一种沥青基单原子催化剂及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115845860A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211572845.9H01M4/88(2006.01)(22)申请日2022.12.08(71)申请人中钢集团鞍山热能研究院有限公司地址114044辽宁省鞍山市高新区鞍千路301号(72)发明人王海洋宋迪慧朱洪喆王广兴王守凯赵巍王晨王静(74)专利代理机构鞍山嘉讯科技专利事务所(普通合伙)21224专利代理师陶新亚(51)Int.Cl.B01J23/80(2006.01)C02F1/72(2023.01)B01J37/08(2006.01)H01M4/90(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种沥青基单原子催化剂及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及一种沥青基单原子催化剂及其制备方法与应用，沥青基单原子催化剂具有以咪唑类有机物作为初级碳源、以亲水性煤沥青作为次级碳源的双金属有机骨架，目标金属单原子在碳载体的表面和内部呈现原子级分散；沥青基单原子催化剂具有梯级贯通孔道结构；并且微观结构和功能组分能够调控。本发明利用双金属MOF基原位衍生单原子催化剂的原理，通过表/界面调控技术，对煤沥青进行功能化修饰，定向构筑功能组分精细分散的煤沥青前驱体，经过热解过程制备出微观结构和功能组分可调控的炭基纳米复合催化材料；制备方法简单，成本低、环境友好，能够实现高附加值利用以及工业化批量制备。CN115845860ACN115845860A权利要求书1/1页1.一种沥青基单原子催化剂，其特征在于，具有以咪唑类有机物作为初级碳源、以亲水性煤沥青作为次级碳源的双金属有机骨架，目标金属单原子在碳载体的表面和内部呈现原子级分散；沥青基单原子催化剂具有梯级贯通孔道结构；并且微观结构和功能组分能够调控。2.如权利要求1所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，利用双金属MOF基原位衍生单原子催化剂的原理，通过定向合成方法在煤沥青组分中定量引入亲水基团，对煤沥青进行功能化修饰，定向构筑功能组分精细分散的煤沥青前驱体，滴加目标金属盐水溶液，一步形成沥青基金属有机骨架，在惰性气氛条件下高温热解形成沥青基单原子催化剂。3.根据权利要求2所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)亲水性煤沥青制备：将煤沥青依次进行酰基化反应和过氧化氢氧化重排反应，在煤沥青组分中定量引入亲水基团，即得；2)双金属有机骨架的制备：将步骤1)制得的亲水性煤沥青分散到咪唑类有机物溶液中，再滴加锌盐与目标金属盐的混合溶液，搅拌均匀，于80～120℃下反应4～6h；将制得的粘稠浆液平铺成薄层，于120～190℃下继续反应至完全干燥，即得；3)沥青基单原子催化剂的制备：将步骤2)制备得到的双金属有机骨架置于真空管式炉中，在惰性气体氛围下，升温至800～900℃碳化2～3h，自然冷却后，得到沥青基单原子催化剂。4.根据权利要求2或3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述沥青基单原子催化剂的目标金属为Fe、Co、Ni、Cu中的一种。5.根据权利要求3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述咪唑类有机物溶液中的咪唑类有机物为咪唑、2‑甲基咪唑、4‑甲基咪唑、1,2‑二甲基咪唑、2‑乙基‑4‑甲基咪唑、苯并咪唑中的一种。6.根据权利要求3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述锌盐和目标金属盐均为硝酸盐、氯化盐的一种或两种。7.根据权利要求3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述亲水基团为羧基、羟基、羰基中的一种或多种，亲水性煤沥青中亲水基团的质量含量≥30％。8.根据权利要求3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，咪唑类有机物溶液、锌盐与目标金属盐的混合溶液中，溶剂为水或水醇溶液；目标金属盐与咪唑类有机物的摩尔比为1:2～1:5，锌盐与目标金属盐的摩尔比为1:1～2:1，咪唑类有机物与亲水性煤沥青的质量比为1:1～1:5。9.根据权利要求3所述一种沥青基单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，惰性气体为氮气或氩气。10.如权利要求1所述一种沥青基单原子催化剂的应用，其特征在于，沥青基单原子催化剂用于燃料电池、电催化高级氧化、有机废水废气非均相催化氧化处理中。2CN115845860A说明书1/5页一种沥青基单原子催化剂及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及炭基纳米复合催化材料制备技术领域，尤其涉及一种基于表/界面调控技术功能化修饰的沥青基单原子催化材料及制备方法与应用。背景技术[0002]目前，能源危机是一个世界性课题，随着传统能源(汽油和天然气等)价格不断攀升、储备量日益减少，以及全球