[发明专利]一种双原子量子点催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双原子量子点催化剂及其制备方法，属于催化剂技术领域。本发明提供的制备方法具有普适性，能够通过简单地选择第一金属盐和第二金属盐，即可得到目标双原子位点：以DTPA或DETPMP为有机配体，其能够将两个金属中心固定在距离很近的位置，通过化学键稳定距离，保证双原子位点的形成和均匀分布；于200～320℃条件下进行低温热解反应1～3h，使双金属络合物转化为碳点，量子限域以及碳点中存在的丰富官能团将进一步限制双原子位点团聚，从而使双原子催化剂中金属原子均匀分布，并调整第一金属盐中的金属离子、第二金属盐中的金属离子与有机配体的物质的量提高了金属原子负载量。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种双原子量子点催化剂及其制备方法。

背景技术

单原子催化剂(SACs)在绿色能源器件、小分子催化转化、环境修复等方面显示出巨大的潜力，但它们的活性需要进一步提升以达到实际应用的门槛。提高催化活性中心的含量和其本征活性是提高SACs整体性能的两个方面。然而，为了保证金属原子的原子级分布，传统SACs的金属负载量通常小于5wt.％或1at.％，极大地限制了SACs的性能提升。由于结构的单一性，SACs缺乏协同活性位点，因此它们的本征活性有一定的上限，特别是对于涉及多步骤的反应。为了进一步提高催化活性，衍生出双原子催化剂(DACs)，它不仅继承了SACs的优点，而且还具有自己独特的特点。在DACs中，两个金属原子彼此键合或彼此相邻，由于两个相邻金属原子的距离很近，强电子相互作用可以调节金属原子的自旋态，调整d带中心，促进反应物分子的吸附和解离，赋予DACs更大的潜力。

DACs的合成过程不仅要避免金属原子团聚，还要准确控制双原子位点的形成。目前制备DACs的策略可以概括为“自下而上”和“自上而下”的策略。对于“自下而上”的策略，单核或多核金属络合物前体首先被吸附，最后被还原并限制在空位中以形成DACs，例如原子层沉积(ALD)方法，它可以将金属原子均匀地沉积在载体上，并且具有良好的可重复性，此方法虽然能够形成结构精确的双金属位点，但金属原子负载量相对较低。对于“自上而下”的策略，通常采用大块金属材料，如纳米颗粒、金属泡沫等作为前驱体，通过煅烧诱导金属原子的热迁移并制备原子分散结构，其中，MOFs是最常用的材料，包封目标金属离子后，MOFs在N₂/Ar下，在800℃以上的温度下热解得到DACs，该方法已成功制备Fe-Co、Fe-Ni、Co-Ni、Cu-Zn等DACs，但由于缺乏对金属离子的限制和高温的引入，该方法存在金属原子团聚、原子负载量低(不超过15wt％)的问题。

因此，如何制备高金属原子负载且金属原子分布均匀的双原子催化剂成为本领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双原子量子点催化剂及其制备方法。本发明制备的双原子量子点催化剂中双金属位点有效地合成，金属原子分布均匀且负载量高。

本发明提供了一种双原子量子点催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将有机配体、第一金属盐、第二金属盐和水混合，进行络合反应，得到双金属络合物；所述有机配体为二乙烯三胺五乙酸或二乙烯三胺五甲叉膦酸；

将所述双金属络合物进行热解，得到双原子量子点催化剂；所述热解的温度为200～320℃，保温时间为1～3h；所述热解在无氧环境中进行；

所述第一金属盐中的金属离子、第二金属盐中的金属离子与有机配体的物质的量之比为0.1～1：0.1～1：2。

优选的，所述第一金属盐和第二金属盐独立地为金属盐酸盐、金属醋酸盐、钼酸盐和金属硝酸盐中的一种。

优选的，所述第一金属盐中的金属和第二金属盐中的金属独立地为Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zn和Mn中的一种。

优选的，所述第一金属盐中的金属离子、第二金属盐中的金属离子与有机配体的物质的量之比为1：1：2。