基于金属单原子和石墨烯的复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种基于金属单原子和石墨烯的复合材料及其制备方法和应用。该基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法包括以下步骤：将石墨烯、金属氧化物和刻蚀剂（水或氢氧化钾）混合，制备混合物；对混合物进行微波热处理，制备由石墨烯负载的金属单原子前驱体；对由石墨烯负载的金属单原子前驱体进行水洗处理。由微波产生的高温一方面可以使水或氢氧化钾刻蚀石墨烯形成碳缺陷，增加石墨烯的比表面积，另一方面可以使金属氧化物形成蒸汽在石墨烯中均匀分布，并被碳还原，以金属单原子的形式掺杂至碳缺陷中，从而使金属单原子掺杂至石墨烯中，金属单原子负载量高，且不易团聚，将其应用于电化学氧还原反应中，催化活性高，稳定性好。性好。性好。

【技术实现步骤摘要】
基于金属单原子和石墨烯的复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及石墨烯复合材料
，特别是涉及一种基于金属单原子和石墨烯的复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电化学氧还原反应（ORR）对燃料电池和金属空气电池等能量存储与转换体系的性能起决定性作用。ORR是动力学缓慢过程，需要合适的催化剂加快ORR进程。Pt等贵金属基催化剂对ORR表现出高的催化性能，然而贵金属催化剂由于成本高、储量少、稳定性差、易中毒等原因，其商业化应用受到限制。因此，需要开发低成本、高活性、稳定性好的催化剂以替代贵金属催化剂。
[0003]单原子催化剂是一种成本大幅降低、催化活性高和选择性好的新型催化剂。在固体载体上原子级分散的金属单原子代表了纳米级催化剂的极限，实现了原子的最大利用率，兼具多相催化剂和均相催化剂的优点。由于单原子的高表面自由能，金属单原子通常被固定在具有高表面积和丰富锚定位点的载体上，以防止合成和催化过程中的聚集。
[0004]合成单原子催化剂的方法主要包括物理方法和化学方法，物理方法主要是原子层沉积，但此法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨烯、金属氧化物和刻蚀剂混合，制备混合物；对所述混合物进行微波热处理，制备由石墨烯负载的金属单原子前驱体；对所述由石墨烯负载的金属单原子前驱体进行水洗处理；所述刻蚀剂为水或氢氧化钾。2.根据权利要求1所述的基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述刻蚀剂为水，所述的水在包含所述石墨烯、金属氧化物和水的所述混合物中的质量分数为5wt%～25wt%；或所述刻蚀剂为氢氧化钾，所述氢氧化钾与所述石墨烯的质量比为X，0＜X≤1。3.根据权利要求2所述的基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物与所述石墨烯的质量比为Y，0＜Y≤0.2。4.根据权利要求1所述的基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，在所述石墨烯中，氧原子的质量百分比为0～40wt％；和/或所述石墨烯为层数为1～10的少层石墨烯。5.根据权利要求1所述的基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属氧化物为氧化锌、氧化亚铜、氧化镁、三氧化二铝、氧化铈中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的基于金属单原子和石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，所述微波热处理的工艺包括：真空，且微波热处理的功率为1kW～15kW，微波热处理的时间为1s～5min。7.根据权利要求1至6任一项所述的基于金属单原子和石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜真真，王晶，王珺，于帆，李炯利，王旭东，王刚，罗圭纳，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：