一种雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115896806A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211314100.2C01B32/184(2017.01)(22)申请日2022.10.25H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)(71)申请人湖南大学B01J23/75(2006.01)地址410000湖南省长沙市岳麓区麓山南B01J35/08(2006.01)路1号(72)发明人费慧龙叶龚兰何官朝(74)专利代理机构长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)43213专利代理师魏龙霞(51)Int.Cl.C25B1/04(2021.01)C25B3/26(2021.01)C25B11/04(2021.01)C01B32/198(2017.01)C01B32/194(2017.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法及其应用(57)摘要一种雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯悬浮溶液，将其与金属前驱体溶液混合均匀，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液雾化热解，得到褶皱球状氧化石墨烯基金属单原子催化剂；(3)在惰性或还原性气氛下煅烧处理所述褶皱球状氧化石墨烯基金属单原子催化剂，调控单原子的配位环境，获得褶皱球状石墨烯基金属单原子催化剂。通过雾化器将悬浮液雾化，经热处理可实现尺寸可控的褶皱球状石墨烯单原子催化剂的批量化制备。石墨烯载体的褶皱程度、比表面积、电化学活性面积、亲疏水性等物理化学性质，以及单原子电子结构和本征催化性质均可以灵活调控。CN115896806ACN115896806A权利要求书1/1页1.一种雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯悬浮溶液，将其与金属前驱体溶液混合均匀，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液雾化热解，得到褶皱球状氧化石墨烯基金属单原子催化剂；(3)在惰性或还原性气氛下煅烧处理所述褶皱球状氧化石墨烯基金属单原子催化剂，调控单原子的配位环境，获得褶皱球状石墨烯基金属单原子催化剂。2.如权利要求1所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)中所述制备氧化石墨烯悬浮溶液采用热膨胀氧化法。3.如权利要求2所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，所述热膨胀氧化法具体包括以下步骤：(1)利用浓硫酸与浓硝酸对石墨鳞片进行插层，加热膨胀得到膨胀石墨粉；(2)对膨胀石墨粉利用强氧化剂进行预氧化；(3)用浓硫酸和高锰酸钾对所述产物进行氧化插层处理；(4)水洗、透析得到氧化石墨烯悬浮溶液。4.如权利要求3所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，所述强氧化剂为二硫酸钾和五氧化二磷。5.如权利要求1所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属前驱体溶液包括铁、钴、镍、铜、锌、铂、钌或铱中一种或多种金属的前驱体溶液，所述金属前驱体溶液中金属的质量为氧化石墨烯总质量0.01‑3％。6.如权利要求1所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述雾化热解中的雾化利用超声雾化器进行，所述超声雾化器振荡频率为1.7MHz或2.4MHz。7.如权利要求6所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，所述雾化后的混合溶液在惰性氛围中热解，所述热解过程中，氧化石墨烯悬浮液浓度为0.1‑5mg/ml，热解温度为350‑1100℃。8.如权利要求1所述的雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述高温煅烧的温度为300‑1100℃，煅烧气氛为Ar/NH3气氛或Ar/H2气氛。9.一种褶皱石墨烯基单原子催化剂的应用，其特征在于，所述褶皱石墨烯基单原子催化剂用于电催化过程、光催化或热催化过程。10.如权利要求9所述的褶皱石墨烯基单原子催化剂的应用，其特征在于，所述电催化过程包括电解水制氢反应、燃料电池反应、空气电池反应或二氧化碳还原反应中任意一种。2CN115896806A说明书1/5页一种雾化热解制备褶皱石墨烯基单原子催化剂的方法及其应用技术领域[0001]本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种褶皱石墨烯基金属吸附催化剂。背景技术[0002]单原子催化剂在现代工业中扮演着十分重要的作用，其中石墨烯为基底的单原子催化剂在近些年吸引了广泛的研究兴趣。石墨烯材料自2010年被Novoselov和Geim发现后，基于其超大理论比表面积(SSA约为2600m2/g)，导电性好，机械性能折叠性优良，热导率高等优点被用于药物递送、光电催化、太阳能电池和电能存储系