[發明專利]單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維的制備方法

有效

• 申請號: 202210415413.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114669292B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 劉一濤;石家軍;劉華磊;丁彬;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/52;B01J23/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維的制備方法：將無機醇鹽、螯合劑、醇溶劑混合攪拌，形成水解液前驅體；將無機金屬鹽溶液滴加到水解液前驅體中，同時敞口攪拌使其進行充分的水解縮聚，得到具有可紡性的無機溶膠；將可紡性無機溶膠依次進行靜電紡絲、梯度煅燒，得到原子簇原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維；對原子簇原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維進行堿溶液噴霧刻蝕處理，最終得到單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維。本發明通過原位負載和噴霧刻蝕得到的單原子原位負載非晶態氧陶瓷納米纖維具有活性位點多、分散性好、負載量高和比表面積大的優點。

技術領域

本發明涉及一種單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維的制備方法，屬于工業催化用材料技術領域。

背景技術

隨著工業化進程的不斷深入，大量有害污染物質被排放，從而嚴重污染環境。目前，環境污染治理主要選擇催化劑材料對污染物質進行降解，從而實現綠色環境的目標。因此，開發一種高催化活性、高穩定性的催化劑至關重要。近年來，單原子負載型催化劑的制備和應用引起了人們的廣泛關注，其中載體作為單原子催化反應的場所，為催化劑整體性能的提升起到了至關重要的角色。目前主要以活性炭、石墨烯、分子篩、非晶態氧化物材料等作為載體，其中非晶態氧化物材料因具有穩定性好、制備簡單和成本低廉等優勢而被廣泛使用。目前，制備單原子負載型催化劑的方法主要有共沉淀法、浸漬法、原子層沉積法等，然而上述方法制備的單原子催化劑普遍存在負載量低、穩定性差等問題。因此，如何在保證高負載量的前提下，又滿足催化劑穩定性將是該領域亟需解決的問題。

有研究學者通過制備水溶性金屬前驅體分子溶液并與表面氧化的碳材料在超純水中混合，得到碳材料表面負載金屬單原子，但該方法中的載體選擇碳材料，在強堿、強酸等催化環境下，該碳材料會被腐蝕破壞，因此該催化劑穩定性較差。有研究學者采用光沉積法在二維ZnIn₂S₄表面上負載貴金屬單原子，但該發明中催化劑的負載量較低僅有0.1～0.7wt％。因此，亟需開發一種單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維的制備方法，以獲得高負載量、高穩定性的催化劑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：單原子無法高度均勻負載在非晶態氧化物陶瓷納米纖維上的問題，以及單原子無法在非晶態氧化物陶瓷納米纖維載體上兼具高負載量及高穩定性的問題。

為了解決以上問題，本發明提供了一種單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟1)：將無機醇鹽、螯合劑、醇溶劑混合攪拌，形成水解液前驅體；

步驟2)：將無機金屬鹽溶液滴加到水解液前驅體中，同時敞口攪拌使其進行充分的水解縮聚，得到具有可紡性的無機溶膠；

步驟3)：將可紡性無機溶膠依次進行靜電紡絲、梯度煅燒，得到原子簇原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維；

步驟4)：對原子簇原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維進行堿溶液噴霧刻蝕處理，最終得到單原子原位負載非晶態氧化物陶瓷納米纖維。

優選地，步驟1)中所述的無機醇鹽為硅源、鋁源、鈦源或鋯源中的一種或幾種的組合；硅源選自正硅酸四乙酯、四正丁氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙酸三甲基硅酯中的一種或多種組合；鋁源選擇異丙醇鋁、正丁醇鋁、三甲氧基鋁、三乙醇鋁、仲丁醇鋁、叔丁醇鋁或三正丙氧基鋁中的一種或幾種的組合；鈦源選擇正丙醇鈦、正丁醇鈦、異丙醇鈦、異丁醇鈦、四戊醇鈦、四甲醇鈦、四乙醇鈦、叔丁醇鋯或四戊醇鋯中的一種或幾種的組合；鋯源選擇叔丁醇鋯、異丁醇鋯、四戊醇鋯、四甲醇鋯、正丙醇鋯、四乙醇鋯、異丙醇鋯或正丁醇鋯中的一種或幾種的組合。

優選地，步驟1)中所述的螯合劑為磷酸、草酸、乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、檸檬酸銨、乙酰丙酮、乙二胺或鄰二氮菲中的一種或幾種的組合。