[发明专利]一种超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂，其包括金属纳米颗粒；以及单原子修饰的超薄碳层，所述金属纳米颗粒被稳定在所述单原子修饰的超薄碳层上；

其中所述单原子修饰的超薄碳层是被除C之外的非金属单原子或金属单原子修饰的1～10层石墨烯，并且被稳定的金属纳米颗粒的平均直径为0.5～20nm，

并且所述超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂是通过包括如下步骤的方法制备的：

1)提供直径为20～200nm的金属有机骨架材料作为前驱体，其中所述的金属有机骨架材料通过冰浴超声法提供，并且所述冰浴超声的工艺条件包括：合成过程中将溶剂加入到金属盐和配体中的时间控制在1～10s，超声时间控制在2～60min，超声功率为10-50KHz；

2)将所述金属有机骨架材料置于含有金属离子的溶液中进行阳离子置换反应，得到具有一种或多种金属节点的金属有机骨架改性材料；

3)将步骤2)中所得的具有一种或多种金属节点的金属有机骨架改性材料置于反应炉中，用惰性气对反应炉进行清洗后，使反应炉内形成负压并保持负压，然后将反应炉升温至高温，使反应炉内材料进行碳化处理，即可得到单原子修饰的超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂。

2.根据权利要求1所述的金属纳米颗粒催化剂，其中

所述单原子为选自N、S、Cl、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的金属纳米颗粒催化剂，其中所述被稳定的金属纳米颗粒为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Pt、Ru或Au单金属纳米颗粒或FeCo、FeNi、PtFe、PtCo、FeCoPt的多金属纳米颗粒。

4.一种用于制备单原子修饰的超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂的方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供直径为20～200nm的金属有机骨架材料作为前驱体，其中所述的金属有机骨架材料通过冰浴超声法提供，并且所述冰浴超声的工艺条件包括：合成过程中将溶剂加入到金属盐和配体中的时间控制在1～10s，超声时间控制在2～60min，超声功率为10-50KHz；

2)将所述金属有机骨架材料置于含有金属离子的溶液中进行阳离子置换反应，得到具有一种或多种金属节点的金属有机骨架改性材料；

3)将步骤2)中所得的具有一种或多种金属节点的金属有机骨架改性材料置于反应炉中，用惰性气对反应炉进行清洗后，使反应炉内形成负压并保持负压，然后将反应炉升温至高温，使反应炉内材料进行碳化处理，即可得到单原子修饰的超薄碳层稳定的金属纳米颗粒催化剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中所述的金属有机骨架材料选自ZIF67、ZIF8、ZIF9、Zn_xCo_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xFe_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xNi_y-MOF(x/y＝1～50)、Zn_xFe_yCo_z-MOF(x/y＝1～50；x/z＝1～80)、UIO-66、MIL-100、MIL-101、MOF74或Cu-BTC系列。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述步骤2)中所用的含金属离子的溶液为0.05～1.0M选自CuCl、PtCl₄、PdCl₂、AgNO₃和HAuCl₄中的一种的甲醇/乙醇/水溶液。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤2)中所涉及的阳离子置换的反应时间为0.5～10min。

8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤3)中，所述负压的范围为-0.01～-0.1MPa。

9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤3)中，所述高温为600～1100℃的温度。