[发明专利]一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂及其制备方法

说明书

一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂及其制备方法，将碳氮聚合物与水混合后在150‑200℃下水热处理10‑15h，得到含羟基的碳氮聚合物；将含羟基的碳氮聚合物与水混合后超声，然后加入金属源溶液，避光搅拌8‑24h，分离，干燥，然后煅烧，得到金属单原子负载碳氮聚合物催化剂。本发明金属的单原子负载碳氮聚合物的制备方法简单，通用性强，单原子位置负载位置精准可控，所制备的金属单原子负载碳氮聚合物催化剂负载量高，面内电荷传输迅速，光催化性能优异，稳定性强。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂及其制备方法。

背景技术

碳氮聚合物(P-CN)是已有文献报道的最古老的材料之一，由地壳含量丰富的碳和氮元素组成。P-CN无毒无害，生产成本很低，具有可见光响应(能带宽度在2.7eV左右)，作为一种光催化剂受到了科学界的广泛关注与研究。但是其面内的电荷传输缓慢且无序，导致光激发的电子不能有效的精准传输到催化反应的活性位点周围完成光催化反应，极大的限制了其在光催化领域的应用，亟需寻求一种方法直接将激发态的电子定向的传输到活性位点周围。

据文献报道(Chemical Reviews 119,1806-1854)，将金属粒子的尺寸减小到一个原子大小，其电子轨道将会从连续态变为离散态。若将这种金属单元子组装在基底材料上，将会改变基底材料的电子结构，从而改变基底材料的电子传输性能。这提供了一种在原子尺度上修饰载体材料电荷传输性能的途径：如果能够精准的把金属单原子负载在P-CN的活性位点周围，通过金属与载体之间的相互作用改变载体的能带结构，将会改变电子传输方向，从而达到电子定向传输的目的。

然而，随着尺寸的减小，金属粒子的表面能将会急剧增大，将会自发的聚集成较大的金属粒子。虽然由较多的文献报道了各种“自上而下”或“自下而上”的金属单原子负载方法，但是没有一种方法能够精准的将单原子负载到活性位点周围。因此，精准的将较大含量的金属单原子负载到P-CN的活性位点周围难度极大，未曾有人报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供了一种金属单原子负载碳氮聚合物的催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属单原子负载碳氮聚合物催化剂的制备方法，将碳氮聚合物与水混合后在150-200℃下水热处理10-15h，得到含羟基的碳氮聚合物；

将含羟基的碳氮聚合物与水混合后超声，然后加入金属源溶液，避光搅拌8-24h，分离，干燥，然后煅烧，得到金属单原子负载碳氮聚合物催化剂。

本发明进一步的改进在于，碳氮聚合物通过以下过程制得：将含氮前驱体在520-580℃下煅烧2-5h。

本发明进一步的改进在于，含氮前驱体为尿素、三聚氰胺与三聚氰酸中的一种或多种；当采用尿素、三聚氰胺与三聚氰酸中的两种时，两种按照质量比1:1混合，当采用三种中，三种按质量比1:1:1混合。

本发明进一步的改进在于，自室温以1-5℃的升温速率升温至520-580℃。

本发明进一步的改进在于，碳氮聚合物与水的比为0.1-0.5g：20-70mL；含羟基的碳氮聚合物与水0.1-0.5g：30-80mL。

本发明进一步的改进在于，含羟基的碳氮聚合物与金属源溶液的比为0.1-0.5g：10-20mL；金属源溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。

本发明进一步的改进在于，超声的功率为200W，时间为30-60min；金属源溶液为含Pt、Pd、Au、Fe、Ni、Cu或Ag金属阳离子的金属源溶液。