[发明专利]一种合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明属于化学材料制备领域，具体涉及一种合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法。该方法步骤如下：(1)将二氰二胺、氯化钾和氯化钠按照摩尔比1:(1～2):(1～2)进行混合研磨，放置在马弗炉的坩埚中进行煅烧；(2)将煅烧后的固体产物研磨同时加入水和乙醇的混合溶液进行洗涤、干燥，得到纯净的碳三氮四纳米片；(3)将碳三氮四纳米片在水中分散，再加入镍盐和碳纳米管，搅拌混合，再进行冷冻干燥；(4)将冷冻干燥后的样品转移到石英舟中，在氩气氛围下煅烧得到镍单原子催化剂。本发明技术路线简单、具有普适性，具有优异的电催化活性、稳定性，可推广作为诸如二氧化碳电还原反应等电催化剂。

技术领域

本发明属于化学材料制备领域，具体涉及一种合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法。

背景技术

单原子催化剂是工业催化领域最具有前景的化学材料。单原子催化剂可以高效促进热、光、电化学反应，主要有以下优势：(1)最大程度提高金属原子的利用率，符合原子经济理念；(2)在该催化剂中，金属原子以孤立或者耦合形式存在的金属单原子均匀分散载体上，它具备明确的反应活性位点，融合了均相和非均相催化剂的优势；(3)单原子催化剂的特殊电子结构不同于金属晶体，在多个催化领域均体现出优异的催化活性。

近年来，很多研究者将致力于开发高担载量金属单原子催化剂的制备方法。人们已经设计了诸多单原子催化剂，利用自下而上的方法将金属单原子均匀地分散在不同载体上，通过调控单原子配位环境来调控催化剂的活性。然而目前由于合成单原子催化剂的方法很复杂而且成功率较低，而且担载量很低，活性密度太低，以至于金属单原子催化剂化学催化中的应用严重受限。

发明内容

针对上述技术现状，本发明的目的在于提供一种合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，其技术路线简单、具有普适性，具有优异的电催化活性、稳定性，可推广作为诸如二氧化碳电还原反应等电催化剂。

本发明所提供的技术方案为：

一种合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二氰二胺、氯化钾和氯化钠按照摩尔比1:(1～2):(1～2)进行混合研磨，放置在马弗炉的坩埚中，在空气氛围下升温至670℃±20℃煅烧，并保温0～60分钟随炉冷却到室温；

(2)将煅烧后的固体产物研磨同时加入水和乙醇的混合溶液，进行洗涤、干燥，得到纯净的碳三氮四纳米片；

(3)将20mg±2mg的碳三氮四纳米片加入水中分散，再加入0.001mmol以下的镍盐和8mg±1mg的碳纳米管，搅拌混合，再进行冷冻干燥；

(4)将冷冻干燥后的混合物转移到石英舟中，在氩气氛围下升温至600℃±10℃碳化，并保温0～60分钟随炉冷却到室温，得到镍单原子催化剂。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，二氰二胺、氯化钾和氯化钠的总质量为4～6g。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，镍盐为镍的硝酸盐及其水合物、镍的氯化盐及其水合物中的一种。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，制备碳三氮四纳米片的煅烧升温速率为2～2.5℃/min。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，在水和乙醇的混合溶液中，水的体积是乙醇的2～2.5倍。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，作为优选，镍盐的摩尔量在0.0002～0.0005mmol之间。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，碳纳米管长度为30～60nm之间。

所述的合成高担载量镍单原子催化剂的制备方法，碳化升温速率为5～6℃/min。