一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法及其产品和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114672838A(43)申请公布日2022.06.28(21)申请号202210473093.4(22)申请日2022.04.29(71)申请人西南大学地址400715重庆市北碚区天生路2号(72)发明人包淑娟王友鹏(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275专利代理师赵荣之(51)Int.Cl.C25B11/065(2021.01)C25B11/091(2021.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法及其产品和应用(57)摘要本发明公开了一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，该方法以含氮有机小分子和易升华挥发的有机金属盐为原料，与活性炭混合研磨，研磨均匀后在管式炉中进行高温处理，冷却后得到碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂。该方法充分实现了原料低廉广泛、制备工艺简单、易控制与操作、适合扩大化生产的技术目的，具有很好的科学研究和市场应用价值。并且通过本方法制备得到碳基底氮配位的金属单原子或团簇催化剂，由于金属单原子或金属团簇的存在，催化性能优异，效果显著。CN114672838ACN114672838A权利要求书1/1页1.一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将含氮有机小分子、易挥发金属盐和碳材料混合研磨；(2)将步骤(1)中所得混合物加热，以2～5℃5m5n升温到500～1000℃，保温1～3h，降至室温，得到所述催化剂。2.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含氮有机小分子分子量为20～10000，在50～300℃易熔化。3.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，所述含氮有机小分子为1，10‑菲罗啉、尿素、三聚氰胺中的一种或几种。4.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述易挥发金属盐中金属元素包括钛、钒、铬、铁、钴、镍、锰、铜、锌、钼、银、钌、钯、铂、铑中的一种或几种。5.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，所述易挥发金属盐为二茂金属或乙酰丙酮金属盐中的一种或几种，所述碳材料为活性炭。6.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，所述含氮有机小分子、易挥发金属盐中的氮元素与金属元素摩尔比为1.5～3：1，所述含氮有机小分子与碳材料的质量比例为1：1～5。7.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)在气氛炉中进行，气体为氨气、氮气、氩气或者氦气。8.根据权利要求1所述一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法，其特征在于，将步骤(1)所述含氮有机小分子、易挥发金属盐和碳材料进行研磨后充分混合。9.根据权利要求1‑8任一项所述方法制备得到的碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂。10.一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂作为氧还原催化剂的应用。2CN114672838A说明书1/5页一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法及其产品和应用技术领域[0001]本发明属于材料技术领域，具体涉及一种碳基底氮配位金属单原子或团簇催化剂的制备方法及其产品和应用。背景技术[0002]由于掺杂金属单原子或金属团簇的催化剂材料活性组分的高度分散、金属利用率的大幅度提升以及活性中心与相邻配位原子相互作用，材料表现出优异的催化活性、稳定性和选择性，在催化领域之外的领域(例如传感等领域)也备受关注。目前，掺杂单原子材料的方法主要有以下几种：原子层沉积法、质量选择软着陆法以及湿化学法等。但现有的大多数制备掺杂单原子材料的方法都较繁琐。[0003]在氧还原(ORR)催化领域，大多数贵金属(Pt、Pd等)都具有良好的性能，现在主流的为商业化Pt/C催化剂，但由于Pt/C催化剂含有贵金属Pt而导致整个催化剂的成本较高且易受甲醇影响。近年来，催化剂中以M‑N‑C(M＝Fe、Co、Ni或Mn等)为代表的非贵金属催化剂由于其具备较好的性能得以迅速发展，但非贵金属催化剂的制备往往需要高温退火，易产生团聚，从而影响催化性能，所以导致掺杂单原子催化材料的开发应用成为趋势。根据现有技术的报导，掺杂单原子材料的制备方法大多以湿化学法为主，这大大增加了时间成本，制备过程中采用的某些制备仪器也较为昂贵，且产量较低。[0004]专利(CN113151861A)公开了一种热冲击合成碳载单原子催化剂的方法和碳载单原子催化剂。该方法金属盐、有机配体