[发明专利]一种金属原子催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种金属原子催化剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将含氮有机物、金属盐和有机小分子助剂依次进行第一次球磨、酸处理、第二次球磨、热解、酸洗和重结晶；

所述金属原子催化剂的制备方法满足下述条件：

（1）所述含氮有机物为尿素、三聚氰胺和双氰胺中的一种或多种；

（2）所述金属盐为金属氯化盐、金属硝酸盐、金属碳酸盐、金属醋酸盐、金属硫酸盐、金属草酸盐和金属酞菁盐中的一种或多种；

其中，所述金属为过渡金属元素；

（3）所述有机小分子助剂为L-丙氨酸、抗坏血酸、L-精氨酸和L-谷氨酸中的一种或多种；

（4）所述含氮有机物、所述金属盐和所述有机小分子助剂的用量为：以重量份数计，200-400份含氮有机物、1-2份金属盐和30-80份有机小分子助剂；

所述酸处理包括：将所述第一次球磨所得产物与酸溶液混合得固液混合物，之后研磨、烘干；

所述酸处理中，所述酸溶液中的酸为无机酸；所述酸处理中，所述酸溶液中的溶剂为水或有机溶剂；

所述热解为分段升温进行热解；

所述热解包括一段升温和二段升温；

所述酸洗包括用酸溶液对所述热解所得产物进行酸洗，之后洗涤，烘干；

所述酸洗中，所述酸溶液中的酸为无机酸；

所述重结晶为升温后保温，之后冷却；所述重结晶在保护气体下进行；

所述金属原子催化剂以氮掺杂碳为骨架，所述金属原子锚定在所述骨架上；

所述骨架为层状石墨烯结构，所述骨架上所负载的所述金属原子呈原子级分散状态；

所述金属原子催化剂无金属原子团聚现象；

所述金属原子的含量为1-3wt%；

所述金属原子催化剂具有多孔结构，所述金属原子催化剂的比表面积为400-650m²/g；

所述金属原子催化剂满足下述条件：

（1）所述多孔结构的孔径为2-100nm；

（2）所述金属为过渡金属元素。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属原子的含量为1.5-2.7wt%。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属原子的含量为1.52-2.65wt%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属原子催化剂的比表面积为440-635m²/g。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属原子催化剂的比表面积为449.77-631.07m²/g。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔结构的孔径为15-20nm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属为Fe、Co、Ni、Mn和Cu中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮有机物为三聚氰胺。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为金属醋酸盐。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属为Fe、Co、Ni、Mn和Cu中的一种或多种。

11.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机小分子助剂为L-丙氨酸。

12.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮有机物、金属盐和有机小分子助剂的用量为：以重量份数计，240份含氮有机物、1份金属盐和40份有机小分子助剂。

13.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为300-500r/min；

和/或，所述球磨的时间为40-100min。