[發明專利]一種金屬單原子催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202310287968.6
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116516391A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 林貽超;張秋菊;陳亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/065;C25B11/054;B01J27/24;B01J37/02
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 胡天人

1.一種金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將長鏈有機胺負載于多孔炭材料的孔道中，得到負載長鏈有機胺多孔炭材料；

S2：通過浸漬的方法將鐵離子或者亞鐵離子嫁接到所述負載長鏈有機胺多孔炭材料的氨基上；

S3：通過在惰性氣氛下高溫碳化和酸刻蝕，結束后離心、洗滌和干燥得到金屬鐵單原子材料得到金屬鐵單原子催化劑。

2.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述金屬鐵單原子通過與氮原子的配位作用均勻分散于N摻雜的C材料中。

3.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述多孔碳材料通過高溫碳化生物質或高分子聚合物制備獲得，所述多孔炭材料的比表面積大于1000m²·g^-1，孔徑大于2nm。

4.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述負載的方法包括：將長鏈有機胺溶解于溶劑中得到長鏈有機胺溶液，將多孔炭材料加入到所述長鏈有機胺溶液中并進行攪拌，直至干燥。

5.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述長鏈有機胺和所述多孔碳材料的比例為(0.1-1.2):1。

6.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述長鏈有機胺為聚乙烯亞胺、聚苯胺中的一種或兩種，且分子量為1000-70000。

7.根據權利要求1所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述浸漬的方法包括：將所述負載長鏈有機胺多孔炭材料加入到含有鐵離子或者亞鐵離子的金屬鹽溶液進行攪拌浸漬。

8.根據權利要求4或7所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述溶劑和所述金屬鹽溶液的溶劑為甲醇、乙醇和水中的一種，所述金屬鹽溶液的濃度為0.01-10mmol/L。

9.根據權利要求7所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述含有鐵離子或者亞鐵離子的金屬鹽與負載長鏈有機胺多孔炭材料的質量比為(0.005-0.05):1。

10.根據權利要求7所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述金屬鹽為鐵離子或者亞鐵離子的氯化物及其水合物、硝酸鹽及其水合物、硫酸鹽及其水合物中的一種。

11.根據權利要求7所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述高溫碳化的條件包括：在惰性氣體的氛圍中在600-1000℃下進行碳化，碳化時間為1-5小時。

12.根據權利要求11所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述高溫碳化的升溫速率為1-10℃/分鐘。

13.根據權利要求11所述的金屬鐵單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述惰性氣體為氮氣或氬氣，所述酸刻蝕所采用的酸為氫氟酸、鹽酸和硫酸中的一種。

14.一種金屬鐵單原子催化劑，其特征在于，所述催化劑由權利要求1-13任一項制備方法制備而得。