[发明专利]单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维的制备方法：将无机醇盐、螯合剂、醇溶剂混合搅拌，形成水解液前驱体；将无机金属盐溶液滴加到水解液前驱体中，同时敞口搅拌使其进行充分的水解缩聚，得到具有可纺性的无机溶胶；将可纺性无机溶胶依次进行静电纺丝、梯度煅烧，得到原子簇原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维；对原子簇原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维进行碱溶液喷雾刻蚀处理，最终得到单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维。本发明通过原位负载和喷雾刻蚀得到的单原子原位负载非晶态氧陶瓷纳米纤维具有活性位点多、分散性好、负载量高和比表面积大的优点。

技术领域

本发明涉及一种单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维的制备方法，属于工业催化用材料技术领域。

背景技术

随着工业化进程的不断深入，大量有害污染物质被排放，从而严重污染环境。目前，环境污染治理主要选择催化剂材料对污染物质进行降解，从而实现绿色环境的目标。因此，开发一种高催化活性、高稳定性的催化剂至关重要。近年来，单原子负载型催化剂的制备和应用引起了人们的广泛关注，其中载体作为单原子催化反应的场所，为催化剂整体性能的提升起到了至关重要的角色。目前主要以活性炭、石墨烯、分子筛、非晶态氧化物材料等作为载体，其中非晶态氧化物材料因具有稳定性好、制备简单和成本低廉等优势而被广泛使用。目前，制备单原子负载型催化剂的方法主要有共沉淀法、浸渍法、原子层沉积法等，然而上述方法制备的单原子催化剂普遍存在负载量低、稳定性差等问题。因此，如何在保证高负载量的前提下，又满足催化剂稳定性将是该领域亟需解决的问题。

有研究学者通过制备水溶性金属前驱体分子溶液并与表面氧化的碳材料在超纯水中混合，得到碳材料表面负载金属单原子，但该方法中的载体选择碳材料，在强碱、强酸等催化环境下，该碳材料会被腐蚀破坏，因此该催化剂稳定性较差。有研究学者采用光沉积法在二维ZnIn₂S₄表面上负载贵金属单原子，但该发明中催化剂的负载量较低仅有0.1～0.7wt％。因此，亟需开发一种单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维的制备方法，以获得高负载量、高稳定性的催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：单原子无法高度均匀负载在非晶态氧化物陶瓷纳米纤维上的问题，以及单原子无法在非晶态氧化物陶瓷纳米纤维载体上兼具高负载量及高稳定性的问题。

为了解决以上问题，本发明提供了一种单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：将无机醇盐、螯合剂、醇溶剂混合搅拌，形成水解液前驱体；

步骤2)：将无机金属盐溶液滴加到水解液前驱体中，同时敞口搅拌使其进行充分的水解缩聚，得到具有可纺性的无机溶胶；

步骤3)：将可纺性无机溶胶依次进行静电纺丝、梯度煅烧，得到原子簇原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维；

步骤4)：对原子簇原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维进行碱溶液喷雾刻蚀处理，最终得到单原子原位负载非晶态氧化物陶瓷纳米纤维。

优选地，步骤1)中所述的无机醇盐为硅源、铝源、钛源或锆源中的一种或几种的组合；硅源选自正硅酸四乙酯、四正丁氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙酸三甲基硅酯中的一种或多种组合；铝源选择异丙醇铝、正丁醇铝、三甲氧基铝、三乙醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝或三正丙氧基铝中的一种或几种的组合；钛源选择正丙醇钛、正丁醇钛、异丙醇钛、异丁醇钛、四戊醇钛、四甲醇钛、四乙醇钛、叔丁醇锆或四戊醇锆中的一种或几种的组合；锆源选择叔丁醇锆、异丁醇锆、四戊醇锆、四甲醇锆、正丙醇锆、四乙醇锆、异丙醇锆或正丁醇锆中的一种或几种的组合。

优选地，步骤1)中所述的螯合剂为磷酸、草酸、乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、柠檬酸铵、乙酰丙酮、乙二胺或邻二氮菲中的一种或几种的组合。