一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法技术

本发明专利技术适用于无机纳米材料技术领域，提供了一种清洁高效的双金属单原子催化剂(DACs)的制备方法，包括以下步骤：以氧化铈和金属前驱体水溶液为原料，将原料通入钨管电极，利用另一钨管电极作为对电极通入高纯氮气，等离子体放电处理原料，离心收集沉淀并水洗干燥即可。本发明专利技术提供的连续流液相等离子体技术(f

【技术实现步骤摘要】
一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于无机纳米材料
，尤其涉及一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]双金属单原子催化剂(DACs)具有极高的原子利用率、不饱和的配位环境和强的金属
‑
载体相互作用，有望实现催化活性和选择性的不断提高，如今已成为催化领域的研究重点。DACs不仅突破了单原子催化剂的负载量限制，还可以通过提供邻近的活性位点来解耦催化过程的多分子反应，表现出强大的多功能性打破线性缩放关系。此外，DACs具有多样的原子物种和价态，可以提供丰富的原子位点组合。因此，构建双单原子催化剂有望实现催化性能的提升。然而，单原子金属极高的表面自由能导致DACs在存储和应用时极易发生团聚现象，形成纳米团簇或纳米颗粒而影响催化剂活性和选择性。
[0003]目前开发了多种DACs制备工艺，包括前驱体预选法、热迁移法和顺序沉积法等。传统的制备工艺过程中，仅能选择有限的含有双金属原子结构的特定试剂作为前驱体，严重限制了DACs的发展。为了得到孤立的双金属单原子需要经过煅烧和热还原等繁琐的过程，耗费能量且产率低下，在合成过程中需要严格控制合成条件才能保证双原子结构的准确形成，严重限制了DACs在工业领域的实际应用。原子层沉积技术(ALD)极易实现原子级控制，在载体上原位负载单原子金属，但是需要特殊的腔室系统，成本高且催化剂产量低，一般只适合实验室研究，不利于单原子催化剂的商业化应用。同时，循环吹扫过程不可避免地浪费了贵金属前体。原位负载的过程中，保持单原子金属的单分散型仍然是一个挑战，载体对单原子金属近乎100％的捕获是很难达到的。因此，亟需开发新型的DACs制备工艺，将单原子双金属以近100％的捕获效率锚定在载体上。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的，一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：以氧化铈和金属前驱体水溶液为原料，将原料通入钨管电极，利用另一钨管电极作为对电极通入高纯氮气，等离子体放电处理原料，离心收集沉淀并水洗干燥即可。
[0006]优选地，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈、乌洛托品和乙酸混合，得到前驱溶液，将前驱溶液置于高压反应釜中加热、反应，离心收集沉淀物，煅烧，得到浅黄色氧化铈。
[0007]优选地，所述氧化铈为厚度15nm的多孔纳米片。
[0008]优选地，所述金属前驱体为HAuCl4、RhCl3、NaPdCl4、RuCl3、H2PtCl6中的一种或两种。
[0009]优选地，所述金属前驱体中金属负载量为0.15～0.4wt％。
[0010]优选地，所述钨管电极的外径和内径分别为3mm和1mm，纯度为99％。
[0011]优选地，将原料通入钨管电极的步骤中，所述通入流速为100mL/min；
[0012]利用另一钨管电极作为对电极通入高纯氮气的步骤中，所述氮气通入流速为1L/min。
[0013]优选地，等离子体放电处理原料的步骤中，所述放电电压为
±
2.5kV，频率为20kHz，放电宽度为2.0μs。
[0014]本专利技术实施例提供的一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，采用连续流液相等离子体(f
‑
LPP)技术，将金属前驱体和CeO2纳米片通入等离子体放电中心，高效的产生氧空位提高金属原子与载体表面的结合强度，同时还原金属前驱体将金属单原子锚定于CeO2纳米片表面，f
‑
LPP产生的高能电子和自由基足以引发金属前体的还原，无需加入还原气体和还原剂；
[0015]在制备过程中，f
‑
LPP处理速度高达100mL/min，制备双金属单原子催化剂的生产率可以达到216g/d，有望实现双金属单原子催化剂的自动化合成和大批量制备；
[0016]利用f
‑
LPP技术，对金属前驱体的利用率达到98％以上，避免了贵金属资源的浪费，高效绿色。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例提供的可实现一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法的装置结构图；
[0018]图2为实施例1提供的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图；
[0019]图3为实施例1提供的Au1Rh1/CeO2、Au箔以及Au2O3傅里叶变换EXAFS函数曲线；
[0020]图4为实施例1提供的Au1Rh1/CeO2、Rh箔以及Rh2O3傅里叶变换EXAFS函数曲线；
[0021]图5为实施例1提供的水煤气转化活性曲线；
[0022]图6为实施例2提供的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图；
[0023]图7为实施例2提供的Au1Pd1/CeO2、Au箔以及Au2O3的傅里叶变换EXAFS函数曲线；
[0024]图8为实施例2提供的Au1Pd1/CeO2、Pd箔以及PdO的傅里叶变换EXAFS函数曲线。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：以氧化铈和金属前驱体水溶液为原料，使用蠕动泵以100mL/min将原料通入钨管电极，利用另一钨管电极作为对电极，1L/min通入高纯氮气，双极直流脉冲电源产生等离子体放电处理原料，放电电压为
±
2.5kV，频率为20kHz，放电宽度为2.0μs，离心收集沉淀并水洗干燥即可；
[0027]其中，氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈、乌洛托品和乙酸混合，得到前驱溶液，将前驱溶液置于高压反应釜中加热至反应温度为140℃反应9h，离心收集沉淀物，在马弗炉中500℃煅烧2h，得到浅黄色氧化铈，氧化铈为厚度15nm的多孔纳米片；
[0028]金属前驱体为HAuCl4、RhCl3、NaPdCl4、RuCl3、H2PtCl6中的一种或两种，金属前驱体
中金属负载量为0.15～0.4wt％；
[0029]钨管的外径和内径分别为3mm和1mm，纯度为99％。
[0030]本专利技术实施例的制备方法可以在如图1所示的装置上进行实施。
[0031]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0032]实施例1、一种双单原子催化剂f
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Au1Rh1/CeO2的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将0.15g CeO2纳米片分散于100mL去离子水中，加入102ul 1wt％HAuCl4和90ul 10mM RhCl3溶液，以2M NaOH调节溶液pH＝8，利用蠕动泵以100mL/min的流速将溶液通入钨管电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以氧化铈和金属前驱体水溶液为原料，将原料通入钨管电极，利用另一钨管电极作为对电极通入高纯氮气，等离子体放电处理原料，离心收集沉淀并水洗干燥即可。2.根据权利要求1所述的清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：将硝酸铈、乌洛托品和乙酸混合，得到前驱溶液，将前驱溶液置于高压反应釜中加热、反应，离心收集沉淀物，煅烧，得到浅黄色氧化铈。3.根据权利要求2所述的清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述氧化铈为厚度15nm的多孔纳米片。4.根据权利要求1所述的清洁高效的双金属单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体为HAuCl4、RhCl3、NaPdCl4、RuCl3、H2Pt...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昕彤，邢艳梅，王长华，刘益春，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：