一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114807991A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210740154.9(22)申请日2022.06.28(71)申请人电子科技大学长三角研究院（湖州）地址313000浙江省湖州市西塞山路819号南太湖科技创新综合体B2幢8层(72)发明人夏川郑婷婷戴逸舟(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师郭美(51)Int.Cl.C25B3/26(2021.01)C25B3/03(2021.01)C25B11/032(2021.01)C25B11/091(2021.01)权利要求书1页说明书5页附图8页(54)发明名称一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用，将尿素/单氰胺、PEG‑2000、硼酸、三水合硝酸铜和去离子水按一定质量体积比混合后回流加热，冷却后再旋蒸至溶剂挥发溶质结晶析出，将旋蒸所得晶体充分研磨均匀后，置于管式炉中氩气氛围下充分热解即得到B、N共配位的Cu单原子催化剂，该BCN‑Cu催化剂中，B、N共同均匀掺杂的碳纳米管构成载体BCN，Cu原子级分散于BCN载体表面。本发明通过B、N共同配位稳定Cu单原子，有效调节了Cu单原子中心的电子结构，该BCN‑Cu单原子催化剂在CO2电化学还原反应中表现出优异的活性和甲烷选择性。CN114807991ACN114807991A权利要求书1/1页1.一种硼氮共配位铜单原子催化剂，其特征在于，包括有由B、N共同均匀掺杂的碳纳米管载体BCN，所述碳纳米管载体BCN上分散有原子级Cu，且Cu单原子中心由B、N原子共同配位。2.如权利要求1所述的一种硼氮共配位铜单原子催化剂，其特征在于，所述Cu单原子和碳纳米管载体BCN的质量比为1.5～2.5：95～105。3.如权利要求1或2所述的一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将尿素或单氰胺、聚乙二醇PEG‑2000、硼酸和三水合硝酸铜分散于去离子水中，充分溶解混合均匀得到混合液A；S2、将混合液A回流加热，冷却后得到混合液B；S3、将混合液B旋蒸至溶剂挥发溶质结晶析出，将旋蒸所得晶体充分研磨均匀得到固体C；S4、将固体C置于管式炉中Ar氛围下充分热解即得到B、N共配位的Cu单原子催化剂BCN‑Cu。4.如权利要求3所述的一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的尿素/单氰胺、聚乙二醇PEG‑2000、硼酸、三水合硝酸铜和去离子水的质量体积比为19800～20200（mg）/13800～14200（mg）：1980～2020（mg）：590～610（mg）：95～105（mg）：150～170（mL）。5.如权利要求3所述的一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述o步骤中S2混合液A回流加热时温度为115～125C，转速保持700～800rpm，时长为11~13h，所述步骤S3中混合液B旋蒸操作时温度控制在40～60oC，转速保持30～50rpm，所述步骤S4中固体粉末C于管式炉Ar氛围热解时气体流速为95～105sccm，温度为850～950oC，升温速率为4～6oC/min，保温时间为5.5～6.5h。6.如权利要求1或2所述的一种硼氮共配位铜单原子催化剂的应用，其特征在于，应用于CO2电化学还原制甲烷反应中。2CN114807991A说明书1/5页一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及金属单原子催化剂技术领域，具体地说涉及一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用。背景技术[0002]当前CO2的转化方法颇多，其中电化学还原方法由于反应条件温和（常温、常压）、可控性良好（通过控制电极反应电位可直接控制电极表面的反应活化能）、能量来源广泛（还原过程所需电能可来自太阳能、风能、地热能和潮汐能等可再生能源）以及环境友好等优点而备受关注。[0003]在CO2电化学还原反应中，金属纳米催化剂相较于块体电极材料由于有效活性中心多、比表面积大、表面能高且易通过对其结构的调控实现其物性的变化等诸多特点被广泛研究。由于只有催化剂表面原子能够参与催化反应，其原子利用率较低；催化剂表面配位不饱和原子比例较少，限制其对底物分子的活化能力；催化材料活性位点不均一，难以有效调控特定产物的选择性。单原子催化剂是金属中心直接与其他配体结构结合并原子级分散于载体表面的催化材料，近些年逐渐成为多相催化领域一个新兴的研究热点。相比于金属纳米催化剂，单原子催化剂具有活性金属组分原子利用率高、活性中心结构和组成简单且金属中心电子结构可调等优势。对此单原子催化剂的研究有望替