[发明专利]一种具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种具有高单原子负载量的碳材料的制备方法，其特征在于，利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内，得到具有高单原子负载量的碳材料；

利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内的步骤包括：

S1、获取瓜环溶液；

S2、将所述二茂化合物与所述瓜环溶液混合，搅拌1～24h后，得到混合液；

S3、所述混合液经抽滤、冷冻、干燥后，得到瓜环复合二茂化合物材料；

S4、将所述瓜环复合二茂化合物材料在惰性气氛下煅烧后，冷却、洗涤、烘干，得到具有高单原子负载量的碳材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述瓜环选自CB[6]、CB[7]或CB[8]中的一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二茂化合物选自二茂铁、二茂镍、二茂锰、二茂钴、六氟磷酸二茂铁、六氟磷酸二茂钴中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，获取瓜环溶液的步骤包括：S11、将尿素、盐酸和乙二醛溶液混合并在70～90℃下搅拌，得到甘脲；其中，所述盐酸的摩尔浓度为2.5～3.5mol/L，所述乙二醛溶液的质量分数为35～40％wt，所述尿素和所述乙二醛溶液的摩尔比为2～4:1，S12、将所述甘脲和多聚甲醛溶解在浓盐酸中，并在70～90℃下搅拌10～14h，得到混合瓜环；其中，所述浓盐酸的摩尔浓度为10～14mol/L，所述多聚甲醛和所述甘脲的摩尔比为2.3～2.5:1，所述甘脲与所述浓盐酸的质量体积比为1:45～55；

S13、所述混合瓜环提纯后，得到瓜环，接着将所述瓜环溶于水中，得到瓜环溶液。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述二茂化合物和所述瓜环溶液的摩尔比为0.5～2：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述冷冻、干燥的步骤包括：使用液氮将所述混合液快速冷冻，并将其置于冷冻干燥剂中进行干燥。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述冷却、洗涤、烘干的步骤包括：将煅烧后的所述瓜环复合二茂化合物材料自然降温冷却，经洗涤液和超纯水洗涤后进行烘干，其中，所述洗涤液为体积比为1：0.8～1.2：0.8～1.2的丙酮、水和乙醇的混合溶液。

8.一种具有高单原子负载量的碳材料，其特征在于，根据权利要求1～7任意一项所述的制备方法制得，所述具有高单原子负载量的碳材料的单原子负载量为1～15％。

9.根据权利要求8所述的具有高单原子负载量的碳材料,其特征在于，所述的具有高单原子负载量的碳材料在有机催化、电化学催化或生物传感器中的应用。