【技术实现步骤摘要】
一种高负载量单原子催化剂及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于催化剂制备
,具体涉及一种高负载量单原子催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]单原子催化架起了均相催化和异相催化的桥梁,成为了目前催化领域的研究热点之一。与传统催化剂相比,单原子催化剂表现出显著的优势,比如原子利用率理论上可以达到100%;不饱和金属位点表现出更好的活性;结构明确的活性位点更容易揭示催化过程;高活性和选择性等,使其在工业化应用上具有巨大的前景。
[0003]然而单原子催化剂的合成挑战在于载体无法有效稳定单原子,因为由于随着粒子径的减少,表面自由能急剧增加,金属原子倾向于聚集成较大的粒子,并且随着负载量的升高,单分散的原子越不容易形成。因此当前的很多单原子催化剂,其金属负载量都比较低,一般负载量都低1wt%,这大大限制了单原子催化剂在工业上的进一步应用。
[0004]值得注意的是,一些新兴的合成策略已经被提出来获得这样一类独特高的负载量单原子催化剂,如在富含O缺陷的NiO载体上,Gu Meng等人合成了18wt%的Ir单原子;胡劲松课题组通过在巨大比表面积的碳载体上吸附金属前驱体,获得了高达12.1wt%的Co单原子;李亚栋课题组通过聚合物热解的方式,合成了超高30wt%负载量的Fe单原子。实验结果表明,合成的这些高负载量单原子催化剂在电催化等领域表现出优秀的性能。
[0005]然而,上述合成策略均具有自身的局限性,例如仅适用于某种特定的单原子催化剂的合成,普适性较差,或制备步骤繁琐,效率低, ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种单原子催化剂的制备方法,包括如下步骤:S1、在溶剂存在下,三聚氰胺、三聚氰酸、L
‑
丙氨酸和植酸进行缩聚反应,得到二维层状的载体,记为2D
‑
polymer;S2、将含有金属盐的前驱体加入所述2D
‑
polymer中搅拌,得到含有金属的聚合物,记为M@2D
‑
polymer;S3、将所述M@2D
‑
polyme进行冷冻干燥,得到M@2D
‑
polyme粉末;S4、将所述M@2D
‑
polyme粉末进行高温处理,得到所述单原子催化剂。2.根据权利要求1所述的单原子催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中,所述溶剂选自去离子水、乙醇和丙酮中的至少一种;所述三聚氰胺、所述三聚氰酸、所述L
‑
丙氨酸与所述植酸的质量体积比为:1g:(0.5
‑
4)g:(0.5
‑
4)g:(100
‑
500)μL;所述缩聚反应的条件为:温度为20
‑
150℃,时间为1
‑
1.5h。3.根据权利要求1或2所述的单原子催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中,当所述单原子为Fe、Co、Ni、Cu或Zn,所述溶剂为去离子水;当所述单原子为Ru或Ir,所述溶剂为乙醇。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的单原子催化剂的制备方法,其特征在于:步骤S2中,所述金属盐选自对应所述金属元素的硝酸盐、盐酸盐中的至少一种;所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋卫国,晋红强,曹昌燕,
申请(专利权)人:中国科学院化学研究所,
类型:发明
国别省市:
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