[发明专利]一种由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法

权利要求书

1.一种由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先使用金属盐溶液硝酸铈铵和有机配体均苯三甲酸混合，通过水热法加热15~30 min制备得到铈氧簇金属有机框架，2)然后通过浸渍法将金属盐溶液浸泡在铈氧簇金属有机框架中12~24 h洗涤并真空干燥1~2天，得到簇基螯合金属离子材料，3)最后通过在惰性气氛下高温碳化得到二氧化铈担载金属单原子催化剂M@CeO₂@C，其中M为Fe，Co，Ni，Cu，Ru，Ir，Rh，Ag，Pt中的一种。

2.根据权利要求1所述的由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤2)中，所述金属盐溶液种类为硝酸金属盐、醋酸金属盐或者氯化金属盐。

3.根据权利要求1所述的由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤2)中，所述金属盐溶液所涉及的金属种类为Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Ir、Rh、Ag和Pt中的一种。

4.根据权利要求1所述的由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中，所述金属盐溶液的浓度均为0.0001~0.02 mol·L^-1。

5.根据权利要求1所述的由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，在惰性氛围下高温碳化的具体步骤为：将螯合金属的样品置于管式炉中，在惰性氛围下以5~10^oC/min的升温速率升至800^oC，恒温1~2 h后自然冷却到室温，退火后获得二氧化铈担载金属单原子催化剂M@CeO₂@C。

6.根据权利要求1所述的由簇基框架材料制备超细二氧化铈担载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，所述铈氧簇金属有机框架负载金属前为100~200纳米的颗粒，碳化后得到碳支撑1.7 nm的CeO₂纳米颗粒担载的单原子催化剂。

7.根据权利要求1~6中任意一项所述的方法制备得到的二氧化铈担载金属单原子催化剂，其特征在于，催化剂M@CeO₂@C的单原子是镶嵌在对称分布的二氧化铈晶格点阵中，能够有效地锚定单原子，避免单原子团聚形成团簇或者纳米颗粒，金属单原子的负载量在0.005~2.03 wt%；包括催化剂Mn@CeO₂@C、催化剂Fe@CeO₂@C、催化剂Co@CeO₂@C、催化剂Ni@CeO₂@C、催化剂Cu@CeO₂@C、催化剂Ru@CeO₂@C、催化剂Ir@CeO₂@C、催化剂Rh@CeO₂@C、催化剂Ag@CeO₂@C和催化剂Pt@CeO₂@C中的一种。

8.根据权利要求7所述的二氧化铈担载金属单原子催化剂的应用，其特征在于，制备得到的铱单原子催化剂Ir@CeO₂@C材料可用作电解水阴极催化剂，具有优异的电催化析氢性能。

9.根据权利要求7所述的二氧化铈担载金属单原子催化剂在能源催化领域的应用，其特征在于，除电催化水分解外，还能够应用于氧还原反应，氮还原反应，一氧化碳氧化，二氧化碳有机转换催化反应中。