[发明专利]金属催化直接生长纳米碳负载金属单原子催化剂的方法

说明书

本发明公开了一种金属催化直接生长纳米碳负载金属单原子催化剂的方法，包括以下步骤：将物质A和物质B混合均匀，得到粉体；将粉体放入密闭加热环境中，在Ar/H₂的混合气体氛围下加热至600～1000℃；然后向密闭加热环境中持续通入携带有碳源的Ar/H₂的混合气体，通过Ar/H₂的混合气体将碳源携带到粉体上，进行纳米碳的金属催化直接生长；生长结束后，自然冷却至室温；然后停止通入Ar/H₂的混合气体，得到纳米碳负载金属单原子催化剂。本发明基于金属催化裂解策略，利用分散在高熔点基底中的金属盐为催化剂，通过金属催化裂解碳源，实现直接生长纳米碳材料的同时能够进行金属单原子的负载。

技术领域

本发明属于纳米碳基材料负载金属单原子催化剂的制备领域，具体是一种金属催化直接生长纳米碳负载金属单原子催化剂的方法。

背景技术

化石燃料的大量使用导致大气中的二氧化碳(CO₂)浓度不断升高，生态环境遭到严重破坏，能源短缺问题日益严重。电催化CO₂还原是通过清洁能源(如风能、水能、太阳能等)产生的电能在温和条件下将二氧化碳转化为所期望的高附加值的能源燃料和化工产品，降低空气中CO₂的含量，实现全球碳资源的循环利用，应用前景广阔，对构建低碳社会具有重要意义。

在众多CO₂电还原催化剂中，金属单原子催化剂活性中心结构清晰，具有充分暴露的活性位点、低配位的活性中心和新颖的电子结构，中心金属电子结构取决于相邻配位原子间的相互作用，能够表现出与均相催化剂相似的性质，有望实现对CO₂分子的高效活化和定向转化，成为近年来化学、材料以及能源催化领域的研究热点。因此，单原子催化剂在CO₂电化学还原中表现出巨大的潜力。但是单原子催化剂具有很高的表面能，易发生迁移和团聚，因此如何稳定金属单原子是其制备的核心问题。目前，常见的单原子催化剂制备方法主要为湿化学法、电化学沉积以及化学气相沉积等，但存在产率低，制备方法繁琐等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种金属催化直接生长纳米碳负载金属单原子催化剂的方法。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种金属催化直接生长纳米碳负载金属单原子催化剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将物质A和物质B混合均匀，得到混合均匀的粉体；

(2)将粉体放入密闭加热环境中，在Ar/H₂的混合气体氛围下加热至600～1000℃；然后向密闭加热环境中持续通入携带有碳源的Ar/H₂的混合气体，通过Ar/H₂的混合气体将碳源携带到粉体上，进行纳米碳的金属催化直接生长；生长结束后，自然冷却至室温；然后停止通入Ar/H₂的混合气体，得到纳米碳负载金属单原子催化剂。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明基于金属催化裂解策略，利用分散在高熔点基底中的金属盐为催化剂，通过金属催化裂解碳源，实现直接生长纳米碳材料的同时能够进行金属单原子的负载。

(2)本发明能够高效大量制备纳米碳负载的金属单原子催化剂，通过调控生长条件、前驱体种类和生长模板的结构，可以对金属单原子活性中心组成和碳纳米几何形貌进行调控，制备不同金属单原子和不同形貌碳纳米材料。

(3)本发明制备的纳米碳负载的金属单原子催化剂能维持稳定的结构和性能，实现稳定且高活性的电催化性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的纳米碳负载Ni单原子催化剂的XRD图；

图2为本发明实施例1制备的纳米碳负载Ni单原子催化剂的Raman图；