[发明专利]一种铁单原子催化剂及其制备方法和在电解水析氧反应中的应用

权利要求书

1.一种Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂，其特征在于，所述催化剂以Fe原子为金属中心，以多孔碳P-C为衬底；

所述金属中心和衬底之间通过配位的氧连接，活性中心在析氧反应中呈+4价。

2.根据权利要求1所述的Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂，其特征在于，所述Fe原子与多孔碳P-C的质量比为0.7～1.0:95～105。

3.一种权利要求1或2所述Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

在包含铁盐的电解质溶液中，采用三电极体系进行电化学沉积，以多孔碳P-C作为工作电极，在电压1.3～1.8V，扫速5mV/s下用线性伏安法进行电化学沉积4～6次，使铁原子单分散地、均匀地沉积到多孔碳P-C上，得到Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐为三氯化铁；

所述电解质溶液中还包括氢氧化钾和水；

所述氢氧化钾的质量和水的体积比为(55～57)mg:(0.9～1.1)mL；

所述氢氧化钾和三氯化铁的质量比为55～57:0.01～0.02。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳P-C按照以下方法制得：

将质量体积比为(10.0～11.0)mg:(7.0～8.0)mg:(9.5～10.5)mL:(1.0～1.5)mL的四氯化锆、2-羟基对苯二甲酸、二甲基甲酰胺和乙酸混合，搅拌均匀后超声处理25～45min，得到混合液；

将所述混合液在100～150℃下反应20～24h，得到的反应产物离心、清洗和干燥后，得到白色粉末；

将所述白色粉末在650～750℃下煅烧2.5～3.5h，得到多孔碳P-C。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述清洗采用体积比为0.8～1.2:0.8～1.2的二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液；

所述清洗的次数为3～5次。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，煅烧后的产物分散在体积摩尔比为(10～20)mL：(0.1～0.2)mol的水和氢氟酸混合液中2～4h，再采用体积比为0.8～1.2：0.8～1.2的乙醇和去离子水混合液洗涤3～5次，离心后在60～80℃下干燥12～24h，得到多孔碳P-C。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，电化学沉积完成后，取出工作电极，用极性溶剂冲洗，所述冲洗的次数为3～5次。

9.一种权利要求1～2任一项所述的Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂或权利要求3～8任一项所述制备方法制备的Fe₁(OH)_x/P-C单原子催化剂在电解水析氧反应中的应用。