【技术实现步骤摘要】
本专利技术电化学还原催化剂，更具体地，涉及一种铁-铜双原子催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，电催化技术在能源转换与存储、环境治理等领域得到了广泛应用。特别是在氢能生产、燃料电池、二氧化碳还原等过程中，电催化剂的性能直接影响到整个系统的效率和稳定性。其中，单原子催化剂由于其100％的原子利用率、高度不饱和配位以及独特的原子结构而表现出的良好的催化性能，在光催化、热催化和电催化方面成为研究热点。但是，单原子催化剂在催化氧还原反应(orr)方面很难打破含氧中间体线性吸附关系对催化活性的严重限制，抑制催化反应动力学速率。此外，单原子活性位点密度较低，容易被中间体占据而使催化剂发生严重失活，致使单一活性中心难以有效驱动多电子和多质子转移过程。
2、研究表明，双原子催化剂具有比同源单原子催化剂更高的活性。双原子催化剂包含两个既可以相同也可以不同的活性中心，既可以是过渡金属与过渡金属，也可以是过渡金属与稀土金属，大大扩展了活性位点的种类和结构，并且可以针对具体的催化反应进行活性位点调控。相对于单原子催化剂，fe-ni、fe-co和fe-zn双金属位点通过协同效应可以提高orr活性。通过调节催化剂的原子尺寸可有效提高催化剂的电化学性能，一方面能够提高原子利用率和活性位点的暴露，提高金属活性位点的数量；另一方面双原子具有相邻金属活性位点并相邻金属之间的相互协同效应下降低过渡态的活化能垒，从而提高电催化效率。
3、因此，如何通过简便、可控的方法制备出结构明确、性能优异的双原子催化剂，仍然是当前研究的一大挑战。>
技术实现思路
1、鉴于以上内容，本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出了一种铁-铜双原子催化剂及其制备方法。通过本专利技术制备方法制备的铁-铜双原子催化剂具有高的比表面积、更多的活性位点数量，能够有效提高电催化氧还原效率。同时该制备方法工艺流程简单，适于大规模工业生产中应用。
2、为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种铁-铜双原子催化剂，所述的铁-铜双原子催化剂为以金属铁盐和金属铜盐与硫源进行油浴加热自组装，再通过酸洗和碳化过程，形成所述铁-铜双原子催化剂。
3、第二方面，本专利技术实施例提供了一种制备上述第一方面所提供的铁-铜双原子催化剂的制备方法，所述制备方法包括：步骤s1：称取一定量的硫源转移至装有30-50ml水的烧瓶中，然后放入油浴锅中加热搅拌后，取一定量六水氯化镁、氢氧化钾、金属铁盐、金属铜盐的水溶液或乙醇溶液按照一定时间和次序加入所述烧瓶中，混合反应一定时间后，加入一定量的糖类，二次搅拌并自然冷却后，将所得的悬浮液冷冻干燥得到干燥料；步骤s2：将所述干燥料置于氮气气氛下的管式炉中，一次加热后保温一定时间再二次加热后保温一定时间，得到一次碳化物；步骤s3：将所述一次碳化物用硝酸溶液酸洗一定时间，然后用去离子水洗至中性后，再用乙醇进行过滤，干燥后得到中间体，将所述中间体置于氮气气氛下的管式炉进行二次碳化后，得到所述铁-铜双原子催化剂。
4、优选地，在所述步骤s1中，加热温度为55-95℃，搅拌时间为20min。
5、优选地，在所述步骤s1中，反应时间为0.5-5h，二次搅拌时间为2-8h，冷冻干燥时间为20h。
6、优选地，在所述步骤s1中，所述硫源为硫代氨基脲；所述金属铁盐为乙酰丙酮铁；所述金属铜盐为一水乙酸铜；所述糖类为壳聚糖、琼脂糖、葡萄糖等中的一种或多种。
7、优选地，在所述步骤s1中，所述硫代氨基脲、所述六水氯化镁、所述氢氧化钾、所述乙酰丙酮铁、所述一水乙酸铜、所述壳聚糖加入的质量比为(1-3)：(1-3)：(0.5-1.5)：(0.1-0.36)：(0-0.2)：(0.2-0.6)。
8、优选地，在所述步骤s1中，所述干燥料包括自组装硫代氨基脲-壳聚糖-铁铜前驱体混合水凝胶、氢氧化镁及氯化钾。
9、优选地，在所述步骤s2中，一次加热升温速率为2-5℃/min，一次加热温度为350-450℃，一次加热保温时间为1-3h。
10、优选地，在所述步骤s2中，二次加热升温速率为4-10℃/min，二次加热温度为800-1000℃，二次加热保温时间为1-3h。
11、优选地，在所述步骤s3中，硝酸溶液浓度为0.1-3mol/l，酸洗时间为10-15h，所述二次碳化时的升温速率为2-5℃/min，加热温度为800-1200℃，保温时间为1-3h。
12、本专利技术实施例提供的铁-铜双原子催化剂及其制备方法，通过聚集-再分散途径合成了一种负载在多孔碳上的铁-铜双原子催化剂，在制备过程中利用相邻金属位点的相互协同作用，实现对双原子活性位点的有效调控，以降低过渡态能垒，从而提高电催化氧还原效率。另外，通过调节铁-铜双位点的几何结构、配位环境，使得制备出的铁-铜双原子催化剂具有高的比表面积及更多的活性位点，能够有效提高电催化氧还原效率。同时该制备方法工艺简单、可重复性强、稳定性好，适于大规模工业生产中应用。
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1.一种铁-铜双原子催化剂，其特征在于，所述的铁-铜双原子催化剂为以金属铁盐和金属铜盐与硫源进行油浴加热自组装，再通过酸洗和碳化过程，形成所述铁-铜双原子催化剂。
2.一种制备如权利要求1所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，加热温度为55-95℃，搅拌时间为20min。
4.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，反应时间为0.5-5h，二次搅拌时间为2-8h，冷冻干燥时间为20h。
5.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述硫源为硫代氨基脲；所述金属铁盐为乙酰丙酮铁；所述金属铜盐为一水乙酸铜；所述糖类为壳聚糖、琼脂糖、葡萄糖等中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫代氨基脲、所述六水氯化镁、所述氢氧化钾、所述乙酰丙酮铁、所述一水乙酸铜、所述壳聚糖加入的质量比为(1-3)：
7.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述干燥料包括自组装硫代氨基脲-壳聚糖-铁铜前驱体混合水凝胶、氢氧化镁及氯化钾。
8.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，一次加热升温速率为2-5℃/min，一次加热温度为350-450℃，一次加热保温时间为1-3h。
9.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，二次加热升温速率为4-10℃/min，二次加热温度为800-1000℃，二次加热保温时间为1-3h。
10.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，硝酸溶液浓度为0.1-3mol/L，酸洗时间为10-15h，所述二次碳化时的升温速率为2-5℃/min，加热温度为800-1200℃，保温时间为1-3h。
...【技术特征摘要】
1.一种铁-铜双原子催化剂，其特征在于，所述的铁-铜双原子催化剂为以金属铁盐和金属铜盐与硫源进行油浴加热自组装，再通过酸洗和碳化过程，形成所述铁-铜双原子催化剂。
2.一种制备如权利要求1所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
3.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，加热温度为55-95℃，搅拌时间为20min。
4.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，反应时间为0.5-5h，二次搅拌时间为2-8h，冷冻干燥时间为20h。
5.根据权利要求2所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述硫源为硫代氨基脲；所述金属铁盐为乙酰丙酮铁；所述金属铜盐为一水乙酸铜；所述糖类为壳聚糖、琼脂糖、葡萄糖等中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的铁-铜双原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫代氨基脲、所述六水氯化镁、所述氢氧化钾、所述乙酰丙酮铁、所述一水乙酸...
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