[发明专利]一种多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂，其特征在于，所述催化剂以氮掺杂的多级碳纳米结构作为基底来锚定Ni原子，在该催化剂中一个Ni原子与四个N原子进行配位，形成Ni-N4平面结构，从而Ni以单原子状态均匀分散在多级结构的碳-氮基表面；

所述多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将含N的离子液体与镍盐混合，搅拌使其反应，得到均匀混合物；

（2）将步骤（1）中得到的混合物在氩气气氛下进行第一次高温热解，得到黑色固体；

（3）将步骤（2）中得到的黑色固体进行酸化、离心、洗涤、干燥，得到固体；

（4）将步骤（3）中得到的固体产物进行第二次高温热解，即得多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂；

步骤（1）中所述含N的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺；步骤（2）中所述第一次高温热解的温度为700-1000°C；步骤（4）中所述第二次高温热解的温度为700-1000°C。

2.一种权利要求1所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将含N的离子液体与镍盐混合，搅拌使其反应，得到均匀混合物；

（2）将步骤（1）中得到的混合物在氩气气氛下进行第一次高温热解，得到黑色固体；

（3）将步骤（2）中得到的黑色固体进行酸化、离心、洗涤、干燥，得到固体；

（4）将步骤（3）中得到的固体产物进行第二次高温热解，即得多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂；步骤（1）中所述含N的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺；步骤（2）中所述第一次高温热解的温度为700-1000°C；步骤（4）中所述第二次高温热解的温度为700-1000°C。

3.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述镍盐选自硝酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的将含N的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺与镍盐混合，镍盐在其中的质量分数为5%-15%。

5.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述反应的温度为20-25°C，所述反应的时间为12-24 h。

6.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述第一次高温热解时间为2-4 h。

7.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述酸化为在浓度为2-6 mol/L的硫酸或盐酸水溶液中80-100℃加热回流12-24 h。

8.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述干燥为真空条件下，80-100°C下，烘干2-4 h。

9.根据权利要求2所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述第二次高温热解时间为2-4 h。

10.一种权利要求1所述的多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂在燃料电池开发中的应用。