一种单原子催化剂的制备方法

本发明属于纳米材料，尤其涉及一种单原子催化剂的制备方法。

背景技术：

1、随着纳米催化的发展和表征技术的进步，研究者发现表面不饱和配位原子往往是催化的活性位点，所以研究者通过控制纳米晶的尺寸、形貌、晶面去调控催化剂表面原子的分布和结构以提高催化性能。当纳米晶尺寸降低到团簇、单原子时，其能级结构和电子结构会发生根本性的变化，正是由于这种独特的结构特点，使得单原子催化剂往往表现出不同于传统纳米催化剂的活性、选择性和稳定性。单原子材料不仅为从分子层次认识催化反应的机理提供了理想的模型和研究平台，而且有望成为具有工业催化应用和生物医用潜力和的新型催化剂。

2、目前，文献报道了多种制备碳载氮配位单原子催化剂的方法，如浸渍热解法、湿化学合成、物理和化学气相沉积、电化学沉积以及球磨等方式。

3、在公开公告号为cn110801838a的发明专利中，公开了一种单原子催化剂的制备方法，是将泡沫过渡金属在还原气氛中进行高温处理后再与氧化石墨烯分散液混合，高温处理的温度为500℃～900℃；高温处理的时间为1～3h。

4、上述制备方法中，需要对泡沫过渡金属在还原气氛中进行高温处理(500℃以上)，高温处理能耗大，生产成本高，阻碍了单原子催化剂的实际应用。因此亟需一种条件更为温和的制备方法获得原子分布均匀的单原子催化剂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种单原子催化剂的制备方法，省去了对泡沫过渡金属在还原气氛中进行高温处理，与传统能耗大的高温(500℃以上)处理方法相比，该方法更为温和，生产成本更低。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将氮掺杂碳材料在惰性气氛中进行热处理，获得类石墨烯载体材料；

4、(2)将类石墨烯载体材料与溶剂混合，超声制得类石墨烯分散液，所述制得类石墨烯分散液与泡沫过渡金属混合，在保护气氛中干燥，得到泡沫金属-类石墨烯材料；

5、(3)将所述泡沫金属-类石墨烯材料进行液相超声剥离，得到单原子催化剂；

6、所述步骤(2)中将步骤(1)获得类石墨烯分散液均匀地涂抹在具有网状结构的泡沫金属网上，首先置于惰性气氛下常温处理一段时间，去除表面乙醇，防止泡沫金属氧化；再在惰性气氛下低于100℃下加热处理一段时间，获得泡沫金属-类石墨烯材料。

7、优选的，所述步骤(2)中类石墨烯载体材料的溶剂为乙醇。

8、优选的，所述步骤(2)中类石墨烯分散液与泡沫过渡金属混合后，在保护气氛中干燥为分段干燥，首先在常温下干燥10～12h，再在85～90℃温度下干燥10～12h。

9、优选的，所述的泡沫过渡金属为钴、镍、铜中的一种。

10、优选的，所述步骤(3)中液相超声剥离时超声的功率为800～1000w。

11、优选的，所述步骤(2)干燥时保护气氛气体的流速50ml/min～80ml/min。

12、与现有技术相比，本发明省去了对泡沫过渡金属在还原气氛中进行高温处理，采用低温分段干燥，首先在常温下干燥10～12h，然后再在85～90℃温度下干燥10～12h。首先室温处理12h，缓慢去除乙醇，避免泡沫铜的氧化，然后经过低温(85～90℃)处理后，在此过程中利用类石墨烯的表面悬挂键低温(90℃)捕捉泡沫金属表面的金属原子，并形成金属-氧配位，实现单原子催化剂的制备，经球差校正透射电镜表征可以看出，制备的单原子催化剂金属单原子分布均匀，分散性良好，与传统能耗大的高温(500℃以上)处理方法相比，该方法更为温和，生产成本更低。

1.一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中类石墨烯载体材料的溶剂为乙醇。

3.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中类石墨烯分散液与泡沫过渡金属混合后，在保护气氛中干燥为分段干燥，首先在常温下干燥10～12h，再在85～90℃温度下干燥10～12h。

4.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述的泡沫过渡金属为钴、镍、铜中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中液相超声剥离时超声的功率为800～1000w。

6.根据权利要求3所述的一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)干燥时保护气氛气体的流速50ml/min～80ml/min。