[發明專利]一種單原子催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202210173032.6
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114433085A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 田新龍;饒鵬;鄧培林;沈義俊
• 申請（專利權）人: 海南大學;海南深遠海新能源科技有限公司;海南大學三亞研究院
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/75;B01J23/42;B01J37/08
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本發明公開了一種單原子催化劑及其制備方法，屬于材料制備技術領域。單原子催化劑是由單原子材料均勻負載在類石墨烯碳材料中形成的。單原子催化劑的制備方法包括：金屬前體的制備：將碳模板前驅體和金屬前驅體溶解于酸性溶液中，得到第一混合溶液；將第一混合溶液通過減壓蒸餾的方式蒸干后于馬弗爐中焙燒，得到金屬前體；單原子催化劑的制備：將金屬前體和碳包覆前驅體溶解于緩沖溶液中，得到第二混合溶液；將第二混合溶液進行抽濾并烘干后于管式爐中焙燒，得到單原子催化劑。由此能夠獲得催化性能優異的單原子催化劑，從而實現從非貴金屬到貴金屬單原子催化劑的可控制備，提高了單原子催化劑制備方法的普適性。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，尤其涉及一種單原子催化劑及其制備方法。

背景技術

由于單原子催化劑材料具有極大的原子利用率、均勻且可控的金屬活性位點，以及獨特的金屬載體間相互作用等優點，因此展現出明顯優異于傳統催化劑的性能。

2011年張濤院士團隊首次報道了單原子催化劑，自此單原子催化劑在催化領域引起了巨大的研究興趣。單原子催化劑作為異相催化劑，不僅可以實現催化劑的分離和回收，而且由于其充分暴露的原子相界面，原子利用率極大地得到了提高，因此單原子催化劑的催化活性遠超納米顆粒催化劑，幾乎與均相催化劑相當。

然而，由于單個原子的表面自由能較高，因此一旦合成過程中某一個過程沒有控制好，就會發生原子團聚，形成納米顆粒，進而影響催化活性。另外，由于非貴金屬和貴金屬在本征屬性上具有巨大的差異，現有技術很少有單一方法能夠實現從非貴金屬到貴金屬單原子催化劑的普適性制備。因此急需提供一種具有普適性的制備方法，以實現單原子催化劑的制備。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種單原子催化劑及其制備方法，能夠獲得催化性能優異的單原子催化劑，從而實現從非貴金屬到貴金屬單原子催化劑的可控制備，提高了單原子催化劑制備方法的普適性。

為實現上述目的，本發明實施例第一方面提供一種單原子催化劑，所述單原子催化劑是由單原子材料均勻負載在類石墨烯碳材料中形成的。

進一步，所述單原子材料為貴金屬或者非貴金屬。

為實現上述目的，本發明實施例第二方面提供了由本發明實施例在第一方面所述單原子催化劑的制備方法，所述制備方法包括：金屬前體的制備：將碳模板前驅體和金屬前驅體溶解于酸性溶液中，得到第一混合溶液；將所述第一混合溶液通過減壓蒸餾的方式蒸干后于馬弗爐中焙燒，得到金屬前體；單原子催化劑的制備：將所述金屬前體和碳包覆前驅體溶解于緩沖溶液中，得到第二混合溶液；將所述第二混合溶液進行抽濾并烘干后于管式爐中焙燒，得到單原子催化劑。

進一步，所述碳模板前驅體為三聚氰胺、二氰二胺、尿素中的一種或多種。

進一步，所述金屬前驅體為氯化鐵、氯化鈷、氯化鎳、氯化銅、氯化鉻、氯化錳、氯化錳、氯化鈀、氯化釕、氯化銥、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮錳、乙酰丙酮鉻、乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鈀中的任意一種。

進一步，所述碳包覆前驅體為多巴胺、鹽酸多巴胺、葡萄糖、蔗糖，以及聚乙烯吡咯烷酮中的一種或多種。

進一步，所述酸性溶液選自鹽酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的任意一種。

進一步，所述緩沖溶液選自三羥甲基氨基甲烷、氨-氯化銨緩沖溶液、pH標準緩沖溶液，以及磷酸緩沖溶液中的任意一種。

進一步，所述馬弗爐中焙燒的燒結參數如下：焙燒溫度為500-560℃，焙燒時間為30-240min，達到焙燒溫度所用的升溫速率為5-10℃/min。