[发明专利]单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种单原子催化剂的制备方法，该制备方法包括：获取第一载体和贵金属前驱体溶液，第一载体包括衬底和负载于衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；将第一载体与贵金属前驱体溶液混合，使得贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，将第一载体与贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，去除溶剂，获得第二载体；将第二载体进行加热处理，使得贵金属原子以单原子形式分散在金属氧化物上。解决贵金属原子在制备过程中容易发生团聚的问题，并显著地提高了单原子催化剂中贵金属单原子的负载率。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其涉及一种单原子催化剂的制备方法。

背景技术

日益增长的能源需求和日趋严重的环境污染已经成为当今重要的社会议题。电解水产氢和燃料电池技术由于具有绿色、高效、可持续等特点为解决该问题提供了一种可能的途径。贵金属由于具有良好的催化活性和稳定性，被广泛应用于电解水和燃料电池催化剂的制备。近年来，大量的工作致力于贵金属催化剂的研发，但目前催化剂仍造价昂贵且性能有较大的提高空间。均相催化剂由于其明确的活性位点和可调控的配位环境，具有良好的催化活性和选择性，但不易回收的特点使其应用受到限制。而非均相催化剂虽然易于回收，但其粒径通常分布不均，只有小部分粒径适合的金属颗粒具有催化活性，而其他尺寸的颗粒不具有催化活性甚至可能引起副反应。这大大降低了贵金属的利用效率和催化剂的选择性，进一步增加了贵金属的消耗和催化剂的纯化费用。因此，开发出低成本、高产量的贵金属催化剂制备方法在实际应用中具有重要意义。

单原子催化剂(SACs)作为一种新兴的催化剂受到了研究人员的广泛关注，是一种金属以单原子形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂，其独特的电子结构和活性中心的不饱和配位环境有效地提高了催化剂的活性，极大地提高了贵金属的原子利用效率，进而降低催化剂成本。然而，由于单原子具有高表面能，为了避免金属原子团聚，大多数单原子催化剂负载量极低。尽管近年来研究人员研发出多种合成方法以提高贵金属的负载量，目前贵金属单原子催化剂的负载量仍未达到理想要求且制备成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单原子催化剂的制备方法，旨在解决现有单原子催化剂存在的负载量较低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

获取第一载体和贵金属前驱体溶液，所述第一载体包括衬底和负载于所述衬底表面的金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；

将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合，使得所述贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，获得第二载体；

将所述第二载体进行加热处理，使得所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

本发明提供的单原子催化剂的制备方法，采用第一载体，第一载体包括衬底和负载于衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，并通过依次将第一载体与贵金属前驱体溶液混合、与贵金属前驱体溶液进行分离、干燥获得第二载体，之后将第二载体进行加热处理，在解决贵金属原子在制备过程中容易发生团聚的问题的同时，有效地提高了单原子催化剂中贵金属单原子的负载率，提升了贵金属的利用率以及单原子催化剂的催化效果和稳定性。方法简单，原料来源广，成本低，贵金属利用率高，产率高，适合大规模生产。

相应的，一种单原子催化剂，包括：衬底、金属氧化物和贵金属原子，所述金属氧化物负载于所述衬底表面，所述贵金属原子以单原子形式分散在所述金属氧化物上。