[发明专利]一种金属原子级分散氮碳材料的溶剂循环制备方法及用途

说明书

本发明属于新型材料制备领域，具体涉及一种金属原子级分散氮碳材料的溶剂循环制备方法及用途。所述制备方法包括以下步骤：A、将金属粉末或金属盐溶于甲酰胺中，制备得到溶液，80‑240摄氏度下反应2‑24小时后，固液分离，得到第一固体产物及甲酰胺溶液L1；B、进行第1次溶剂循环操作：将金属粉末或金属盐溶于甲酰胺溶液L1中80‑240摄氏度下反应2‑24小时后，固液分离，得到第二固体产物及甲酰胺溶液L2；C、将第一固体产物和/或第二固体产物在氩气气氛中煅烧，温度控制在400摄氏度‑1200摄氏度，得到金属氮碳材料。本发明首次将反应中溶剂甲酰胺循环利用，在所述的回收溶剂制备的金属氮碳材料与新鲜甲酰胺制备的金属氮碳材料结构相同，金属氮碳材料催化性能持平。

技术领域

本发明属于新型材料制备领域，具体涉及一种金属原子级分散氮碳材料的溶剂循环制备方法和用途。

背景技术

金属单原子催化剂解决了均相催化剂难以分离、回收及再生的不足，以及多相催化剂与反应物接触面积有限、金属原子利用率低的缺陷，单原子催化剂的氧还原反应(ORR)性能最突出。通过结构、晶型、形貌、掺杂调控，部分单原子催化剂性能甚至超过了贵金属催化剂。尤其是金属与氮掺杂碳结构(MNC)催化剂具有高原子利用率、结构组成调控空间，在酸性介质中也能表现出良好的ORR活性和稳定性。基于MNC材料高催化中心利用率、结构组成调控空间大的优势，前人工作主要通过选择前驱体经过不同制备方法优化实现了面向ORR的MNC催化剂的制备。但其制备过程中通常使用价格高昂的金属有机原料，伴随产生大量有机废液和酸性废液，原子利用率低，不符合绿色化学要求，限制了其工业化生产。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明第一方面提供一种金属原子级分散氮碳材料的溶剂循环制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

A、将金属粉末或金属盐溶于甲酰胺中，60摄氏度加热搅拌和超声间隔处理0.5小时，直至制备得到澄清溶液，80-240摄氏度下反应2-24小时后，固液分离，得到第一固体产物及甲酰胺溶液L1；

B、进行第1次溶剂循环操作：将金属粉末或金属盐溶于甲酰胺溶液L1中，80-240摄氏度下反应2-24小时后，固液分离，得到第二固体产物及甲酰胺溶液L2；

C、将第一固体产物和/或第二固体产物在氩气气氛中煅烧，温度控制在400摄氏度-1200摄氏度，煅烧时间为0.5-5.0小时，得到金属氮碳材料。

优选地，所述制备方法包括以下步骤：

进行步骤C之前，进行第2次溶剂循环操作：将金属粉末或金属盐溶于甲酰胺溶液L2中，80-240摄氏度下反应2-24小时后，固液分离，得到第三固体产物及第三反应溶液L3；

进行步骤C时，将第一固体产物、第二固体产物、第三固体产物中的至少一种在氩气气氛中煅烧，温度控制在400摄氏度-1200摄氏度，煅烧时间为0.5-5.0小时，得到金属氮碳材料。

优选地，步骤A中，所述金属粉末或金属盐在甲酰胺中的浓度控制在1毫摩尔-100毫摩尔，反应为溶剂热反应，温度为150摄氏度-240摄氏度，时间为6-24小时。

优选地，步骤A中，所述金属粉末或金属盐在甲酰胺中的浓度控制在0.5毫摩尔-100毫摩尔，反应为在氮气气氛保护条件下加热搅拌，加热搅拌的温度为80摄氏度-180摄氏度，时间为2-6小时。

优选地，所述制备方法包括以下步骤：进行步骤C之前，进行n次溶剂循环操作，n大于等于2，可以再另外补充甲酰胺。

优选地，所述金属选自：锌、铝、铁、钴、镍、钼、铜、铟、钛、钒中的一种或者多种。

优选地，n次溶剂循环操作中，没有对溶液进行纯化的步骤。

本发明第二方面提供第一方面所述的制备方法得到的金属氮碳材料用作电催化反应的用途。