镍单原子催化剂及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114682280A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202210372538.XC02F101/34(2006.01)(22)申请日2022.04.11C02F101/38(2006.01)(71)申请人南方科技大学地址518055广东省深圳市南山区桃源街道学苑大道1088号(72)发明人乔涵索红日刘崇炫胡世文唐港(74)专利代理机构华进联合专利商标代理有限公司44224专利代理师刘灿(51)Int.Cl.B01J27/224(2006.01)B01J23/755(2006.01)B01J37/08(2006.01)C02F1/30(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图6页(54)发明名称镍单原子催化剂及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及纳米催化材料技术领域，特别是涉及镍单原子催化剂及其制备方法与应用。本发明中，通过采用壳聚糖溶胶提供碳源，硅酸钠水溶液提供硅源，在合适的pH范围内，与镍盐水溶液混合后，经三种组分的超分子络合作用快速形成镍高分散的镍‑壳聚糖‑硅酸钠三元复合水凝胶，该复合水凝胶可通过采用温度>243.1℃、压力>6.39kPa的超临界流体进行同步的干燥和碳化处理制备镍单原子催化剂。该制备方法操作简单，且防止了水凝胶的孔隙网络结构的过度降解，同时能够最大程度的避免常规技术中高温碳化处理带来的金属原子容易团聚的问题，有效提高了碳基载体上镍单原子的负载量，赋予镍单原子催化剂优良的催化性能。CN114682280ACN114682280A权利要求书1/1页1.一种镍单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别提供壳聚糖溶胶、硅酸钠水溶液和镍盐水溶液；混合所述硅酸钠水溶液与所述壳聚糖溶胶，调节pH值为5～7，加入所述镍盐水溶液，制得反应体系；以45Hz～60Hz的频率对所述反应体系进行震荡，制得镍‑壳聚糖‑硅酸钠三元复合水凝胶；采用温度>243.1℃、压力>6.39kPa的超临界流体对所述镍‑壳聚糖‑硅酸钠复合水凝胶进行同步的干燥和碳化处理；其中，所述壳聚糖溶胶由壳聚糖溶于酸的水溶液制得，所述酸的水溶液为乙酸水溶液、柠檬酸水溶液以及盐酸水溶液中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超临界流体为乙醇超临界流体，所述乙醇超临界流体的温度为250℃～600℃，压力为7kPa～15kPa；和/或所述酸的水溶液采用质量百分含量为0.5％～2％的乙酸水溶液；和/或所述酸的水溶液采用乙酸水溶液，且每100mL所述乙酸水溶液对应的所述壳聚糖的用量为1g～10g；和/或所述壳聚糖的脱乙酰度≥75％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠水溶液的浓度为50mg/mL～150mg/mL；和/或所述硅酸钠水溶液的硅酸钠中Na2O与SiO2的物质的量之比为1:(1～1.5)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐水溶液由水溶性镍盐溶于水制备，所述水溶性镍盐为硝酸镍、氯化镍以及醋酸镍中的一种或多种；和/或所述镍盐水溶液中，镍元素的含量为20mg/mL～50mg/mL。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述镍‑壳聚糖‑硅酸钠复合水凝胶中，镍元素、壳聚糖以及硅酸钠的质量比为1:(29～64):(29～64)。6.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥和碳化处理的时间为3h～6h。7.一种镍单原子催化剂，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的制备方法制得。8.根据权利要求7所述的镍单原子催化剂，其特征在于，所述镍单原子催化剂中，镍原子的质量百分含量为5％～11％。9.权利要求7或8所述的镍单原子催化剂在光催化反应中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光催化反应为可见光催化降解四环素的反应。2CN114682280A说明书1/8页镍单原子催化剂及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及纳米催化材料技术领域，特别是涉及镍单原子催化剂及其制备方法与应用。背景技术[0002]单原子催化剂(SACs)是近年来出现的一种新型催化材料，SACs通常为单个金属原子均匀分布在载体上形成。与传统载体型催化剂相比，SACs具有接近100％的原子利用率，活性高，选择性好，在各种反应中表现出优异的催化性能，且极大的降低了贵金属催化剂的成本。目前，已有各种各样的SACs应用于环境、生物等催化领域。[0003]镍作为一种廉价金属，被广泛运用于多种新型化学反应中，如光催化反应、CO2还原、水裂解析氢等，具有绿色环保、成本低等优势。目前的镍单原子催化剂主要以金属有机骨架化合物、二硫化钼等作为载体，这类载体具有合成条件敏感、合成步骤耗时及成本效益较低的缺点。[