[发明专利]氨基修饰的过渡金属单原子催化剂体系，其制备方法及其应用

权利要求书

1.一种单原子催化剂体系，其表示为M-N₄/C-NH₂，M为过渡金属，所述催化剂体系以过渡金属M的单原子为活性组分，每个过渡金属原子与4个氮配位，以碳为载体，过渡金属原子均匀分散于碳载体表面，其中，所述碳载体被修饰而包含氨基；

基于所述单原子催化剂体系的总重量，所述过渡金属的含量为1wt％～10wt％；

所述过渡金属M为选自Ni、Fe和Zn中的一种或多种；

基于单原子催化剂体系的总重量，所述氨基的含量为1wt％～5wt％；

所述单原子催化剂体系按照如下方法制备：

(1)分别配制过渡金属M前驱体的溶液和二甲基咪唑的溶液，然后通过沉淀法得到过渡金属原子掺杂的ZIF-8前驱体；

(2)在惰性氛围中在850℃～1050℃温度下热解步骤(1)中生成的前驱体得到氮掺杂碳载体负载的过渡金属单原子催化剂体系M-N₄/C；

(3)按照质量比100～10：1研磨共混碳酰胺与步骤(2)中得到的M-N₄/C，并在氨气中350℃～550℃进行热解处理；

(4)将热解得到的产物浸渍在体积比为1～5：1的乙醇/氨水混合溶液中；

(5)将浸渍得到的产物转移到浓氨水中进行120℃～180℃水热反应得到所述单原子催化剂体系M-N₄/C-NH₂。

2.根据权利要求1所述的单原子催化剂体系，其中，

基于所述单原子催化剂体系的总重量，所述过渡金属的含量为5wt％～10wt％；

基于单原子催化剂体系的总重量，所述氨基的含量为3wt％。

3.根据权利要求1所述的单原子催化剂体系，其中，

在步骤(1)中，

所述过渡金属M前驱体为选自乙酰丙酮镍、乙酰丙酮铁、二水合乙酸锌中的一种或多种；

所述过渡金属M前驱体的溶液中以及二甲基咪唑的溶液中的溶剂为甲醇；

所述过渡金属M前驱体与二甲基咪唑的摩尔比为1:4～10。

4.根据权利要求1所述的单原子催化剂体系，其中，

在步骤(1)中，所述过渡金属M前驱体与二甲基咪唑的摩尔比为1:8。

5.根据权利要求1所述的单原子催化剂体系，其中，

在步骤(2)中，

所述惰性氛围为氩气氛围；

热解温度为900℃～1050℃；

氩气流速为10～50sccm；

热解时间1～5h；升温速率1℃～5℃ min^-1；

在步骤(3)中，

碳酰胺与所述M-N₄/C的质量比为60～40：1；

氨气的流速为5～30sccm；

热解温度为400℃～500℃；

在步骤(4)中，

乙醇/氨水的体积比为2～3：1，浸渍时间为12～48h；

在步骤(5)中，

氨水中水热反应温度为140℃～160℃；

反应时间为6～24h。

6.根据权利要求1所述的单原子催化剂体系，其中

在步骤(2)中，

热解温度为1000℃；

氩气流速为20～30sccm；

热解时间2～4h；升温速率2℃～4℃ min^-1；

在步骤(3)中，

碳酰胺与所述M-N₄/C的质量比为为50：1；

在步骤(5)中，

氨水中水热反应温度为150℃。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的单原子催化剂体系在电化学还原CO₂制CO中的用途。