[發明專利]原位光還原法制備高負載量的貴金屬單原子催化劑的方法

有效

• 申請號: 202011082482.1
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112169790B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 曹寶月;同若琳;于艷;王香婷;徐珊;常亮亮;來軒;李燕怡
• 申請（專利權）人: 商洛學院
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/46;B01J23/52;B01J23/58;B01J27/24;B01J31/22;B01J35/00;B01J37/16;B01J37/34;C01B3/04
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種原位光還原法制備高負載量的貴金屬單原子催化劑的方法，將氮雜石墨烯、氧化石墨烯或三維網絡氧化石墨烯經金屬鹽溶液或金屬堿溶液處理使其表面負載鈉、鉀離子，用去離子水和無水乙醇洗滌至弱堿性后超聲分散；再加入貴金屬鹽溶液以及羰基化合物混合后磁力攪拌；最后在光照條件下進行原位光還原后冷凍干燥，制備貴金屬單原子。每0.02~3.0g氮雜石墨烯、氧化石墨烯或三維網絡氧化石墨烯載體，加入40~60?ml的摩爾濃度為1~15mol/L的鈉或鉀的鹽溶液或堿溶液。羰基化合物為丙酮、乙酰丙酮、苯乙酮中的任一種。貴金屬鹽溶液為對應貴金屬元素的氯化物或乙酰丙酮鹽。獲得了高負載量的貴金屬單原子。

技術領域

本發明屬于光催化劑制備技術領域，涉及一種原位光還原法制備高負載量的貴金屬單原子催化劑的方法。

背景技術

在催化領域，單原子催化劑顯示出優于傳統催化劑的性能。與傳統的異質金屬/半導體光催化材料不同，單原子光催化劑能夠實現金屬原子的最大利用率，極大增加光催化劑的活性位點；同時，負載在半導體表面的金屬單原子具有獨特的不飽和配位環境，呈現出優異的催化活性，提升了每個催化位點的本征活性。自2011年單原子催化劑被首次報道以來，其獨有的高活性、高原子利用率的特點，在汽車尾氣處理、費托合成、生物質轉化等多相催化領域掀起了一場研究風暴，似乎單原子催化劑憑借其得天得厚的優勢，大有一統多相催化江湖的趨勢。2011年，張濤團隊利用氧化鐵和鉑原子之間的強相互作用，成功制備出首例具有高活性和高穩定性的Pt1/FeO_x催化劑，引發了國際上單原子催化劑的研究熱潮。目前，已發展的單原子催化劑制備方法主要有共沉淀法、浸漬法、質量分離軟著陸法、原子層沉積法等，催化劑體系也從Pt延拓到Au、Pd和Ir等貴金屬。

然而，在單原子催化領域仍然存在著亟待解決的技術難題：單原子催化劑的負載量一般很低，在制備和反應過程中單原子容易發生聚集，從而影響單原子催化劑的催化性能。公開號為CN108906113A、名稱為一種高負載量的貴金屬單原子催化劑及其制備方法和應用的發明專利，公開了一種能夠解決單原子發生聚集的問題的單原子催化劑的制備方法，其記載制得的單原子催化劑負載量高達9.8wt%，但經本申請發明人重現該發明專利，所制得的單原子催化劑負載量最高達到3.8?wt%，該結論和與該發明專利的發明人以及發明構思完全一致的公開文獻“Photochemical?Solid-Phase?Synthesis?of?Platinum?SingleAtoms?on?Nitrogen-Doped?Carbon?with?High?Loading?as?Bifunctional?Catalystsfor?Hydrogen?Evolution?and?Oxygen?Reduction?Reactions,Tuanfeng?Li,JingjunLiu,Ye?Song,and?Feng?Wang”中公開的“制得的單原子催化劑負載量最高達到3.8wt%”的描述一致，因此其負載量、分散性和催化性能有待提高。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種原位光還原法制備高負載量的貴金屬單原子催化劑的方法，以解決現有方法制備的單原子負載量過低導致分散性和催化性能不高的問題。

本發明實施例所采用的技術方案是：原位光還原法制備高負載量的貴金屬單原子催化劑的方法，按照以下步驟進行：

步驟S1、將氮雜石墨烯、氧化石墨烯或三維網絡氧化石墨烯載體經金屬鹽溶液或金屬堿溶液處理使其表面負載金屬離子后，用去離子水和無水乙醇洗滌至弱堿性，再超聲分散；

步驟S2、在步驟S1所得溶液中再加入貴金屬鹽溶液以及羰基化合物混合后磁力攪拌；

步驟S3、在光照條件下進行原位光還原后冷凍干燥，制備貴金屬單原子催化劑。

進一步的，所述步驟S1中每0.02~3.0g的石墨烯、氧化石墨烯或三維網絡氧化石墨烯載體，加入40~60ml的摩爾濃度為1~15mol/L的金屬鹽溶液或金屬堿溶液。