[发明专利]一种稳定的金属单原子及其制备方法

说明书

本发明提供一种稳定的金属单原子及其制备方法，所述金属单原子负载于三维多孔石墨烯上，其中，所述三维多孔石墨烯采用纳米多孔金属材料为模板制备而成，并将所述纳米多孔金属材料加热到所述纳米多孔金属材料熔点以上并保温以得到所述金属单原子。本发明提供一种稳定的金属单原子及其制备方法，所述金属单原子在加热到1000℃仍然分散很好，没有团聚成小颗粒。

技术领域

本发明涉及催化剂材料技术领域，具体涉及一种稳定的金属单原子及其制备方法。

背景技术

如何提高多相催化过程中催化剂的利用率是科学与工业界普遍关心的重大问题。目前，单原子催化剂以其最高的利用率，已成为多相催化中最活跃的新领域。通过各种化学或者物理方法，已经制备出了种类丰富的单原子催化剂，并且在多种催化过程中得到很好的应用。

单原子催化剂在很多化学反应中都表现出了优异的性能。然而单原子催化剂的热稳定性较差是其工业应用的致命弱点，尤其对于金单原子催化剂。另外，负载单原子的载体通常比表面积较低也是影响其负载量的重要因素。如果能够找到一种具有高温热稳定性，且具有较大负载量的金属单原子制备方法，那就会大大提高单原子催化剂的科学研究进展与工业应用价值。

发明内容

基于此，本发明提供一种具有高温稳定性的、高负载的金属单原子及其制备方法。

本发明实施例提供了一种稳定的金属单原子，所述金属单原子负载于三维多孔石墨烯上，其中，所述三维多孔石墨烯采用纳米多孔金属材料为模板制备而成，并将所述纳米多孔金属材料加热到所述纳米多孔金属材料熔点以上并保温以得到所述金属单原子。

可选的是，所述三维多孔石墨烯的表面积是所述纳米多孔金属材料表面积的至少2倍以上。

可选的是，所述纳米多孔金属材料包括纳米多孔金(NPG)。

可选的是，所述金属单原子在1000℃以上保温60分钟以上仍保持分散状态，即不发生团聚。

本发明还提供一种金属单原子的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备纳米多孔金属材料；

(2)将步骤(1)中得到的所述纳米多孔金属材料催化碳源气体，在所述纳米多孔金属材料表面形成一层非晶碳；

(3)将步骤(2)中得到的表面负载非晶碳的所述纳米多孔金属材料加热到所述纳米多孔金属材料熔点以上并保温，最终留下负载于三维纳米多孔石墨烯的金属单原子。

可选的是，所述三维多孔石墨烯的表面积是所述纳米多孔金属材料表面积的至少2倍以上；

可选的是，所述纳米多孔金属材料包括纳米多孔金(NPG)。

可选的是，采用脱合金、电化学方法或水热法制备所述纳米多孔金属材料。

可选的是，所述金属单原子在1000℃以上以分散状态保温60分钟以上，即不发生团聚。

可选的是，所述碳源气体包括有机碳源气体；

可选的是，所述碳源气体包括甲烷。

可选的是，所述方法包括以下步骤：

(1)取AuAg合金，采用脱合金、电化学方法或水热法制备纳米多孔金(NPG)；

(2)将步骤(1)中得到的所述纳米多孔金催化碳源气体，在所述纳米多孔金表面形成一层非晶碳；

(3)将步骤(2)中得到表面负载非晶碳的纳米多孔金加热到所述纳米多孔金熔点以上并保温，最终留下负载有金单原子的三维纳米多孔石墨烯。

本发明还提供一种采用上述金属单原子作为催化剂的用途。

有益效果。