一种单原子铜材料的制备方法与应用技术

本申请涉及一种将单原子铜嵌入至3,4,9,10‑芘四羧酸二酐分子晶格结构中(3,4,9,10‑perylenetetracarboxylic dianhydride，PTCDA)用作硝酸根或者亚硝酸根还原合成氨电催化剂。这种单原子催化剂可通过简单的电极原位自还原沉积方法得到，具备工艺简易、可大批量制备、低成本等优势。单原子铜嵌入至PTCDA可与PTCDA分子中的羰基氧发生耦合作用，也同样可导致缓慢的析氢反应动力学，而且铜还可以提供适当的NO

【技术实现步骤摘要】
一种单原子铜材料的制备方法与应用
本专利技术涉及一种单原子铜材料领域具体地为单原子催化剂，更具体涉及一种应用于选择性合成氨领域的单原子铜材料的电催化剂的制备以及应用。
技术介绍
由氮气和氢气分子合成氨(Haber-Bosch工艺)是20世纪最伟大的专利技术之一。如今，这个具有100多年历史的生产方法是世界上大部分人工合成氨的主要来源，占年产量的90％。氨及其衍生物(包括尿素)是肥料的重要组成部分。据估计，如果不使用Haber-Bosch工艺中的人工肥料，全球粮食生产只能支撑当今世界人口的一小部分。然而，由于化石燃料(主要是天然气)是H2前体的主要来源，若在未来继续使用该方法，将越来越多地造成严重的环境问题。此外，N2和H2之间反应的缓慢动力学进一步加剧这一问题。要确保工艺的持续高效运转，则必须升高反应温度(500℃)和压力(>200atm)。因此，这个能量要求极高的工艺过程每年需消耗大约2％的世界总能源供给，并每年释放4亿吨二氧化碳，以便将氨生产维持在满足当前需求所需的水平。因此，开发一种可在大气压和室温下进行并实现清洁、安全和可持续地生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单原子铜材料，由芘四羧酸二酐(PTCDA)和Cu构成，其特征在于：芘四羧酸二酐为3,4,9,10-芘四羧酸二酐，Cu原子以单原子的形式嵌入在3,4,9,10-芘四羧酸二酐分子晶格结构中。/n

【技术特征摘要】
1.一种单原子铜材料，由芘四羧酸二酐(PTCDA)和Cu构成，其特征在于：芘四羧酸二酐为3,4,9,10-芘四羧酸二酐，Cu原子以单原子的形式嵌入在3,4,9,10-芘四羧酸二酐分子晶格结构中。


2.一种单原子铜材料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，将PTCDA还原，并使PTCDA中掺入水合氢离子(H3O+)；
步骤二，将步骤一所得到的还原态的PTCDA置于低浓度Cu2+离子溶液中；
步骤三，将PTCDA电极表面自发生电极原位自还原沉淀反应，Cu2+置换水合氢离子，并发生还原过程，得到单原子铜耦合PTCDA催化剂。


3.根据权利要求2所述单原子铜材料的制备方法，其特征在于：所述Cu2+离子溶液的浓度为0.0001-0.01M，优选地Cu2+离子浓度为0.001-0.01M。


4.根据权利要求2所述单原子铜材料的制备方法，其特征在于：Cu2+离子源自，可溶性的铜盐，优选地为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王海辉，陈高锋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44