[发明专利]一种通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法

权利要求书

1.一种通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于所述方法由下述步骤组成：

(1)ZIF-L(Zn)负载金属源

将2-甲基咪唑溶解于去离子水中，形成溶液A；将六水硝酸锌和金属源溶解于去离子水中，形成溶液B；将溶液A加入溶液B中，室温搅拌2～10小时后，离心洗涤，将沉淀物干燥，得到金属源@ZIF-L(Zn)；其中所述金属源为三乙酰丙酮铁、硝酸铁、氯化铁、乙酸铁、乙酰丙酮钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴、硝酸镍、硝酸铜、氯铂酸、氯化钌、硝酸银中任意一种；

(2)包覆SiO₂

将步骤(1)中的金属源@ZIF-L(Zn)分散于去离子水，然后分别加入十六烷基三甲基溴化铵、NaOH和硅酸四乙酯甲醇溶液，室温搅拌0.5～4小时后，将混合溶液进行离心洗涤，干燥，得到金属源@ZIF-L(Zn)@SiO₂；

(3)制备M-N-C@SiO₂

将步骤(2)的金属源@ZIF-L(Zn)@SiO₂置于管式炉中，在氮气流中加热到800～1100℃，并保持2～8小时，获得M-N-C@SiO₂，其中M代表Fe、Co、Ni、Cu、Pt、Ru、Ag中任意一种；

(4)除SiO₂

将步骤(3)的M-N-C@SiO₂加入到2～4mol/L NaOH水溶液中，在50～100℃下回流2～8小时，用去离子水离心洗涤至上清液pH＝6～8后，将0.5～2mol/L H₂SO₄水溶液倒入沉淀物中，在50～100℃下回流12～24小时，用去离子水离心洗涤至上清液pH＝6～8，干燥后置于管式炉中，在氮气流中加热到800～1100℃，并保持1～4小时，获得单原子M-N-C催化剂。

2.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述2-甲基咪唑与硝酸锌、金属源的摩尔比为8:1:0.005～0.02。

3.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述金属源@ZIF-L(Zn)、十六烷基三甲基溴化铵、NaOH和硅酸四乙酯的质量比为1:0.2～0.3:0.09～0.12:1.8～2.0。

4.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(3)中，将步骤(2)的金属源@ZIF-L(Zn)@SiO₂置于管式炉中，在氮气流中加热到900～1000℃，并保持2～4小时。

5.根据权利要求1或4所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述加热的升温速率为2～5℃/min。

6.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(4)中，将步骤(3)的M-N-C@SiO₂加入到3mol/L NaOH水溶液中，在70～80℃下回流3～5小时。

7.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(4)中，将1mol/L H₂SO₄水溶液倒入沉淀物中，在70～80℃下回流18～20小时。

8.根据权利要求1所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(4)中，在氮气流中加热到900～1000℃，并保持2～3小时。

9.根据权利要求1或8所述的通过限域空间制备金属单原子电催化氧气还原催化剂的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述加热的升温速率为2～5℃/min。