[发明专利]单原子催化剂及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种单原子催化剂，其特征在于，所述单原子催化剂包括载体以及负载在所述载体上的活性组分，所述活性组分为钯单原子，所述载体为石墨相氮化碳。

2.一种如权利要求1所述的单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

超声混合：通过超声，将石墨相氮化碳均匀分散于水中，加入四氯钯酸钠溶液继续超声形成混合液，对所述混合液进行搅拌；

分离：对搅拌后的所述混合液进行分离，得到粉体；

焙烧：惰性氛围下对所述粉体进行焙烧，得到所述单原子催化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述超声混合的步骤中，将所述石墨相氮化碳分散于去离子水中并超声0.5-3小时，再向其中加入所述四氯钯酸钠溶液继续超声0.5-3小时形成所述混合液，将所述混合液在室温下搅拌8-16小时；其中，所述石墨相氮化碳与四氯钯酸钠的质量比为1200:1-2800:1。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述分离的步骤中，对搅拌后的所述混合液进行离心分离得到所述粉体，用有机溶剂洗涤所述粉体后，将所述粉体置于70-90℃下真空干燥8-24小时；

在所述焙烧的步骤中，焙烧温度为300-800℃，焙烧时间为1-10h，焙烧时的升温速率为2-10℃/min，所述惰性气体氛围选自氮气氛围或氩气氛围。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在所述超声的步骤之前合成石墨相氮化碳：在500-600℃下对加有尿素的瓷舟煅烧1.5-3小时，且煅烧温度的升温速率为3-8℃/min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述制备方法中，所述合成石墨相氮化碳的步骤为：将所述加有尿素的瓷舟放入管式加热炉，在550℃下煅烧2小时，且煅烧温度的升温速率为5℃/min，得到所述石墨相氮化碳；

所述超声混合的步骤为：将所述石墨相氮化碳分散于去离子水中并超声1小时，再向其中加入所述四氯钯酸钠溶液继续超声1小时形成所述混合液，将所述混合液在室温下磁力搅拌12小时；其中，所述石墨相氮化碳与四氯钯酸钠的质量比为1500:1-2500:1；

所述分离的步骤为：离心分离搅拌后的所述混合液得到所述粉体，用乙醇洗涤所述粉体三次，将洗涤后的所述粉体置于真空条件下80℃干燥12小时；

所述焙烧的步骤为：在氩气氛围下，对干燥后的所述粉体在350℃下焙烧2小时得到所述单原子催化剂，焙烧时的升温速率为3℃/min。

7.一种如权利要求2至6任一项制备方法制得的单原子催化剂的应用，所述单原子催化剂用于对含有机物的液体中所述有机物进行催化。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，进行催化的方法包括以下步骤：在惰性气氛下，将对氯苯酚溶解于水中形成所述含有机物的液体，向所述含有机物的液体中加入甲酸铵，加入所述单原子催化剂作为催化剂，在100℃下进行加氢反应5-60分钟，使所述对氯苯酚转化为苯酚，且所述对氯苯酚的转化率大于或者等于95％；所述惰性气氛选自氩气气氛或氮气气氛。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，进行催化的方法包括以下步骤：在氢气气氛下，将苯乙烯溶于无水乙醇形成所述含有机物的液体，加入所述单原子催化剂作为催化剂，在30-50℃下进行加氢反应30-180分钟，使所述苯乙烯转化为乙苯，且所述苯乙烯的转化率大于或者等于95％。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，进行催化的方法包括以下步骤：在室温常压下，将三乙氧基硅烷溶于丙酮中，再加入水作为反应物，形成所述含有机物的液体，加入所述单原子催化剂作为催化剂，在室温下进行水解反应5-25分钟，使所述三乙氧基硅烷转化为三乙氧基硅醇，且所述三乙氧基硅烷的转化率大于或者等于95％，所述三乙氧基硅醇的选择性大于90％。