[发明专利]一种氮掺杂碳负载单原子钯催化剂的制备和应用

说明书

本发明提供一种氮掺杂碳负载单原子钯催化剂的制备方法，包括如下步骤：首先将葡萄糖、二氰二胺和四氯钯酸铵油浴混合均匀，接下来冷冻干燥去除溶剂，以防止单原子聚集团簇或纳米颗粒，最后高温煅烧得到氮掺杂碳负载钯单原子催化剂Pd₁/N‑C。本发明将所制得的催化剂Pd₁/N‑C修饰于电极用于水体中FZD的检测，该检测方法具有检测限低、稳定性高和选择性好等优点。

技术领域

本发明涉及单原子钯催化剂和电化学传感，具体涉及一种以氮掺杂碳为载体的单原子钯催化剂的制备方法，以及将制得的催化剂用于电化学检测水体中的抗生素呋喃唑酮。

背景技术

呋喃唑酮(FZD)是一种重要的硝基呋喃类抗生素，广泛应用于抗菌剂和抗癌剂。服用的FZD不能被人体完全吸收，通常以25-50％的残留量随着尿液排出，1-2％转化成氨基化呋喃唑酮(AOZ)。即使较低浓度的FZD释放到环境中，也会对生态环境造成严重的破坏，可能会引起致畸和致癌。因此，发展高灵敏的FZD检测技术是当前研究的热点。

相比高效液相色谱法、酶联免疫法、荧光法和分光光度法，电化学法由于操作简单、成本低廉、灵敏度高和选择性好等优点广泛应用于抗生素传感领域中。目前，碳基纳米材料、贵金属纳米材料和金属氧化物等用于电化学检测水体中的FZD，但仍存在检测范围窄、灵敏度低及催化剂成本较高等问题，因此需要寻求其他新型催化剂构建电化学传感用于高灵敏检测水体中的FZD。

单原子催化剂(SACs)是近年来新兴的新型催化剂，与传统的纳米材料相比，具有100％原子利用率，金属-载体强相互作用和均一的催化活性位点等优点，被广泛应用于工业、环境和能源转化等领域。然而，目前金属单原子具有较高的表面能，易迁移团聚为纳米团簇或颗粒。氮掺杂多孔碳具有较高的孔隙率，高比表面积和较高的导电性，可用于锚定单个金属原子。由于复杂水环境和催化活性不易控制，SACs在电化学检测水体抗生素应用较少。

因此，急需寻求一种氮掺杂碳负载单原子钯的催化剂的制备方法并将制得的催化剂应用于抗生素呋喃唑酮的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳负载单原子钯催化剂的制备方法，并将所制得的催化剂修饰于电极用于水体中FZD的检测，且该检测方法应具有检测限低、稳定性高和选择性好等优点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种氮掺杂碳负载单原子钯催化剂的制备方法，包括如下步骤：首先将葡萄糖、二氰二胺和四氯钯酸铵油浴混合均匀，接下来冷冻干燥去除溶剂，以防止单原子聚集团簇或纳米颗粒，最后高温煅烧得到氮掺杂碳负载钯单原子催化剂。

具体方法是：将葡萄糖和二氰二胺，在60-100℃条件下油浴一段时间，使二者溶解完全至透明；配制一定浓度的四氯钯酸铵溶液，将四氯钯酸铵、葡萄糖和二氰二胺按照物质的量的比1：130-150：540-560混合搅拌0.5-5小时，继续油浴，混合均匀；将混合均匀的溶液冷冻干燥去除溶剂，最后得到的固体混合样品在管式炉中在惰性气体氛围中600-900℃高温煅烧1-4小时，得到氮掺杂碳负载单原子钯催化剂(Pd1/N-C)。

其中，所述的四氯钯酸铵可以用硝酸钯、醋酸钯或氯化钯替代，四氯钯酸铵价格更便宜；

所述的二氰二胺为氮源，可用尿素或三聚氰胺替代。

所述的葡萄糖可用蔗糖或壳聚糖替代。

所述的油浴加热温度优选80℃为反应温度。

所述的四氯钯酸铵、葡萄糖、二氰二胺物质的量的比为：1：139：552

所述的混合搅拌时间优选4小时。

所述的惰性气体，优选高纯Ar，高温处理温度较高，如果用N₂可能会掺杂至催化剂中，而Ar保证了不对反应产生干扰。