氮有機配體與所述有機溶劑質量體積比為1～6g：100～500mL。

可選的，所述有機溶劑選自醇，優選甲醇、乙醇、異丙醇中的任意一種或多種，更優選為甲醇。

可選的，所述可溶性鹽選自硝酸鹽、鹽酸鹽、醋酸鹽和硫酸鹽中的至少一種；