[发明专利]一种碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法及其产品和应用

权利要求书

1.一种碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

(1)将可溶于水的金属盐充分溶解于水中形成水溶液；

(2)将富含羟基的有机物溶解在步骤(1)所述水溶液中，加热搅拌至有机物完全溶解，所述富含羟基的有机物包括但不限于琼脂糖、淀粉或葡聚糖；

(3)将碳材料加入到步骤(2)中形成的含有有机物的溶液中，继续搅拌混合均匀后冷却至室温，离心处理，去除上清液后冷冻干燥得到中间产物；

(4)将步骤(3)中所述中间产物置于气氛炉中，以3～5℃/min的速率升温到300℃～500℃，保温1～2h，再以2～4℃/min的速率升温到700℃～1000℃，保温2～3h后自然降至室温，即可得到所述催化剂。

2.根据权利要求1所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所金属盐中的金属离子为M^x+，其中M为金属元素，x为金属元素的化合价；所述M^x+为Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺或Mn²⁺中的任意一种或几种。

3.根据权利要求2所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，所述富含羟基的有机物中含有的羟基与金属盐中金属的摩尔比为31：x，所述x为金属盐中金属离子的化合价。

4.根据权利要求1所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，所述富含羟基的有机物与碳材料中含有的碳的质量比为1:1。

5.根据权利要求4所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料为活性炭。

6.根据权利要求1所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述冷冻干燥的时间为24h。

7.根据权利要求1所述碳掺杂和负载金属单原子的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述气氛为氨气、氮气、氩气或者氦气。

8.由权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的碳掺杂和负载金属单原子的催化剂材料。

9.权利要求8所述的碳掺杂和负载金属单原子的催化剂材料在氧还原催化中的应用。