[发明专利]一种二维铁单原子催化剂及其制备和在1,2-二氯乙烷还原生产乙烯中的应用

权利要求书

1.一种二维铁单原子催化剂，其特征在于，所述催化剂的元素组成为Fe、N、C；所述铁以单原子形式分散于二维氮掺杂碳基体。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中铁的百分含量为0.5-3％。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的厚度为3～100nm。

4.一种权利要求1所述的二维铁单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂采用自模板法制备，所述自模板法包括以下步骤：

1)将FeCl₃·6H₂O溶于去离子水中得溶液A；将盐酸多巴胺溶于去离子水中得溶液B；

2)将溶液B滴加到溶液A中，搅拌均匀，静置老化；

3)将老化后的溶液干燥，得到固体I；

4)将固体I在惰性气氛下煅烧，煅烧后自然冷却至室温，得到固体II；

5)将固体II研磨成粉末，加入硫酸溶液，超声洗涤，过滤，干燥后得到二维铁单原子催化剂；

所述步骤1)FeCl₃·6H₂O与盐酸多巴胺的质量比为1:1～20:1。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)溶液B的滴加速率为2-3mL/min，静置老化时间为6-12h；所述步骤3)老化后的溶液干燥温度为60-80℃，干燥时间为12-24h；所述步骤4)固体I的煅烧温度为500-1000℃，煅烧时间为2-4h，煅烧时的升温速率为1～5℃/min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A的浓度为0.2～0.4g/mL；所述溶液B的浓度为0.05～0.5g/mL；所述硫酸溶液的浓度为0.05～0.1M；所述硫酸溶液与固体II的质量比为50:1～150:1。

7.一种权利要求1所述二维铁单原子催化剂在电催化还原1,2-二氯乙烷合成乙烯反应中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述反应在三电极单室电解池体系中进行；所述二维铁单原子催化剂负载于电解池的工作电极上；所述二维铁单原子催化剂的负载量为0.5～2.0mg/cm²；所述工作电极为碳布电极。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电解池体系的阳极为Pt片电极，参比电极为Ag/AgCl/Me₄NCl，电极液为N,N-二甲基甲酰胺和乙腈，所述DMF和CH₃CN体积比为3:1。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电解池体系的电解液为四丁基四氟硼酸铵的DMF溶液；所述四丁基四氟硼酸铵的浓度为0.1mol/L；所述电解液的加入量为50mL；所述电解液中1,2-二氯乙烷的浓度为0.01～1.0mol/L；所述恒电势为-2.75V(vsSCE)。