一种碳材料表面负载金属单原子的方法.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CN113198463A(43)申请公布日2021.08.03(21)申请号202110398155.5(22)申请日2021.04.14(71)申请人云南大学地址650091云南省昆明市翠湖北路2号(72)发明人李卫王家强杨喜昆向志伟熊琪陈道梅(74)专利代理机构昆明同聚专利代理有限公司53214代理人苏芸芸(51)Int.Cl.B01J23/42(2006.01)B01J23/72(2006.01)B01J23/75(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种碳材料表面负载金属单原子的方法(57)摘要本发明公开一种碳材料表面负载金属单原子的方法，本方法是先将碳材料在硫酸和硝酸的混合溶液中进行预氧化处理，氧化产物离心洗涤后干燥获得表面氧化的碳材料，将水溶性金属前驱体分子溶液与表面氧化的碳材料在超纯水中混合；然后将混合物冻干后转移到管式炉中；经过热处理后获得金属单原子负载在碳表面的纳米材料；本发明方法具有工艺简单、对设备要求低、成本低，适用于工业化生产和市场推广应用。CN113198463ACN113198463A权利要求书1/1页1.一种碳材料表面负载金属单原子的方法，其特征在于，步骤如下：（1）将浓度0.1mol/L~18mol/L硫酸溶液和0.1mol/L~14mol/L硝酸溶液按体积比1:0.01~1:100的比例混合制得混合酸溶液，将碳材料置于上述混合酸溶液中，30~35℃水浴氧化1~30h，然后用水离心洗涤，干燥制得表面氧化的碳材料；（2）将表面氧化的碳材料置于超纯水中，搅拌、超声配制浓度0.5~10mg/mL的悬浮液，按水溶性金属前驱体分子溶液与表面氧化的碳材料悬浮液的体积比为1:0.1~1:2000的比例，将水溶性金属前驱体分子溶液与表面氧化的碳材料悬浮液混合，并置于20~50℃下搅拌3~24h，其中水溶性金属前驱体分子溶液中金属离子浓度为0.01~1000g/L；（3）将步骤（2）混合物冻干后置于管式炉中，在N气氛、1201000℃下保温0.510h后，冷2~~却至室温，即得到碳材料表面负载金属单原子的材料。2.根据权利要求1所述的碳材料表面负载金属单原子的方法，其特征在于：碳材料是石墨、单层或多层石墨烯、碳纳米管、导电碳黑、导电金刚石、碳纳米角、石墨炔、活性炭、生物质碳化材料、聚合物碳化材料、氰氨碳化材料、金属有机框架碳化材料、共价有机框架碳化材料、纳米多孔碳、碳纳米球、氮化碳、g‑C3N4、酞菁衍生碳、碳纤维、石墨纤维中的一种或几种，其中碳纳米管为管径5～100nm的单壁或多壁的碳纳米管，聚合物碳化材料为苯胺类聚合物、聚乙烯、聚吡咯、聚吡啶、聚卟啉、聚酞菁中的一种或几种聚合碳化后制得。3.根据权利要求1所述的碳材料表面负载金属单原子的方法，其特征在于：水溶性金属前驱体分子为水溶性的金属配位化合物和金属盐化合物。4.根据权利要求3所述的碳材料表面负载金属单原子的方法，其特征在于：水溶性的金属配位化合物和金属盐化合物为铂、钯、铑、铱、金、银、铁、钴、镍、铜、锌、锰或铬的水溶性配位化合物和盐类化合物。2CN113198463A说明书1/4页一种碳材料表面负载金属单原子的方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳材料表面负载金属单原子的方法，属于纳米材料领域。背景技术[0002]催化剂或称触媒，是指在化学反应中能影响其他物质的化学反应速率，而其在该化学反应前后不发生变化的物质。催化剂对社会发展起着非常重要的作用，据不完全统计，通过催化剂直接和间接合成的化学原料和中间体全球就约有3万多种。这些材料有直接关系到人们基本生活的必须品，也有涉及到现代高科技领域，如航空航天、新能源转换器件以及生物医疗工程等。化学工业催化剂主要有均相催化剂和多相催化剂。其中，与催化反应物的物态相一致的是均相催化剂；与反应物所处的物态不同的是多相催化剂。[0003]近年来，单原子催化剂(SACs)因其拥有极高的金属原子利用率(~100%)、可调控的金属原子化学环境、独特的电子结构以及金属与载体的强相互作用成为催化剂研究领域重要分支。均一分散的金属单原子作为催化活性中心与均相催化类似，为各种催化反应机理的研究提供了良好的研究平台，同时它还具备多相催化剂稳定易分离的特点，使同时实现催化反应的高活性、高选择性以及高稳定性成为可能。因此，SACs被认为是传统均相催化和多相催化之间的桥梁(AccountsofChemicalResearch,2013,46,1740‑1748)。[0004]SACs载体材料显著影响其催化性能，如活性、选择性和稳定性，不同载体材料会导致不同的金属单原子分散性和电子结构特性。在单原子催化剂的制备及反应过程中，由于金属单原子活泼