[发明专利]金属单原子催化剂及其制备方法有效
申请号: | 202010202772.9 | 申请日: | 2020-03-20 |
公开(公告)号: | CN111420691B | 公开(公告)日: | 2022-12-16 |
发明(设计)人: | 徐保民;钟熊伟 | 申请(专利权)人: | 南方科技大学 |
主分类号: | B01J27/24 | 分类号: | B01J27/24;B01J23/75;B01J27/22;B01J27/04;C01B3/04;C07C5/09;C07C11/04;C25B1/04;C25B11/091;C25B11/093 |
代理公司: | 深圳中一联合知识产权代理有限公司 44414 | 代理人: | 曹柳 |
地址: | 518055 广东省*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 金属 原子 催化剂 及其 制备 方法 | ||
本发明属于催化剂技术领域,尤其涉及一种金属单原子催化剂的制备方法,包括步骤:在第一保护气体氛围下,对含有金属材料和分散剂的混合溶液进行激光处理,得到金属单原子混合溶液;将所述金属单原子混合溶液与基底材料混合后进行水热反应,得到负载有金属单原子的前驱体;在第二保护气体氛围下,将所述前驱体与含氮化合物混合后进行烧结处理,得到氮掺杂的金属单原子催化剂。本发明金属单原子催化剂的制备方法,仅需通过简单的激光处理,水热反应和烧结处理便可得到金属单原子催化剂,实现金属单原子活性位点催化,提升材料的催化性能,操作简易,容易实现工业化大规模生产和应用。
技术领域
本发明属于催化剂技术领域,尤其涉及一种金属单原子催化剂及其制备方法。
背景技术
随着化学化工产品广泛应用于人类生活中,工业化学的发展对社会和科技进步的关键性作用越来越大。催化剂具有提升化学反应速率,降低反应成本,提高产率和节约反应时间等优点,因此催化剂是工业化学的核心材料。金属单原子催化剂是以金属单原子位点提高催化活性,金属单原子催化剂是一种高效并且最大程度发挥金属利用率的催化剂,因此其具有成本低,催化活性高等优点。金属单原子催化剂中的金属单原子不是以金属价态形式存在,而是与基底材料形成M-N-C或者M-O共价键而存在,所以金属单原子催化剂在强酸、强碱性、强氧化性和强还原性展现高催化活性和高稳定性。
近年来,Dodelet教授在2009年《science》杂志开始报道N-M-C(其中N,M,C分别代表氮,过渡金属和碳元素)催化剂具有很高的催化活性。直至2011年,大连物化所张涛院士在FeOx表面生长单原子Pt,该催化剂Pt/FeOx具有非常高的CO氧化催化活性,这也是首次提出单原子概念。至此,金属单原子催化剂犹如雨后春笋般在化学领域取得极大的应用和突破。例如李亚栋院士巧妙的通过ZIF-8,ZIF-67前驱体锚定金属单原子,再高温碳化得到金属单原子催化剂。目前制备金属单原子催化剂的方法主要为:制备有机金属框架颗粒或者金属前驱体吸附金属氧化物或者多孔碳材料,最后通过高温碳化或者高温还原制备金属单原子催化剂。但是,这些制备方法流程长,需要使用有毒前驱体和有毒溶剂,制备单原子金属种类单一等缺点,并且金属单原子长时间使用后容易团聚而失去部分活性,从而导致无法大规模生产高效金属单原子催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属单原子催化剂的制备方法,旨在解决金属单原子催化剂的制备方法流程长,需要使用有毒前驱体和有毒溶剂,制备的单原子金属种类单一,稳定性差等技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种金属单原子催化剂。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种金属单原子催化剂的制备方法,包括以下步骤:
在第一保护气体氛围下,对含有金属材料和分散剂的混合溶液进行激光处理,得到金属单原子混合溶液;
将所述金属单原子混合溶液与基底材料混合后进行水热反应,得到负载有金属单原子的前驱体;
在第二保护气体氛围下,将所述前驱体与含氮化合物混合后进行烧结处理,得到氮掺杂的金属单原子催化剂。
优选地,所述激光处理的步骤包括:采用功率为30w~1000w的激光对所述含有金属材料的混合溶液中的金属材料照射0.01~5小时。
优选地,以所述含有金属材料的混合溶液的总质量为100%计,所述分散剂的含量为0.01~10%。
优选地,所述金属单原子混合溶液中金属单原子的质量百分含量为0.1%~5%。
优选地,所述激光的种类选自:远红外激光、中红外激光、近红外激光、可见激光、近紫外激光中的至少一种。
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