碳基过渡金属单原子材料的制备方法及其应用.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CN113413903A(43)申请公布日2021.09.21(21)申请号202110794954.4(22)申请日2021.07.14(71)申请人中国科学院长春应用化学研究所地址130022吉林省长春市人民大街5625号(72)发明人宋术岩张洪杰汪啸潘菁王汇霖(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人刘猛(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J37/00(2006.01)C07C249/02(2006.01)C07C251/24(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称碳基过渡金属单原子材料的制备方法及其应用(57)摘要本发明提供了一种碳基过渡金属单原子材料的制备方法，包括以下步骤：杂原子掺杂的碳基底与过渡金属粉末在球磨的作用下进行固相反应，反应产物经酸洗后得到碳基过渡金属单原子材料；其中，所述杂原子选自氮和硫中的一种或两种。本发明还提供了一种亚胺化合物的制备方法。本发明在相对温和的条件下，利用球磨技术驱动固相反应，以价格低廉的过渡金属粉末为原料，以杂原子掺杂的碳基底为载体，在球磨过程中金属单原子从体相中直接剥离，形成单原子催化剂，实现了碳基过渡金属单原子材料的快速宏量制备。本发明提供的制备方法以价格低廉的金属粉末为原料，无需高温煅烧，大幅降低了能耗与成本。CN113413903ACN113413903A权利要求书1/1页1.一种碳基过渡金属单原子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：杂原子掺杂的碳基底与过渡金属粉末在球磨的作用下进行固相反应，反应产物经酸洗后得到碳基过渡金属单原子材料；其中，所述杂原子选自氮和硫中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨在高能球磨机中进行，球磨机的电压为60V～120V，时间为1h～48h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳基底选自碳黑。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属选自钴、镍或铁。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述杂原子掺杂的碳基底与过渡金属粉末的质量比为200:1～1:1。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗采用的酸为盐酸或者盐酸与氢氟酸的混合酸，所述盐酸的浓度为2～4mol/L，所述氢氟酸的浓度为0.5～2mol/L，所述酸洗的时间为2～4h。7.一种亚胺化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：杂原子掺杂的碳基底与钴粉末在球磨的作用下进行固相反应，反应产物经酸洗后得到碳基负载钴单原子催化剂；在所述碳基负载钴单原子催化剂的作用下，伯胺化合物在溶剂中反应，得到亚胺化合物。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述杂原子掺杂的碳基底为硫氮共掺杂的碳黑。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述伯胺化合物选自苄胺，所述溶剂选自甲苯。10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为100～150℃，所述反应的时间为8～15h。2CN113413903A说明书1/5页碳基过渡金属单原子材料的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明材料技术领域，具体是一种碳基过渡金属单原子材料的制备方法及其应用。背景技术[0002]均相催化剂和非均相催化剂作为两类催化剂在化学工业中获得了广泛的应用，他们分别有其各自的特点和优势。均相催化剂具有活性位点均一、原子利用率高、活性位点容易调节的优点，但是其稳定性差且与反应物难以分离；而非均相催化剂稳定性高，易于与反应物分离，但是其原子利用率低，只有表面的原子能够与反应物接触参与催化反应。如何能够结合两类催化剂的优势是催化研究的热点和难点。单原子催化剂因为其具有将近100％的原子利用率、活性位点方便调节，容易与反应物分离等优势被认为是沟通均相催化剂和非均相催化剂的桥梁。[0003]然而，由于单个原子高的表面能，极易团聚，导致单原子催化剂难以合成，合成方法限制了其广泛的应用。中国专利CN201910288682.3公开了一种过渡金属单原子催化剂的制备方法，其将过渡金属盐与有机配体溶解在有机溶剂中，浸渍2～8h得到前驱体，再将前驱体煅烧至300～580℃，保持1～5h，从而形成单原子催化剂。该方法需要使用价格相对昂贵的金属盐与有机配体，且合成步骤繁琐，需要高温煅烧处理，材料制备成本高。中国专利CN201810697403.4公开了一种球磨辅助制备碳氮基单原子铁催化剂的方法，其以铁卟啉作为铁源，利用球磨将原料混合，再将前驱体煅烧形成单原子催化剂，该方法以铁卟啉为原料，成本高昂。发明内容[0004]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于碳基过渡金属单原子材料的制备方法及其应用，本发明提供