一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法.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CN113786856A(43)申请公布日2021.12.14(21)申请号202111206084.0(22)申请日2021.10.15(71)申请人河北工业大学地址300130天津市红桥区丁字沽光荣道8号河北工业大学东院330#(72)发明人张旭郭迎春王小梅(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务所(普通合伙)12210代理人赵凤英(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J37/00(2006.01)B01J37/08(2006.01)C07D317/36(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图7页(54)发明名称一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法(57)摘要本发明为一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法。该方法包括以下步骤：在球磨罐中加入2‑甲基咪唑、金属盐、含锌化合物和研磨球，球磨2‑8h，得到含有ZIFs单晶的混合物；然后将含有ZIFs单晶的混合物置于石英舟中，在管式炉中以2～5℃min‑1从室温升至800～1100℃保持1～3h，自然冷却至室温，最后得到负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管。本发明无需洗涤、分离等步骤，在光热催化和协同催化等领域有着巨大的潜在应用价值，扩宽了其在催化领域中的应用。CN113786856ACN113786856A权利要求书1/1页1.一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：1)球磨法制备含有ZIFs单晶的混合物在球磨罐中加入2‑甲基咪唑、金属盐、含锌化合物和研磨球，球磨2‑8h，得到含有ZIFs单晶的混合物；其中，每1mol的2‑甲基咪唑对应的金属盐和含锌化合物总摩尔量为0.05～1mol，摩尔配比为，金属盐：含锌化合物＝1：1～20；2)制备负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管将上一步得到的含有ZIFs单晶的混合物置于石英舟中，在管式炉中以2～5℃min‑1从室温升至800～1100℃保持1～3h，再自然冷却至室温，最后得到负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管。2.如权利要求1所述的负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征为所述的研磨球直径为0.4cm‑1.0cm，每1g反应物(即2‑甲基咪唑、含锌化合物和金属盐)对应的研磨球的数量为2～10颗；球磨罐的转速为500‑2500r/min。3.如权利要求1所述的负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征为所述的金属盐为Ni(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2·6H2O、NiCl2、四水合醋酸镍(C4H14NiO8)、Ni(CH3COO)2、Co(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2、CoSO4、CoCl2·6H2O、CoCl2、四水合醋酸钴(C4H14CoO8)、Co(CH3COO)2、Fe(NO3)3·9H2O、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3·6H2O、FeCl3、四水合醋酸铁(C6H17FeO10)和醋酸亚铁(C4H6FeO4)中的一种或多种。4.如权利要求1所述的负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征为所述的含锌化合物为氢氧化锌、氧化锌、硝酸锌和六水合硝酸锌中的一种或多种。2CN113786856A说明书1/5页一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法技术领域[0001]本发明涉及碳纳米管一维复合材料制备技术领域，具体涉及一种负载金属单原子和纳米颗粒竹节状氮掺杂碳纳米管的制备方法。背景技术[0002]碳纳米管因其出色的力学、电学以及化学性能，被广泛应用于能源存储与转化、催化转化、锂离子电池、传感器等领域(EnergyStorageMaterials2021,43,365‑374)。然而，纯碳纳米管活性位点较少，限制了碳纳米管在催化领域的应用。为了改善碳纳米管表面化学性质并提高催化性能，对其进行氮掺杂或负载金属纳米颗粒和单原子是一种有效可行的方法。含金属单原子的氮掺杂碳纳米管因其较高的原子利用率、优异的选择性和催化活性，在催化领域引起了人们的广泛关注(Adv.Mater.2018,30,1706287)。此外，利用单原子催化剂将CO2光催化转化为增值化学品和燃料，在解决能源危机和缓解温室效应方面表现出巨大应用潜力而备受关注(Nat.Energy2021,6,807‑814)。[0003]沸石咪唑酯骨架(ZIF)作为MOFs材料的子类，由于较高的含氮量、有序的孔结构和灵活多变的金属位点使其成为一类理想的制备单原子催化剂的前驱体(NanoEnergy2020,71,104547)。通过高