金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，包括如下步骤：1)将氧化物高温真空烘干，得到无自由水和结合水的干燥后氧化物粉末，待用；2)将葡萄糖溶于去离子水中，超声分散，得到葡萄糖溶液；然后将步骤1)得到的干燥后氧化物粉末缓慢加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，得到浆液；3)在水浴锅中，将步骤2)制得的浆液搅拌蒸干，再真空干燥，研磨；然后将研磨后的粉末在惰性气氛下煅烧处理，得到碳改性氧化物载体；4)将碳改性氧化物载体浸渍金属盐溶液，干燥，煅烧处理，制得本发明专利技术产物。本发明专利技术所得催化剂的主要成分包括亚纳米团簇和单原子，且该催化剂中碳以无定形结构存在。存在。存在。

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备领域，尤其是涉及一种金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂的普适性制备方法。

技术介绍

[0002]精细化工是生产精细化学品工业的简称，主要以生产精细化学品为目标。其中绝大多数精细化学品的生产都需要催化剂作为媒介。金属催化剂是催化剂中极其重要的一种，以金属作为活性位，按照金属颗粒大小，可分为纳米催化剂和单原子催化剂。纳米金属催化剂由于表面活化能较低，因而相对来说能较为稳定地存在；而单原子催化剂存在原子利用率高达100％和活性位点均一的优势，却容易在高温高压等苛刻条件中团聚长大。因此，合适的高效金属催化剂对于精细化学品的生产有着不可或缺的作用。
[0003]目前，在很多精细化学品生产过程中，单一纳米催化剂或单原子催化剂并不能起到高效催化的作用。
[0004]专利号CN109289842A公开了一种Pd
1+NPs
/TiO2催化剂在芳香醛/酮选择性加氢合成芳香醇中的应用，选择性接近100％，活性高达7807h
‑1，活性优于并达到商业Pd/C催化剂(Pd
NP
)的3倍，也远高于Pd1/TiO2单原子催化剂。
[0005]Shen等也采用简单吸附煅烧法，在有序介孔碳CMK
‑
3载体上制备Ir单原子与纳米颗粒共存的催化剂，将其用于喹啉加氢反应，Ir
1+NPs
/CMK表现出最高的催化活性，TOF值达到7800h
‑1，远高于Ir1/CMK和Ir
NPs
/CMK，更是商业Ir/C的2万倍(Nano Research,2022,10.1007/s12274
‑
022
‑
4235
‑
4)。通过二氧化碳光还原，不仅可以有效降低温室气体二氧化碳含量，还能得到碳中性燃料(例如CH4)；Zheng Xusheng课题组提出了单Pd原子(Pd1)和Pd纳米粒子(Pd
NPs
)在C3N4上用于光催化CO2甲烷化的协同作用，该催化剂在纯水中可实现97.8％的高选择性CH4生产，产率为20.3umolg
cat
‑1·
h
‑1(AdvancedMaterials,2022,10.1002/adma.202200057)。
[0006]上述工作均证明了在很多重要的精细化工体系，需要纳米颗粒与单原子协同作用才具有优异的催化性能。
[0007]但是，金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂的普适性制备策略报道依旧较少。因此，迫切需要开发一种简便、通用的方法来普适性地合成亚纳米团簇与单原子共存催化剂。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是提供一种金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂的普适性制备方法；该制备方法采用工业浸渍法，工艺简单，仅需要搅拌、干燥、煅烧过程便可以实现金属氧化物负载Pt、Pd、Rh、Ru、Ni、Co、Cu等亚纳米团簇与单原子共存催化剂的制备，本专利技术所得催化剂的主要成分包括亚纳米团簇和单原子，且该催化剂中碳以无定形结构存在。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0010]一种金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂的普适性制备方法，包括如下步骤：
[0011]1)将氧化物高温真空烘干，得到无自由水和结合水的干燥后氧化物粉末，待用；
[0012]2)将葡萄糖溶于去离子水中，超声分散，得到葡萄糖溶液；然后将步骤1)得到的干燥后氧化物粉末缓慢加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，得到浆液；
[0013]3)在水浴锅中，将步骤2)制得的浆液搅拌蒸干，再真空干燥，研磨；然后将研磨后的粉末在惰性气氛下煅烧处理，得到碳改性氧化物载体；
[0014]4)将步骤3)制得的碳改性氧化物载体加入到金属盐溶液中，搅拌均匀，蒸干，真空干燥，冷却后研磨成粉末，在惰性气氛下煅烧处理，制得本专利技术产物亚纳米团簇与单原子共存催化剂。
[0015]作为技术方案的进一步改进，步骤1)中，所述氧化物为金属氧化物，如氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁等。
[0016]优选地，步骤1)中，所述高温真空烘干的温度为110
‑
150℃，时间为5
‑
15h。
[0017]作为技术方案的进一步改进，步骤2)中，所述葡萄糖溶液的浓度为6.6
‑
10mg/mL。
[0018]优选地，步骤2)中，所述葡萄糖与氧化物质量比为1:2
‑
3。
[0019]优选地，步骤2)中，所述超声分散的条件为：在400W功率的40％
‑
80％下，超声0.5
‑
2h。
[0020]优选地，步骤2)中，所述搅拌的速率为800
‑
1500r/min，搅拌的时间为5
‑
12h。
[0021]作为技术方案的进一步改进，步骤3)中，所述蒸干的温度为80
‑
90℃；所述真空干燥的温度为70
‑
110℃，干燥时间为10
‑
24h。
[0022]优选地，步骤3)中，所述惰性气氛为Ar或N2。
[0023]优选地，步骤3)中，所述煅烧处理之前需要先用惰性气体吹扫反应器，吹扫时间为60～120min。
[0024]优选地，步骤3)中，所述煅烧处理分两步进行：先低温碳化，再高温处理。
[0025]优选地，步骤3)中，所述先低温碳化的步骤是：在升温梯度为5
‑
10℃/min的条件下升至300
‑
500℃进行碳化处理，所述低温碳化的时间为150
‑
240min；所述高温处理的步骤是：将低温碳化处理后的物料再升温至700
‑
900℃进行煅烧，煅烧的时间为150
‑
240min。
[0026]作为技术方案的进一步改进，步骤4)中，所述金属盐为乙酰丙酮盐、氯化盐或硝酸盐；所述金属活性组分包括但不限于Pt、Pd、Rh、Ru、Ni、Co或Cu。
[0027]优选地，步骤4)中，所述金属盐溶液中的溶剂为有机溶剂，该有机溶剂为甲醇、乙醇、氯仿、丙酮中的一种或多种；所述搅拌的速率为800
‑
1500r/min，搅拌的时间为5
‑
12h；所述蒸干的温度为60
‑
90℃；所述真空干燥的温度为70
‑
110℃，真空干燥的时间为8
‑
24h。
[0028]优选地，步骤4)中，所述惰性气氛为Ar或N2。
[0029]优选地，步骤4)中，所述煅烧处理之前需要先用惰性气体吹扫反应器，吹扫时间为60
‑
120min。
[0030]优选地，步骤4)中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将氧化物高温真空烘干，得到无自由水和结合水的干燥后氧化物粉末，待用；2)将葡萄糖溶于去离子水中，超声分散，得到葡萄糖溶液；然后将步骤1)得到的干燥后氧化物粉末缓慢加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，得到浆液；3)在水浴锅中，将步骤2)制得的浆液搅拌蒸干，再真空干燥，研磨；然后将研磨后的粉末在惰性气氛下煅烧处理，得到碳改性氧化物载体；4)将步骤3)制得的碳改性氧化物载体加入到金属盐溶液中，搅拌均匀，蒸干，真空干燥，冷却后研磨成粉末，在惰性气氛下煅烧处理，制得本发明产物亚纳米团簇与单原子共存催化剂。2.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述氧化物为金属氧化物，如氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化铈、氧化铁等。3.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述高温真空烘干的温度为110
‑
150℃，时间为5
‑
15h。4.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述葡萄糖溶液的浓度为6.6
‑
10mg/mL。5.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述葡萄糖与氧化物质量比为1:2
‑
3。6.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述超声分散的条件为：在400W功率的40％
‑
80％下，超声0.5
‑
2h。7.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述搅拌的速率为800
‑
1500r/min，搅拌的时间为5
‑
12h。8.根据权利要求1所述金属氧化物负载亚纳米团簇与单原子共存催化剂制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述蒸干的温度为80
‑
90℃；所述真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：程道建，吴建国，曹东，吴登峰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：