一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115672375A(43)申请公布日2023.02.03(21)申请号202211383718.4C25B11/091(2021.01)(22)申请日2022.11.07H01M4/88(2006.01)H01M4/90(2006.01)(71)申请人五邑大学地址529000广东省江门市东成村22号(72)发明人詹云凤赵天佑司徒爱兰冯金晓张泽鸿杨林贵李坪镇关雄聪唐秀凤(74)专利代理机构广州市红荔专利代理有限公司44214专利代理师李彦孚(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J35/02(2006.01)B01J35/10(2006.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂及其制备方法(57)摘要本发明提供一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂及其制备方法，所述的催化剂为具有单原子W、或Mo和N掺杂的多孔碳材料，所述的催化剂具有ORR/HER/OER三功能催化活性。本发明的ZIF‑8前驱体具有高的比表面积、结构及尺寸可调性、多孔性，是M‑N‑C催化剂的优良载体，其Zn原子在800℃以上的热处理时蒸发而留下大量利于捕获金属原子的N空位和缺陷；本发明的选取在高温下具有较强热蒸发特性的三氧化钨和三氧化钼这两种金属氧化物作为金属源，其在热处理过程中具有较高的迁移率，容易被下游的ZIF‑8在分解过程中捕获、锚定，形成具有高载量、分散均匀的氮共掺杂碳基单原子金属催化剂。CN115672375ACN115672375A权利要求书1/1页1.一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂，其特征在于：所述的催化剂为具有单原子W、或Mo和N掺杂的多孔碳材料，所述的催化剂具有ORR/HER/OER三功能催化活性。2.根据权利要求1所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂，其特征在于：所述的单原子催化剂具有凹陷状的、含大量微孔的、十二面体形状的、尺寸为50～1μm的碳纳米笼结构。3.根据权利要求2所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂，其特征在于：所述的单原子催化剂的比表面积大于1400m2/g。4.一种用于制备权利要求1‑3任一项所述的金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的方法，其特征在于包括以下步骤：S1)、将2‑甲基咪唑和六水硝酸锌分别溶于甲醇，将两种溶液混合后经搅拌、静置、洗涤和干燥，得到ZIF‑8前驱体；S2)、将步骤S1)中得到的ZIF‑8与金属氧化物粉末平铺置于同一瓷舟两端、互不接触，放入石英管中，在惰性气体氛围中进行热处理；S3)、将步骤S2)的产物冷却至室温后进行酸洗、水洗至中性后干燥得到金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂。5.根据权利要求4所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的甲醇的量为10～200mL；所述的搅拌时间为0.5～4h；所述的静置时间为8～48h。6.根据权利要求4所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2)中，所述的金属氧化物粉末为三氧化钨或三氧化钼中的一种或2种。7.根据权利要求4所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2)中，将装有金属氧化物粉末的瓷舟一端朝向进气口，保证金属氧化物粉末在ZIF‑8前驱体粉末的上游；所述的ZIF‑8与金属氧化物粉末的质量比为1:0.1～20；所述的ZIF‑8与金属氧化物粉末平铺的表面积为0.5×0.5cm2～4×4cm2。8.根据权利要求4所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2)中，所述的惰性气体氛围为氩气或氮气，气体流速为2～40mL/min；所述的热处理的温度为800～1200℃，保温时间为0.5～4h，升温速率为1～10℃/min；所述的降温速率为1～10℃/min。9.根据权利要求4所述的一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3)中，所述的酸洗、水洗条件为：将步骤S2)得到的材料置于50～300mL的0.5MH2SO4溶液中，放进超声波清洗机中超声3～30min使其分散；再将溶液放置恒温磁力搅拌器上室温搅拌2h，并使用去离子水离心在6000～12000rpm的条件下水洗1次；随后将以上的酸洗步骤再重复；再将离心收集后的材料置于50～300mL的0.5MH2SO4溶液中，并将其放入60～80℃水浴锅中加热搅拌4～12h，最后使用去离子水水洗4‑6遍至中性。2CN115672375A说明书1/7页一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及催化剂技术领域，尤其是一种金属与氮共掺杂碳基单原子催化剂及其制备方法。背景技术[0002]氢能