[发明专利]单原子Cu/TiO2

说明书

本发明公开了一种单原子Cu/TiO₂纳米线的制备方法，其包括如下步骤：(1)溶剂热法合成具有表面缺陷的金红石型TiO₂纳米棒；(2)浸渍法合成单原子Cu/TiO₂纳米线。本发明通过将硝酸铜加入到金红石型TiO₂纳米棒的碱性溶液中进行浸渍沉淀，通过控制铜的负载量来控制铜的具体形态，特别是能够得到单原子Cu/TiO₂纳米线，本发明的制备方法简单有效，适合于大规模的工业生产。

技术领域

本发明属材料技术领域，具体涉及单原子Cu/TiO₂纳米线的制备方法。

背景技术

化石能源驱动的机械交通是世界范围内环境污染问题的主要成因之一，造成严重的空气污染。汽车排放的主要污染物有CO、碳氢化合物(HC) 以及NOx。其中，CO是对人类和动植物毒性最大的气体。城市空气污染源中的CO主要来自于汽车尾气的排放，CO的排放超过了空气污染物的一半以上。催化氧化法是治理CO主要方法之一，该方法具有运行温度低，脱除效率高等优点。CO氧化催化剂主要由铂铑钯等贵金属元素组成，但价格昂贵、水热稳定性差并且易中毒。所以，开发成本低廉、催化活性高、热稳定性高且抗毒性高的催化材料具有十分重要的意义。因此，非贵金属氧化物催化剂成为人们研究的焦点。但是，非贵金属氧化物催化剂用于低温CO催化氧化仍然未实现商业化应用，主要挑战在于催化剂的活性和稳定性无法达到工业要求。因此寻找新的合成路径，开发一种更高效的新型非贵金属催化剂是科学家们面临的一个关键问题。

单原子催化剂不仅具有完全的原子利用率，而且量子尺寸效应、不饱和配位环境和金属-载体的相互作用等使其具有优异而独特的物理和化学特性，因此单原子催化剂受到人们的广泛研究。金属单原子催化剂，其每个金属原子都可以作为一个活性位点从而实现催化的高效率。相对于微纳米金属催化剂，金属单原子催化剂具有“以一当十、以一当百”的效果。单原子催化体系的成功构建将催化领域研究深入到更小的尺度范围，不仅可以从原子层次认识复杂的多相催化反应，而且由于其优越的催化性能在工业催化中具有巨大的应用潜能。

当然，单原子催化剂的制备面临挑战。当金属粒子的尺度减小到单原子的尺度时，其急剧增大的表面自由能，导致单原子材料在制备和应用时都极其容易发生团聚现象，形成纳米团簇和纳米颗粒，可能导致催化剂的失活等现象，因此单原子催化剂也容易失去单原子的效果。这是制备单原子材料的最大挑战。目前制备单原子材料的方法包括质量分离软着陆法、共沉淀法、浸渍法、原子层沉积法、反Ostwald熟化法、逐步还原法、固相熔融法等。但是受到制备工艺的限制和单原子稳定性的挑战，如何简单高效的制备高质量的催化剂仍然是一个挑战。

发明内容

鉴于上述所提问题，本发明的目的在于提供一种单原子Cu/TiO₂纳米线的制备方法。在本发明的另一方面，还涉及上述单原子Cu/TiO₂纳米线及其应用。

为了解决本发明的技术问题，拟采用如下技术方案：

本发明一方面涉及一种单原子Cu/TiO₂纳米线的制备方法，其特征在于其包括如下步骤：

(1)溶剂热法合成具有表面缺陷的金红石型TiO₂纳米棒：以钛酸四丁酯为钛的前驱体，通过水解反应生成具有表面缺陷的金红石型TiO₂纳米线；

(2)浸渍法合成单原子Cu/TiO₂纳米线：所述浸渍法中，Cu(NO₃)₂的加入量为具有表面缺陷的金红石型TiO₂纳米线的加入量的0.9质量％以下。