一种负载型钴单原子催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113634269A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202010391603.4C07C45/38(2006.01)(22)申请日2020.05.11C07C47/54(2006.01)(71)申请人国家纳米科学中心地址100190北京市海淀区中关村北一条11号(72)发明人唐智勇高燕乐天邱雪英(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332代理人巩克栋(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J35/00(2006.01)B01J37/02(2006.01)B01J37/08(2006.01)B01J37/28(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图5页(54)发明名称一种负载型钴单原子催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供一种负载型钴单原子催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)尿素进行热聚合反应，得到石墨化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的石墨化氮化碳与钴盐进行反应，得到钴与石墨化氮化碳的复合物；(3)将步骤(2)得到的复合物与次磷酸盐进行热处理，得到所述负载型钴单原子催化剂。所述制备方法简单、原料来源广泛、收率高，具有规模化应用的前景。所述负载型钴单原子催化剂为磷掺杂石墨化氮化碳负载的钴单原子催化剂，具有带隙可调、催化活性好和选择性高的特点，能够实现高转化率的光催化下的选择性氧化，尤其适用于将醇类化合物通过光氧化催化反应转化为醛类化合物或酮类化合物。CN113634269ACN113634269A权利要求书1/2页1.一种负载型钴单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)尿素进行热聚合反应，得到石墨化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的石墨化氮化碳与钴盐进行反应，得到钴与石墨化氮化碳的复合物；(3)将步骤(2)得到的复合物与次磷酸盐进行热处理，得到所述负载型钴单原子催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述热聚合反应的温度为400～650℃；优选地，步骤(1)所述热聚合反应的时间为2～4h；优选地，步骤(1)所述热聚合反应的升温过程为匀速升温；优选地，所述匀速升温的升温速率为2～10℃/min；优选地，步骤(1)所述热聚合反应完成后还包括产物的后处理；优选地，所述后处理包括洗涤和干燥；优选地，所述洗涤的洗涤液包括水；优选地，所述洗涤为超声清洗；优选地，所述干燥的温度为40～80℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴或醋酸钴中的任意一种或至少两种的组合，优选为硝酸钴；优选地，步骤(2)所述石墨化氮化碳与钴盐的质量比为(20～200):1，进一步优选为(30～80):1；优选地，步骤(2)所述反应在溶剂中进行；优选地，所述溶剂为水；优选地，以所述石墨化氮化碳的用量为1g计，所述溶剂的用量为50～3000mL；优选地，步骤(2)所述反应的温度为60～100℃；优选地，步骤(2)所述反应的时间为6～24h；优选地，步骤(2)所述反应在搅拌条件下进行；优选地，步骤(2)所述反应完成后还包括产物的后处理；优选地，所述后处理包括脱除溶剂和退火；优选地，所述退火的温度为300～600℃；优选地，所述退火的时间为1～4h；优选地，所述退火在保护气氛中进行，所述保护气氛优选为氩气。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述次磷酸盐包括次磷酸钠、次磷酸钾或次磷酸铵中的任意一种或至少两种的组合，优选为次磷酸钠；优选地，步骤(3)所述复合物与次磷酸盐的质量比为1:(0.5～10)，进一步优选为1:(1～5)；优选地，步骤(3)所述复合物与次磷酸盐混合均匀后再进行热处理；优选地，所述混合均匀的方法为研磨；优选地，步骤(3)所述热处理的温度为250～400℃；优选地，步骤(3)所述热处理的升温过程为匀速升温；2CN113634269A权利要求书2/2页优选地，所述匀速升温的升温速率为1～5℃/min；优选地，步骤(3)所述热处理的时间为1～4h；优选地，步骤(3)所述热处理在保护气氛中进行，所述保护气氛优选为氩气；优选地，步骤(3)所述热处理完成后还包括产物的后处理；优选地，所述后处理包括洗涤和干燥；优选地，所述洗涤的洗涤液包括水和/或乙醇；优选地，所述干燥的温度为40～80℃。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(1)尿素以2～10℃/min的速率匀速升温至400～650℃，热聚合反应2～4h，得到石墨化氮化碳；(2)将步骤(1)得到的石墨化氮化碳与钴盐在水中60～100℃搅拌反应6～24h，反应完成后脱除溶剂，得到的