本發(fā)明涉及電催化劑制備，具體是一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、單原子催化劑(sacs)結(jié)合了多相和均相催化劑的優(yōu)點(diǎn)，能夠最大限度地提高原子利用率，同時(shí)具有均相活性位點(diǎn)和可調(diào)電子環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)高催化活性和選擇性，在電池、污染物降解和高附加值化學(xué)品合成等領(lǐng)域都展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力。sacs的負(fù)載量與其催化性能息息相關(guān)。然而，由于sacs固有的高表面能，在制備過程中容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致獲得高負(fù)載的sacs是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2、目前常見的制備sacs的方法為高溫裂解法，它通過在>900℃溫度下熱解金屬有機(jī)前驅(qū)體來實(shí)現(xiàn)，例如現(xiàn)有專利中cn117427657a。

3、然而高溫加劇了sacs的團(tuán)聚傾向和合成成本，導(dǎo)致sacs的結(jié)構(gòu)和負(fù)載量的不確定性；而降低反應(yīng)溫度，sacs很難突破4wt％的高負(fù)載量。

4、例如cn115591547b采用錨定法制備sacs，退火溫度仍然高達(dá)500～800℃；采用低溫氫化合成法合成了高載量fe?sacs(8.3wt％)，反應(yīng)溫度降到了360℃，但需要使用易爆氫氣；一種室溫高負(fù)載量的sacs方法中金屬單原子負(fù)載量可高達(dá)42wt％，雖然環(huán)境溫和，然而需要使用昂貴的激光脈沖照射設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

4、s1、將配體材料溶解于二甲基亞砜溶液并超聲溶解均勻，得到溶液a。

5、s2、將氧化劑加入a溶液中攪拌均勻，并放入冰水中進(jìn)行冷浴降溫。

6、s3、將上述s2中得到的溶液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，將其放入油浴鍋中。

7、s4、將金屬鹽溶解于超純水，得到b溶液。

8、s5、用膠頭滴管將b溶液緩慢滴入上述s3的a溶液中，恒溫加熱5分鐘后，再將氨水或者乙醇胺一次性加入圓底燒瓶中，反應(yīng)結(jié)束后溶液冷卻收集。

9、s6、將上述s5中所收集得到的溶液離心分離，用無水乙醇與超純水交替洗滌3次，干燥得到單原子催化劑粉末。

10、進(jìn)一步地，所述s1中配體材料為2，3，6，7，10，11-六氨基三亞苯六鹽酸鹽、六氨基苯三鹽酸鹽、1，2，4，5-苯四胺四鹽酸鹽、3，3'，4，4'-四氨基二苯基醚、3，3'，4，4'-四氨基二苯基甲烷中的一種或者兩種。

11、所述二甲基亞砜溶液為助溶劑，溶解后溶液的總濃度為1.5-2mmol/l。

12、進(jìn)一步地，所述氧化劑為過氧化氫溶液、過氧乙酸、濃硫酸與鎢酸鈉混合物中的一種。

13、進(jìn)一步地，所述油浴溫度為50-85℃，攪拌加熱10分鐘，制備方法中攪拌速度保持一致且不低于50rad/s。

14、進(jìn)一步地，所述金屬鹽為六水氯化鎳、六水硝酸鈷、無水氯化亞鐵、二水氯化銅、四水氯化錳中的一種或者多種。

15、進(jìn)一步地，所述s5中b溶液緩慢滴入速度為0.8-1.4ml/min，a溶液和b溶液的體積比為5：1。

16、進(jìn)一步地，所述s5中氨水或者乙醇胺一次性加入80-200μl，溫度提升至60℃，恒溫加熱攪拌反應(yīng)12-24小時(shí)。

17、進(jìn)一步地，所述s6中洗滌后的樣品放入真空烘箱中以60℃真空干燥12h。

18、進(jìn)一步地，所述s6所制得單原子催化劑粉末中的金屬單原子為ni原子、co原子、fe原子、cu原子、mn原子中的一種或多種。

19、一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法所生產(chǎn)的催化劑在電催化產(chǎn)雙氧水中的應(yīng)用，高負(fù)載單原子催化劑提高金屬單原子的載量，在電催化氧還原產(chǎn)雙氧水過程中提高兩電子氧還原反應(yīng)的選擇性。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、1、本發(fā)明低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，在制備的過程中通過加入氧化劑，能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑中高載量的金屬單原子，顯著提高兩電子氧還原反應(yīng)的選擇性；

22、2、本發(fā)明低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，實(shí)驗(yàn)條件溫和，使用設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝操作簡(jiǎn)單，且易實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大化生產(chǎn)，應(yīng)用于電催化氧還原產(chǎn)雙氧水中，具有良好的前景，有效的實(shí)現(xiàn)了催化劑的單原子高負(fù)載。

技術(shù)特征：

1.一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述s1中配體材料為2，3，6，7，10，11-六氨基三亞苯六鹽酸鹽、六氨基苯三鹽酸鹽、1，2，4，5-苯四胺四鹽酸鹽、3，3'，4，4'-四氨基二苯基醚、3，3'，4，4'-四氨基二苯基甲烷中的一種或者兩種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述氧化劑為過氧化氫溶液、過氧乙酸、濃硫酸與鎢酸鈉混合物中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述油浴溫度為50-85℃，攪拌加熱10分鐘，制備方法中攪拌速度保持一致且不低于50rad/s。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬鹽為六水氯化鎳、六水硝酸鈷、無水氯化亞鐵、二水氯化銅、四水氯化錳中的一種或者多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述s5中b溶液緩慢滴入速度為0.8-1.4ml/min，a溶液和b溶液的體積比為5：1。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述s5中氨水或者乙醇胺一次性加入80-200μl，溫度提升至60℃，恒溫加熱攪拌反應(yīng)12-24小時(shí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述s6中洗滌后的樣品放入真空烘箱中以60℃真空干燥12h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述s6所制得單原子催化劑粉末中的金屬單原子為ni原子、co原子、fe原子、cu原子、mn原子中的一種或多種。

10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法所生產(chǎn)的催化劑在電催化產(chǎn)雙氧水中的應(yīng)用，其特征在于，高負(fù)載單原子催化劑提高金屬單原子的載量，在電催化氧還原產(chǎn)雙氧水過程中提高兩電子氧還原反應(yīng)的選擇性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，公開一種低溫合成高負(fù)載單原子催化劑的制備方法及其應(yīng)用，包括S1、將配體材料溶解于二甲基亞砜溶液并超聲溶解均勻?yàn)槿芤篈；S2、將氧化劑加入A溶液中攪拌均勻，并放入冰水冷浴降溫；S3、將S2得到的溶液轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶中，將其放入油浴鍋中；S4、將金屬鹽溶解于超純水得B溶液；S5、用膠頭滴管將B溶液緩慢滴入A溶液中，恒溫加熱5分鐘后，將氨水或者乙醇胺一次性加入圓底燒瓶中，反應(yīng)結(jié)束后冷卻收集；S6、將S5所得溶液離心分離，用無水乙醇與超純水交替洗滌3次，干燥得單原子催化劑粉末。本發(fā)明加入氧化劑，將導(dǎo)電MOF變成高載量的金屬單原子結(jié)構(gòu)，提高兩電子氧還原反應(yīng)選擇性，在電催化氧還原產(chǎn)雙氧水應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：李園利,楊科,謝瑞士
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23