[发明专利]一种石墨烯包覆非贵金属负载贵金属单原子催化剂的制备方法及应用

权利要求书

1.一种石墨烯包覆非贵金属负载贵金属单原子催化剂，其特征在于：所述石墨烯包覆的非贵金属元素选自锰、铁、钴、镍、铜、镁、钛、铬中的至少一种；所述负载的贵金属元素选自钌、铑、钯、铱、铂、金中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述石墨烯包覆非贵金属载体的粒径为4～10nm；所述石墨烯层数为1～2层；所述负载的贵金属为单组分或多组分单原子。

3.一种权利要求1～2任一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

(1)以二氧化硅球为模板剂，将非贵金属盐前驱体与弱碱性前驱体混匀，通过水热法将其转化为层状非贵金属氧化物；

(2)将层状非贵金属氧化物在还原气氛下进行高温脱氧，得到对应金属单体或合金；

(3)在脱氧温度下通入碳源形成石墨烯层；

(4)酸洗去除模板剂，随后洗涤，得到石墨烯包覆非贵金属载体；

(5)将贵金属单原子负载到载体上，得到墨烯包覆非贵金属负载贵金属单原子催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，非贵金属盐前驱体选自非贵金属阳离子的硝酸盐、醋酸盐、氯酸盐或硫酸盐中的至少一种；

弱碱性前驱体用于调节溶液pH，选自尿素、氨水、氟化氨、氢氧化钠、碳酸钠、环六亚甲基四胺中的至少一种；

二氧化硅球模板剂的粒径为40～400nm；

非贵金属盐前驱体和二氧化硅球的质量比为1～5:1；

多组分非贵金属盐前驱体中任意两种非贵金属阳离子盐的摩尔比为1：10～10:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，还原气氛为氢气与惰性气体，体积比为1：1～10；所述惰性气体为氩气，氮气中的一种；脱氧温度为600～1000℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，碳源为甲烷、甲醇、乙腈、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烯、吡啶、吡咯中的至少一种；通入碳源时长为2～10min，流速为40～300mL/min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中酸洗采用的酸液为质量浓度5～20％的氢氟酸溶液，酸洗时间为4～10h。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，非贵金属单原子负载到载体上的方法为：将贵金属通过静电吸附法、原子气相沉积或磁控溅射负载到载体上。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述静电吸附法、原子气相沉积法中，贵金属盐前驱体为氯铂酸、氯铑酸氨、氯铱酸、氯铱酸钠、氯金酸、三氯化钌、六氯钯酸钾、三甲基(甲基环戊二烯基)铂、六氟乙酰丙酮钯、二甲基二茂钌、二氯(五甲基环戊二烯基)合铑、钌靶、铑靶、钯靶、铱靶、铂靶、金靶中至少一种。

10.一种权利要求1～2任一项所述催化剂在电催化氢氧化/氢析出反应中应用。