[发明专利]一种宏量制备单原子催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种宏量制备单原子催化剂的方法，包括如下步骤：第一步：机械球磨：利用机械球磨的方法使贵金属盐分散在稀释金属盐中，得到单原子催化剂前驱体，贵金属盐与稀释金属盐的重量比例1：100‑1：1000；所述稀释金属盐为过渡金属乙酸盐、镧系乙酸盐、过渡金属乙酰丙酮盐、镧系金属乙酰丙酮盐、过渡金属草酸盐、镧系金属草酸盐、过渡金属碳酸盐或镧系金属碳酸盐中的一种或几种混合；第二步：高温焙烧：将第一步所得单原子催化剂前驱体进行高温焙烧，冷却至室温后即可得相应的单原子催化剂。本发明实现了金属单原子材料的宏量制备，具有良好的拓展性和重现性，解决了现有技术中金属含量低、种类少、制备方法复杂等问题。

技术领域

本发明涉及属于材料科学与工程技术领域，具体地说，涉及一种宏量制备金属单原子催化材料的方法。

背景技术

单原子催化剂(SACs)在催化反应过程中，可以有效利用每一个金属原子，与金属纳米粒子和金属纳米团簇相比具有更高的原子利用率。对于一些需要大量使用贵金属负载型催化剂的领域，单原子催化剂的出现可以大幅降低生产成本，提高催化剂的利用效率，达到以一当十甚至以一当百的催化效果。目前单原子催化剂适用的催化反应类型，包括选择性氧化反应、选择性氢化反应、水汽转换反应、氧还原反应、加氢反应，显示出巨大的工业应用前景。同时单原子催化剂作为一类新型催化剂，既具有均相催化独立活性位点的特性，又具有多相催化稳定易分离的特点，因此单原子催化剂被认为是连接均相催化和多项催化的桥梁。单原子催化剂的出现也使得人们可以从原子的角度了解催化的本质，加深对于催化反应的理解。

常规金属单原子合成方法有湿化学法、沉积法、热解法。湿化学法存在金属适用性差（贵金属），需精确配置金属盐浓度等问题，沉积法使用设备造价昂贵，成本高，而且需精确控制沉积条件，而热解法中前驱体合成困难，需选择耐高温催化载体材料。且这些方法均不能宏量制备单原子催化剂，难以实现单原子催化剂的实际应用。

中国专利CN 106914237 A，制备了合成了包括 Pt、Ag、Au、Pd、Rh、Ir、Ru、Co、Ni和Cu，和负载在TiO₂、氧化锌、氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锰、C₃N₄、介孔碳、超溥碳膜、石墨烯、碳纳米管或分子筛材料等的金属单原子。但这种方法需要先配罝一定浓度的前驱体溶液，冷冻-光照-解冻等操作，容易因浓度控制不当而团聚形成纳米粒子。

中国专利CN105170147 B利用原子层沉积制备了Pd₁/Al₂O₃单原子催化剂，该催化剂具有良好乙炔的加氢活性。但该方法需要严格控制沉积温度、载体流速、沉积时间、操作复杂、设备昂贵。

美国专利US2014275686-A1，通过调节pH控制六水合硝酸钴在二氧化硅形成前驱体，进一步500℃热解形成Co₁/SiO₂单原子。但此方法操作复杂，需要精确调控反应比例，原料昂贵，反应浓度低，产品制备量较少。

发明内容

基于湿化学法、沉积法、热解法的金属单原子制备方法的特点和不足，本发明的目的在于提供一种宏量制备单原子催化剂的方法，以解决现有技术中金属含量低、种类少、可调性差、操作复杂且制备量低等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步：机械球磨：

利用机械球磨的方法使贵金属盐分散在稀释金属盐中，得到单原子催化剂前驱体，贵金属盐与稀释金属盐的重量比例1：100 -1：1000；所述稀释金属盐为过渡金属乙酸盐、镧系乙酸盐、过渡金属乙酰丙酮盐、镧系金属乙酰丙酮盐、过渡金属草酸盐、镧系金属草酸盐、过渡金属碳酸盐或镧系金属碳酸盐中的一种或几种混合；

第二步：高温焙烧：