[发明专利]一种硫氮共配位铁单原子催化剂及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种硫氮共配位铁单原子催化剂，其特征在于：硫氮共配位铁单原子催化剂主要由碳骨架掺杂原子组成，掺杂原子为氮、硫和铁，铁原子与硫及氮配位后嵌合在碳骨架上。

2.根据权利要求1所述的硫氮共配位铁单原子催化剂，其特征在于，硫氮共配位铁单原子催化剂中铁的质量分数为0.43～0.63wt％。

3.根据权利要求1～2任一所述的一种硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)将乙酰丙酮铁与锌盐共同溶解于甲醇中获得金属盐溶液，将2-甲基咪唑溶解于甲醇中获得2-甲基咪唑溶液，而后将金属盐溶液与2-甲基咪唑溶液迅速混合并封闭置于恒温条件下充分反应，待反应完全后，将所得沉淀用甲醇洗涤并干燥获得金属有机骨架前驱体；

步骤2)将步骤1)所得的金属有机骨架前驱体与硫粉混合并加入溶剂，持续恒温搅拌至均匀混合后，在烘箱中干燥；

步骤3)在惰性气体的氛围中，将步骤2)所得干燥产物进行高温热解，将热解后产物进行酸洗干燥，得到硫氮共配位的铁单原子催化剂。

4.根据权利要求3所述硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中：

锌盐为硝酸锌、氯化锌和硫酸锌中的一种；

乙酰丙酮铁与锌盐的摩尔比为1:10；

金属盐溶液与2-甲基咪唑溶液中所用甲醇的体积比为1:1；

金属盐溶液中甲醇与锌盐的摩尔比为216.5:1～649.5:1。

5.根据权利要求3所述硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中：

反应的温度为60℃，反应时间为24h；

反应后甲醇洗涤三次及以上，干燥温度为60～80℃。

6.根据权利要求3所述硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中：

金属有机骨架前驱体与硫粉的质量比为3:40～5:40；

所述溶剂为四氯化碳和乙醇，二者体积比为4:1；

持续恒温搅拌和烘箱干燥的温度为60～80℃。

7.根据权利要求3所述硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中：

惰性气氛为氮气或氩气；热解温度为900～950℃，保持时间为3～4h。

8.根据权利要求3所述硫氮共配位铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，热解后产物进行酸洗的介质为盐酸或硫酸，酸浓度以氢离子计为1mol/L，酸洗时间为10h，酸洗温度为80℃。

9.权利要求1～2任一所述的硫氮共配位铁单原子催化剂的应用，其特征在于：硫氮共配位铁单原子催化剂应用于有机污染废水处理；硫氮共配位铁单原子催化剂催化单过硫酸盐降解双酚A。

10.一种硫氮共配位钴单原子催化剂，其特征在于：硫氮共配位钴单原子催化剂用于有机污染废水处理，催化单过硫酸盐降解双酚A；

硫氮共配位钴单原子催化剂由钴原子与硫及氮配位后嵌合在碳骨架上得到；

硫氮共配位钴单原子催化剂的制备方法如下：

(1)称取3.391g硝酸锌和0.406g乙酰丙酮钴溶解于100mL甲醇中得到深绿色溶液A；

(2)称取3.941g 2-甲基咪唑溶解于300mL甲醇中得到澄清溶液B；

(3)快速将B溶液倒入A溶液中并且置于60℃下保持24h，之后将所得沉淀用甲醇洗涤3次，所得产物置于烘箱中80℃下干燥，获得前驱体Co(acac)₃@ZIF-8；

(4)称取0.20g硫粉和2.0g Co(acac)₃@ZIF-8前驱体粉末加入含有四氯化碳和乙醇的混合溶剂中，随后在60℃下搅拌干燥，研磨后得到S/Co(acac)₃@ZIF-8混合粉末；

(5)将S/Co(acac)₃@ZIF-8混合粉末置于管式炉中，在氮气气氛下以5℃/min的升温速率将温度升至900℃，并在该温度条件下保持3h，热解产物用1M的盐酸溶液清洗后进行干燥得到硫氮共配位钴单原子催化剂。