[发明专利]一种异核双原子光催化材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种异核双原子催化材料，所述异核双原子催化材料以PCN纳米片作为载体，掺杂金属双原子。本发明提供了一个异核双原子催化材料及其便捷简单的合成方法，采用两种金属盐与尿素溶液混合干燥后直接烧结得到，不需要预先合成存在金属键的异核有机金属前体。

技术领域

本发明属于光催化技术领域。涉及了一种异核双原子光催化材料及其制备方法。

背景技术

甲烷(CH₄)是天然气的主要成分，其产生的全球变暖效应是CO₂的20倍以上，而且在大气中的滞留时间长达10年，属于强温室气体；并且CH₄易燃易爆，当空气中的CH₄溶度 在5％～15％之间时，有爆炸的可能性，具有重大的安全隐患。由于甲烷中C-H键的固有惰性，传统上CH₄向氧化合物的转化需要多个步骤和苛刻的反应条件，对于甲烷的活化反应常被称 为催化界的“圣杯”。因此，开发出结构明确的非贵金属基催化剂并通过简单的方法驱动CH₄选择性的转化为醇。

PCN是一种经典的聚合物半导体材料，其形貌类似于石墨烯状呈二维纳米片层结构，其 中的C、N原子通过sp²杂化形成高度离域的π共轭体系。CN中的反键π轨道能够与某些金 属相互作用，接收金属d轨道的电子，从而形成反馈π键。基于前期研究工作，我们将金属Bi与W中心同时引入到PCN中，通过不同金属原子之间的电荷互补策略有效提高了W、Bi 双金属原子的负载量并实现了对W-Bi双原子催化剂的精准构筑。

本发明提供一种基于异核双原子的简易制备方法，在不添加氧化剂H2O2或O2的条件 下，水蒸气条件下成功将甲烷光氧化为液体燃料甲醇。

经检索发现一篇与本发明申请相似的专利文献，公开号为CN113782756A的中国专利提供 了一种二维材料担载单原子掺杂Au24M(Pt,Au,Pd)双金属团簇电催化剂，该催化剂优势在 于：本发明用于燃料电池阴极催化剂，该催化剂为单分散的Au25、Au24Pt、Au24Pd以团簇形 式负载于多孔二维材料，合成高效稳定的担载型单原子调控的双金属团簇催化剂；探索单原 子调控双金属团簇中掺杂原子种类、掺杂数目、掺杂位点等对其氧还原性能的影响，明确其 催化性能的差异，运用计算化学的手段，结合它们的具体结构，阐明催化机理，揭示团簇内 金属间协同作用对催化效果影响的规律，建立起单原子掺杂-团簇结构-电催化性能三者之间 的关联。该催化剂具有高效的电催化性能，为燃料电池提供了一种新的阴极催化材料，具有 良好的应用前景。

经对比，该方案与本案用途以及原料使用上存在一定差异。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，提供一种异核双原子光催 化剂的一锅、批量制备方法。该催化剂温和条件下，不添加额外的H₂O₂或O₂实现水蒸气中CH₄的高效光氧化，显著降低成本。

一种异核双原子催化材料，所述异核双原子催化材料以PCN纳米片作为载体，掺杂金属 双原子。

而且，所述金属双原子包括第一金属源和第二金属源，其中第一金属源在W、Cu、Fe的 结晶盐任选其一，其中第二金属源在Bi、In、Zn的结晶盐任选其一。