[发明专利]一种单原子催化剂及其应用

权利要求书

1.一种单原子催化剂，其特征在于，所述单原子催化剂为负载有金属原子的氮掺杂碳骨架，所述金属原子包括铬原子、锰原子、铁原子、钴原子、镍原子、铜原子、锌原子、镉原子中的至少5种；所述氮掺杂碳骨架由碳原子和氮原子组成；

所述氮掺杂碳骨架的孔体积为0.2～1.2cm³/g，平均孔径为1～5nm，比表面积为600～1500m²/g。

2.根据权利要求1所述的单原子催化剂，其特征在于，所述金属原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量为0.5％～1.5％，更优选为0.8％～1.15％，最优选为0.98％～1％。

3.根据权利要求1所述的单原子催化剂，其特征在于，所述金属原子为铁原子、钴原子、镍原子、铜原子和锌原子；

所述铁原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.16～0.23％，最优选为0.17～0.18％；

所述锌原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.16～0.23％，最优选为0.22～0.23％；

所述铜原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.16～0.23％，最优选为0.18～0.19％；

所述镍原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.16～0.23％，最优选为0.18～0.19％；

所述钴原子占所述单原子催化剂的质量百分比含量优选为0.1～0.3％，更优选为0.16～0.23％，最优选为0.21～0.22％。

4.根据权利要求1所述的单原子催化剂，其特征在于，所述单原子催化剂由以下方法制备而成，所述制备方法包括下述步骤：

S1、将含氮有机配体、过渡金属盐溶于有机溶剂中形成溶液；

所述含氮有机配体选自杂原子为氮原子的杂环化合物，所述过渡金属盐选自铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镉中的至少5种元素的可溶性盐；

S2、将所述溶液搅拌、回流、离心、洗涤、干燥后得到固体粉末；

S3、在惰性气体中进行热处理，得到所述单原子催化剂。

5.根据权利要求4所述的单原子催化剂，其特征在于，所述含氮有机配体选自取代或未取代的咪唑、取代或未取代的吡唑、取代或未取代的吡咯中的至少一种；

所述取代或未取代的咪唑优选2-甲基咪唑、4-硝基咪唑、2-甲基-4-硝基咪唑、2-甲基-5-硝基咪唑、苯并咪唑中的至少一种；

更优选的，所述含氮有机配体与所述有机溶剂质量体积比为1～6g：100～500mL。

6.根据权利要求4所述的单原子催化剂，其特征在于，所述有机溶剂选自醇，优选甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或多种，更优选为甲醇。

7.根据权利要求4所述的单原子催化剂，其特征在于，所述可溶性盐选自硝酸盐、盐酸盐、醋酸盐和硫酸盐中的至少一种；

优选的，所述过渡金属盐选自Fe(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂、Cd(NO₃)₂中的至少五种，

更优选的，所述过渡金属盐选自Fe(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、Cu(NO₃)₂·3H₂O、Zn(NO₃)₂·6H₂O。