[发明专利]一种单原子过渡金属催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子过渡金属催化剂，其特征在于，所述单原子过渡金属催化剂包括以单原子形式在载体表面上呈现高度分散的过渡金属，所述载体为二氧化锰。

2.根据权利要求1所述的一种单原子过渡金属催化剂，其特征在于，所述单原子过渡金属催化剂中过渡金属含量小于15wt％；优选小于5wt％；例如为1-5wt％。

3.一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将二氧化锰载体和过渡金属前驱体混合，得到悬浮液；

2)将过氧化氢水溶液与步骤1)的悬浮液混合，反应；

3)对步骤2)的反应产物进行焙烧，制备得到所述的高度分散的过渡金属催化剂。

4.根据权利要求3所述的一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)具体包括如下步骤：

1’)将二氧化锰载体超声分散于去离子水中，加入过渡金属前驱体，搅拌，制备得到含有二氧化锰载体和过渡金属前驱体的悬浮液；

优选地，步骤1’)中，所述超声分散的时间为30min-2h；所述超声分散的温度为室温；

优选地，步骤1)和步骤1’)中，所述过渡金属前驱体以过渡金属前驱体水溶液的形式加入；所述过渡金属前驱体水溶液中过渡金属前驱体的浓度为0.001-0.1g/mL；例如为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05g/mL。

5.根据权利要求4所述的一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1’)中，所述搅拌的时间为30min-2h；所述搅拌的温度为室温。

6.根据权利要求4所述的一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤1’)中，所述悬浮液中二氧化锰载体的浓度为0.001-0.5g/mL，优选为0.01-0.05g/mL；例如为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05g/mL；

优选地，步骤1)和步骤1’)中，所述悬浮液中过渡金属前驱体的浓度为0.001-0.5g/mL，优选为0.01-0.05g/mL；例如为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05g/mL；

优选地，步骤1)和步骤1’)中，所述悬浮液中过渡金属前驱体和二氧化锰载体的质量没有限定，其满足制备得到的单原子过渡金属催化剂中过渡金属的含量小于15wt％；优选小于10wt％；例如为1-5wt％。

7.根据权利要求3～6任一项所述的一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述二氧化锰载体为二氧化锰棒状载体，例如为二氧化锰纳米棒；

优选地，所述二氧化锰纳米棒为α型晶体结构，具有4×4+2×2的Mn-O八面体堆积型孔道，其比表面积为30-80m²/g，平均孔径为3-30nm；例如其比表面积为57.0m²/g，平均孔径为4.0nm。

8.根据权利要求3～7任一项所述的一种单原子过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属前驱体选自Cu(NO₃)₂·3H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、SnCl₂·2H₂O、CoCl₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·3H₂O、ZnCl₂或Zn(NO₃)₂·3H₂O中的至少一种。