[发明专利]一种双配位铁单原子/石墨烯催化材料及其制备和应用

权利要求书

1.一种双配位铁单原子/石墨烯催化材料，其特征在于：该催化材料是由石墨烯和双配位的铁单原子组成；其中：所述石墨烯作为催化材料的导电与负载基体；所述双配位的铁单原子是单分散的铁原子与氮、氧原子配位，并负载于石墨烯基体上。

2.根据权利要求1所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料，其特征在于：所述石墨烯材料是由氧化石墨烯还原得到，其厚度为0.5-2nm(优选为0.8-1.0nm)，片层横向尺寸(片层表面最远二个点之间的距离)为0.5-10μm(优选1-5μm)。

3.根据权利要求1或2所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料，其特征在于：该催化材料中，铁单原子的重量百分含量为0.5-4wt％(优选1.0-2wt％)，氧原子的质量百分含量为0.2-1wt％(优选0.3-0.8wt％)，氮原子的质量百分含量为0.5-6wt％(优选0.8-2wt％)。

4.一种权利要求1-3任一所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)氧化石墨烯分散液的制备：取2-10毫升(优选为3-6毫升)氧化石墨烯水溶液(浓度为4-8毫克/毫升)，放在30-60毫升水中，室温下搅拌分散0.5-2小时，得到氧化石墨烯分散液；

(2)铁基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备：在步骤(1)中获得的氧化石墨烯分散液中加入50-500毫克(优选为100-300毫克)2-甲基咪唑，常温下搅拌10-30分钟，再加入5-20毫克(优选为8-16毫克)九水合硝酸铁，在室温下搅拌20-60分钟，放置在(-30)-(-50)摄氏度的冻干机中冻干2-4天，得到铁基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料；

(3)双配位铁单原子/石墨烯催化材料的制备：将步骤(2)得到的铁基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料放在管式炉中，在氩气的保护下，以2-6摄氏度/分钟的升温速度升至700-900摄氏度，保持30-120分钟(优选为45-90分钟)，降至室温，取出，获得双配位铁单原子/石墨烯催化材料。

5.根据权利要求4所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，氧化石墨烯为Hummer’s法制备的氧化石墨烯。

6.根据权利要求4所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，铁基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料在放入冻干机前，首先使用液氮进行冷冻处理，冻成冰块状即可。

7.根据权利要求4所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述通入氩气保护气体的流量为20-60毫升/分钟。

8.一种权利要求1-3任一所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的应用，其特征在于：催化材料应用于碱性电催化氧还原反应中。

9.根据权利要求8所述的双配位铁单原子/石墨烯催化材料的应用，其特征在于：碱性电解液为氢氧化钾的水溶液，浓度为0.1-6摩尔/升(优选为0.2-5摩尔/升)。