[发明专利]一种分子筛负载单原子催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种分子筛负载单原子催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域。其包括将分子筛与金属盐溶液进行混合反应，然后进行焙烧；所述混合反应的温度为60‑130℃，反应时间为2‑10天。该方法简单高效，普适性强，具有大规模推广的应用前景，且所制备的单原子催化耐高温性能优异。本发明利用分子筛的合成原理，在较低的溶剂热温度下即实现了单原子在分子筛上的负载，达到了简化分子筛负载单原子催化剂的制备过程，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体而言，涉及一种分子筛负载单原子催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，单原子催化剂由于其具有超高的催化活性和高效的化学选择性，在材料和催化领域吸引了越来越多人的研究兴趣。单原子催化剂中活性金属组分高度分散，呈单原子分布状态。相对于传统大颗粒的金属纳米催化剂只有表面原子能被利用作为催化活性位、而内部原子不能利用的弊端而言，单原子催化剂中几乎百分之百的活性组分原子都可作为催化活性位点，因而极大程度上提高了其催化活性，并且可以很大程度上降低金属的用量，这对于贵金属而言尤为重要。

目前，制备单原子材料的方法包括质量分离软着陆法、共沉淀法、浸渍法、原子层沉积法、反Ostwald熟化法、逐步还原法、固相融熔法等。制备的单原子催化剂存在如下问题：当金属粒子的尺度减小到单原子的尺度时，其极具增大的表面自由能导致单原子材料在制备和应用时都极其容易发生团聚现象，形成纳米团簇和纳米颗粒，可能导致催化剂的失活等。

为解决上述问题，专利CN107890881B提出了一种ZSM-5分子筛限定铑单原子催化剂及其制备方法，采用一步晶化法将含铑基团分散于ZSM-5分子筛中，在高温炉中在固定气氛下焙烧，可促进铑基团分解为铑原子并实现在分子筛内部单原子分散。但该方法应用范围较窄，只能应用于单原子Pd催化剂的制备。专利CN111420691A提出了一种激光处理金属材料和分散剂混合溶液，再经过水热反应和烧结处理，得到结构稳定的氮掺杂的金属单原子催化剂。但其制备流程长，一定程度上限制了其推广应用。文献(Science，2014，344(6184):616)报道了一种Fe@SiO₂的单原子催化剂并成功将其应用于1100℃的甲烷无氧催化转化，但其制备温度高达1700℃，同时制备过程中需要酸洗处理，较为严苛的制备条件不利于其大规模推广应用。

因此，如何简单而高效的制备普适性强的稳定的单原子催化剂仍然是一个挑战。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分子筛负载单原子催化剂以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种分子筛负载单原子催化剂的制备方法，其包括将分子筛与金属盐溶液进行混合反应，然后进行焙烧；混合反应的温度为60-150℃，反应时间为2-10天。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述分子筛选自硅铝系列分子筛、SAPO系列分子筛和纯硅系列分子筛中的至少一种；

优选地，硅铝系列分子筛为ZSM-5、ZSM-11、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-48、MOR、Beta或SSZ-13，SAPO系列分子筛选自如下SAPO系列分子筛中的至少一种：微小孔径结构SAPO-20或SAPO-28；小孔径结构SAPO-18、SAPO-26、SAPO-34、SAPO-35、SAPO-39或SAPO-47；中等孔径结构SAPO-11、SAPO-31或SAPO-41；大孔径结构SAPO-5、SAPO-36中的至少一种；

纯硅系列分子筛选自Silicalite-1、SBA-15、KIT-6、MCM-22、MCM-41和MCM-48中的至少一种。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述金属盐溶液为铜盐、锌盐、钨酸盐、钼酸盐和钒酸盐中的至少一种；

优选地，金属盐溶液为水溶性金属盐。