【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电催化领域双金属单原子催化材料的制备方法，具体涉及一系列双金属单原子材料的制备方法及应用，所制备的双金属单原子材料具有原子尺度，高导电性，表面高密度金属活性位点暴露。
技术介绍
1、自工业化以来，大量化石燃料的燃烧导致了空气中二氧化碳排放量逐年增加，引发了温室效应等日益严重的环境问题。利用可再生能源将co2转化成具有价值的精细化学品和燃料，已成为一种恢复地球碳平衡的有效途径。因此，电催化还原co2(co2rr)催化材料的设计已成为各国研究者关注的热点。
2、目前报道的co2rr催化材料普遍存在选择性低、电流密度低和制备成本高等问题，因此亟需开发高选择性和高电流密度的廉价电催化材料。单原子催化剂(sacs)因其较高的原子利用效率和可调制的配位环境而对金属活性位点电子状态的高度可调性而引起了研究者的关注。同时，sac也被认为是从原子水平上揭示电催化机制的理想模型。其中，过渡金属(tm)单原子在电催化还原co2方面表现出一定的优势，研究者们取得了一些成果，但是，电催化性能还有待进一步提高。相比于sac催化材料，双原子位点催化剂(dasc)可以利用两个相邻金属原子之间电子的相互作用，优化电催化过程中中间体的结合能，从而优化电催化性能。然而，采用简单、合理的制备方法来构建高催化性能的dascs仍然是一项巨大挑战。同时，在双金属单原子模型体系中揭示两种金属原子相互作用与电催化还原co2性能间的关系在研究领域还存在空白。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上
2、本专利技术的技术目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，按照下述步骤进行：
4、步骤1，将表面羟基化的碳纳米管、有机配体和两种过渡金属的可溶性盐均匀分散在去离子水中，在50—60摄氏度氛围中持续搅拌分散8—12小时，离心冷冻干燥，得到双金属配合物包裹的碳纳米管(即两种过渡金属与有机配体形成双金属配合物，由于表面羟基化，这一配合物包裹碳纳米管)；有机配体为双氰胺或者卟啉，过渡金属为钴、锰或者镍；
5、在步骤1中，碳纳米管为单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
6、在步骤1中，将表面羟基化的碳纳米管分散在1—5mol/l的hno3溶液中，室温20—25摄氏度下搅拌20—24h，用去离子水洗涤，真空干燥，以去除碳纳米管内金属杂质。
7、在步骤1中，表面羟基化的碳纳米管按照如下步骤进行制备：将碳纳米管分散在硫酸和硝酸的混合酸溶液中，硫酸和硝酸的体积比为3:1，超声分散，然后室温20—25摄氏度下搅拌20—24h，搅拌结束后用去离子水反复洗涤，碳纳米管表面酸清洗干净，以得到表面羟基化的碳纳米管。
8、在步骤1中，过渡金属的可溶性盐为金属钴的可溶性盐、金属锰的可溶性盐或者金属镍的可溶性盐。
9、在步骤1中，金属钴的可溶性盐为醋酸钴或者氯化钴。
10、在步骤1中，金属锰的可溶性盐为醋酸锰或者硝酸锰。
11、在步骤1中，金属镍的可溶性盐为醋酸镍或者氯化镍。
12、在步骤1中，采用超声进行分散均匀，持续搅拌采用机械搅拌，速度为每分钟100—300转。
13、在步骤1中，为实现或者更好实现双金属配合物对碳纳米管的包裹效果，有机配体的质量为表面羟基化的碳纳米管的质量的2—5倍，优选2—3倍。
14、在步骤1中，两种过渡金属为等摩尔比，为实现或者更好实现两种过渡金属与有机配体的配合效果，选择有机配体的用量为过量，如有机配体的质量为毫克数量级，过渡金属的摩尔数为10-5—10-4mol。
15、步骤2，将步骤1制备的双金属配合物包裹的碳纳米管置于惰性保护气体氛围中进行保温处理，以使有机配体转变为c3n4并包裹在碳纳米管上，配位的过渡金属被热还原成双单原子材料，保温温度为560—620摄氏度，时间为50—80min；
16、在步骤2中，保温温度为600—620摄氏度，时间为60—70min。
17、在步骤2中，惰性保护气体为氮气、氦气、氩气。
18、步骤3，将经步骤2处理并自然冷却至室温20—25摄氏度的产物进行酸洗，以刻蚀金属颗粒，即将热还原的纯金属以及其他非双金属单原子物质酸洗去除，以得到双金属单原子材料。
19、在步骤3中，酸洗采用盐酸、硫酸或者磷酸。
20、在步骤3中，在1mol/l的酸中进行酸洗，超声分散，室温20—25摄氏度搅拌10—12h，洗涤干燥，得到双单原子材料。
21、本专利技术还公开了利用本专利技术的方法制备的双金属单原子材料及其在电催化还原co2中的应用。
22、与现有技术相比，本专利技术制备方法所需设备条件较简单，操作方便，制备成本低，适合于工厂化大规模生产。本专利技术采用配合物辅助热还原法制备双金属单原子材料，可重复性高，产物的活性中心能得到有效保证，极大地简化了制备工艺流程。这种方法可以实现大量制备，在能源存储与转换等工业应用领域具有良好的应用前景。到目前为止，这种在合成过程前期注意采用配合物先锚定多种金属原子在碳氮结构中方法国内外尚无报道。同时制备出一系列双金属单原子催化材料，探究其中金属原子间相互作用与co2rr性能间的关系。
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1.一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，碳纳米管为单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，过渡金属的可溶性盐为金属钴的可溶性盐、金属锰的可溶性盐或者金属镍的可溶性盐。
4.根据权利要求3所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，金属钴的可溶性盐为醋酸钴或者氯化钴，金属锰的可溶性盐为醋酸锰或者硝酸锰，金属镍的可溶性盐为醋酸镍或者氯化镍。
5.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，有机配体的质量为表面羟基化的碳纳米管的质量的2—3倍。
6.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，两种过渡金属为等摩尔比，相对于过渡金属，有机配体的用量为过量。
7.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双
8.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤3中，酸洗采用盐酸、硫酸或者磷酸；在1mol/L的酸中进行酸洗，超声分散，室温20—25摄氏度搅拌10—12h，洗涤干燥，得到双单原子材料。
9.利用如权利要求1—8中任一一项所述的方法制备的双金属单原子材料。
10.如权利要求9所述的双金属单原子材料在电催化还原CO2中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，碳纳米管为单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，过渡金属的可溶性盐为金属钴的可溶性盐、金属锰的可溶性盐或者金属镍的可溶性盐。
4.根据权利要求3所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，金属钴的可溶性盐为醋酸钴或者氯化钴，金属锰的可溶性盐为醋酸锰或者硝酸锰，金属镍的可溶性盐为醋酸镍或者氯化镍。
5.根据权利要求1所述的一种配合物辅助制备双金属单原子材料的方法，其特征在于，在步骤1中，有机配体的质量为表面羟基化的碳纳米管的质量的2—3...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓意达，赵君，韩晓鹏，王嘉骏，吴忠，孙兆勇，陈强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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