一种过渡金属单原子材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种过渡金属单原子材料及其制备方法和应用。该材料含有活性组分和载体，所述活性组分为镍单原子、铁单原子和/或钴单原子，所述载体为氟掺杂碳纳米片，所述的镍单原子、铁单原子和/或钴单原子均匀地分散在所述氟掺杂碳纳米片上。所述金属镍单原子材料在电催化二氧还原制备一氧化碳的应用中，具有较高的活性和稳定性。本发明专利技术提供的制备方法在惰性气氛下可大量制备，十分适用于规模化、工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属单原子材料及其制备方法和应用
本专利技术属于化学催化
，特别涉及一种过渡金属单原子材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着化石能源(煤炭、石油、天然气)的不断开发和利用，二氧化碳的排放量逐年增加并对生态系统平衡产生了一定的影响。另一方面，现代社会中能源在我们的生产和生活中都成为了不可缺少的部分，人类社会的发展需要加强能源供给，但同时也必须考虑降低碳排放。电催化二氧化碳还原转化为一氧化碳，后者作为一种重要的化工原料，可以通过费托合成来生产碳氢小分子燃料，在经济发展中具有重要的地位。电催化方式耦合水制氢的过程，能够在较为温和的条件下实现二氧化碳的原位还原转化。研究者们认为，利用可再生能源诸如风能或太阳能供电，在合适的电催化材料存在下，可实现二氧化碳向一氧化碳的清洁转化。而科学家们前期对于二氧化碳电催化还原在非均相体系中的研究主要集中在贵金属基催化剂中，贵金属的稀有性决定了其在实际应用中的局限性。而对于过渡金属镍纳米颗粒，科学家们发现由于其(111)晶面对CO有强的吸附作用，几乎对二氧化碳电催化还原惰性。随着表征技术的进步，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属单原子材料，其特征在于，所述材料含有活性组分和载体，所述活性组分为镍单原子、铁单原子和/或钴单原子，所述载体为氟掺杂碳纳米片，所述的镍单原子、铁单原子和/或钴单原子均匀地分散在所述氟掺杂碳纳米片上。/n

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属单原子材料，其特征在于，所述材料含有活性组分和载体，所述活性组分为镍单原子、铁单原子和/或钴单原子，所述载体为氟掺杂碳纳米片，所述的镍单原子、铁单原子和/或钴单原子均匀地分散在所述氟掺杂碳纳米片上。


2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述活性组分在所述过渡金属单原子材料上的负载量为1-10wt％；
优选地，所述氟掺杂碳纳米片中含有碳元素、氮元素、氧元素、氢元素和氟元素；
优选地，所述氟掺杂碳纳米片为超薄二维纳米片。优选地，所述纳米片的厚度为0.5-5nm。


3.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述过渡金属单原子材料以Ni-SAs@FNC表示；
其中，Ni以单原子形式存在；SAs@FNC代表氟掺杂碳纳米片，Ni单原子均匀地高度分散在所述氟掺杂碳纳米片上；
Ni单原子的负载量为1-10wt％；氟掺杂碳纳米片为二维片层结构，其厚度为0.5-5nm。


4.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述过渡金属单原子材料以Fe-SAs@FNC表示；其中，Fe以单原子形式存在；SAs@FNC代表氟掺杂碳纳米片，Fe单原子均匀地高度分散在所述氟掺杂碳纳米片上。


5.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述过渡金属单原子材料以Co-SAs@FNC表示；其中，Co以单原子形式存在；SAs@FNC代表氟掺杂碳纳米片，Co单原子均匀地高度分散在所述氟掺杂碳纳米片上。


6.权利要求1-5任一项所述过渡金属单原子材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将碳源、过渡金属盐与氟掺杂剂分散液混合，将所得混合物冷冻干燥，得到前驱体；
(2)所述前驱体经高温热解后降至室温，得到所述过渡金属单原子材料。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碳源为含碳有机物，选自三聚氰胺、二氰胺、葡萄糖、蔗糖和尿素中的一种、两种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱起龙，韩淑果，林华，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35