[发明专利]一种新型碳基材料负载锌单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型碳基材料负载锌单原子催化剂的制备方法，涉及纳米材料非均相催化领域。步骤如下：将经过磁力搅拌溶解的硝酸钴和2‑甲基咪唑组成的甲醇前驱体溶液混合，磁力搅拌反应1 h得到前驱体ZIF‑8，将干燥后的ZIF‑8经过煅烧和氨化合成负载于碳基材料的锌单原子催化剂Zn@NC‑1100℃。本发明提供了一种简洁的锌单原子催化剂合成方法，并首次成功的将基于Zn的材料应用于过硫酸盐类Fenton反应体系。同时新型锌单原子催化剂原子负载量高，能够高效催化过硫酸盐类Fenton反应进行，使有机污染物持续矿化。为非均相类Fenton催化反应在废水处理方面的应用提供了良好的材料基础及改性方法。

技术领域

本发明涉及纳米催化材料及环境应用领域，具体为一种新型碳基材料负载锌单原子催化剂的制备方法及高效降解有机污染物的应用研究。

背景技术

水是生命之源，世界各国对水资源的保护，水污染的治理等问题都十分重视。如今，我国废水排放的标准越来越高，对废水中污染物的高效处理技术的开发也越来越迫切。在难降解有机废水的处理方法中，高级氧化法（Advanced Oxidation Process, AOPs）的处理效果突出。

近年来，基于过硫酸盐的类Fenton技术逐渐开始受到关注。活化过硫酸盐以产生SO₄⁻等自由基，进而降解环境污染物，可以作为废水的深度处理方法。SO₄⁻的标准氧化还原电位是E⁰ = + 2.5~3.1 V，接近甚至超过羟基自由基（OH, E⁰ = + 2.8 V），因此具有很强的氧化能力。零价铁、Co₃O₄、Fe₃O₄ 等金属基材料常用于非均相体系中激活过硫酸盐产生强氧化自由基。但是，往往存在金属离子浸出和催化性能低下的问题。因此，开发具有足够活性和稳定性的改性催化剂仍是实现基于过硫酸盐的类Fenton技术实际应用的长期目标。

负载作为一种显著改变材料性质的手段，在催化领域也有着重要地位。碳基二维材料表面生长的纳米颗粒，充分利用了二维材料的大比表面积和高机械强度，金属纳米颗粒与碳原子之间相互作用生成的“碳–金属”键，极大的提高了催化剂的催化活性及稳定性。负载型金属催化剂分散的极限是金属以单原子的形式均匀分布在载体上，即单原子催化剂（Single−Atom Catalysts, SACs）。不同于纳米催化和亚纳米催化，当粒子分散度达到单原子尺寸时，具有急剧增大的表面自由能、量子尺寸效应、不饱和配位环境和金属载体的相互作用等新特性。SACs具有孤立的带正电的金属活性位点、和单一的催化活性位点，决定其高反应活性和高选择性，使生产过程更加经济、环保、绿色。因此，负载于功能性碳基材料的SACs有望应用于基于过硫酸盐的类Fenton反应中，本专利采用分步煅烧和氨气活化的方法，利用沸石咪唑型金属有机骨架ZIF-8为前驱体，成功地将锌单原子负载于氮修饰的多空无定型碳材料上，并成功用于激活过过硫酸盐降解污染物的类Fenton反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型碳基材料负载锌单原子催化剂的制备方法，并通过该材料有效去除有机污染物。通过此方法合成的新型碳基材料负载锌单原子催化剂对酚类有机污染物具有良好的降解效果，从而有效拓展了基于过硫酸盐的非均相类Fenton催化材料的合成方法，丰富了去除酚类化合物的应用。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

1一种新型碳基材料负载锌单原子催化剂的制备方法，其具体步骤如下：

1）将Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解于甲醇中，搅拌，配成溶液A；

2）将2-甲基咪唑（2-Methylimidazole）溶解于甲醇，配置成溶液B；

3）将2）中溶液B加入至1）中的溶液A，持续搅拌；