[發明專利]一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210427621.2
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114618498B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 沈意;楊靖依;朱超;許俊杰;劉莎莎
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架及其制備方法和應用。常溫常壓條件下，通過在富氮碳基骨架上錨定單原子分散金屬鎳形成光催化劑，經連續攪拌與退火處理對該聚合物上的金屬負載量進行調控以優化配位結構，形成一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架，分散在CTFs中的單原子分散Ni通過化學鍵大大加速電荷分離，從而顯著提高光催化活性，對典型染料、酚類、二苯甲酮類紫外吸收劑及藥物顯現出優異的吸附和光催化降解性能，且可通過調節Ni的載入量對其吸附和光催化性能進行調控。本發明的合成方法環境友好，對各類污染物均具有可觀的光催化降解性能，使用后的CTFs可收集回用，能夠用于環境污染修復、制藥、化工等領域。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，尤其涉及一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，光催化降解技術作為一種新興的高級氧化技術，因其在降解和礦化例如有機染料、酚類及農藥等難降解有機化合物方面的有效性以及利用太陽紫外和可見光的可能性而受到廣泛關注。富氮碳基骨架(CTFs)對可見光具有優異的吸收能力，同時具有較好的化學穩定性，這些性質賦予CTFs在分離和儲存、儲能、光催化和多相催化等各種應用中具有許多獨特的優勢。然而，CTFs材料仍存在眾多局限性，比如吸附能力有限，缺乏光催化活性位點，不利于難降解有機物的去除。通過加載金屬至CTFs材料以提高材料的吸附及光催化性能頗具發展潛力。最近，單原子催化劑(SAC)的設計理念逐漸成為催化材料領域的研究前沿，與傳統金屬納米團簇不同，SAC中的金屬以原子分散的形式支撐在材料表面，單個金屬原子與載流子之間形成特定的配位關系，呈現出獨特的電子結構。通過配位，CTFs特定的物化性質和電子結構可以調節錨定金屬的催化活性，同時金屬也反過來影響CTFs固有的光催化活性。

中國專利CN111569942A公開了一種表面限域單分散Pt納米顆粒的共價三嗪有機骨架復合光催化劑及其制備方法和應用，但其選用貴金屬Pt作為錨定金屬，經濟成本較高，且制備過程煅燒溫度達到400℃。

發明內容

本發明的目的在于提供一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架及其制備方法和應用，通過在CTFs上錨定原子級分散Ni實現材料優化，通過形成穩定的配位結構，提高該材料的可見光吸收能力，同時單原子Ni作為光催化反應的活性中心有助于增強CTFs的吸附性能和光催化性能，使其能夠被應用于水體中的各類污染物的凈化

為使單原子Ni均勻分散在在CTFs上，本發明采用一種新思路：首先利用超聲提高Ni-CTFs的分散程度，一定程度上減小CTFs粒徑；再連續攪拌溶液，使得?CTFs充分浸漬于氯化鎳溶液中，進一步提高分散程度，并產生金屬-配體間配位，再用水浴蒸干后經管式爐高溫煅燒，活化金屬Ni，使其成為光催化活性中心。

一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架，由富氮碳基骨架CTFs作為基底，原子級分散金屬Ni作為光催化反應活性中心錨定在CTFs上，CTFs的尺寸為1～5μm，CTFs與金屬鎳的質量比為1～10:1。

一種原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架的制備方法，將CTFs分散于鎳源中，連續攪拌得到Ni-CTFs混合溶液，再經水浴攪拌蒸干，最后退火處理制得所述的原子級分散金屬Ni配位富氮碳基骨架。

進一步地，所述鎳源為氯化鎳，由于氯化鎳是路易斯酸，在部分情況下有催化作用。

進一步地，連續攪拌過程在超聲且常溫常壓下完成，目的是提高Ni-CTFs?的分散程度，增加Ni負載的均勻度。

進一步地，氯化鎳水溶液的濃度控制在1～5mg/mL，優選為2.5mg/mL，混合后CTFs濃度控制在4～6mg/mL，優選為5mg/mL。

進一步地，水浴攪拌蒸干的溫度為60～90℃，優選為80℃；退火處理在氬氣氣氛保護下進行，溫度為150～250℃，優選為180℃，退火時間為1～3h，優選為2h。