[发明专利]一种负载过渡金属单原子催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了负载过渡金属单原子催化剂及其制备方法和应用，其特征在于所述的催化剂的以中空Cr₂O₃‑ZnO复合金属氧化物作为载体，过渡金属M为活性组分；催化剂的形貌为中空多孔球形。将催化剂用于催化碳酸乙烯酯脱氢合成碳酸亚乙烯酯，目标产物碳酸亚乙烯酯的产率高。本方法制备的M/Cr₂O₃‑ZnO催化剂具有高活性、催化剂易分离、价格低廉等优点，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种负载过渡金属单原子催化剂及其制备和应用，尤其涉及在碳酸乙烯酯脱氢制备碳酸亚乙烯酯反应中的应用。

背景技术

碳酸亚乙烯酯是锂电池电解液中重要的一种添加剂，能大大提高锂电池的安全性能。目前碳酸亚乙烯酯的专利众多，合成方法基本上是以碳酸乙烯酯为原料，与氯气反应，得到一氯碳酸乙烯酯，然后在碱性条件下，脱去氯气，形成双键，得到碳酸亚乙烯酯。具体路线如下：

该路线存在着以下几个弊端：首先，氯气是剧毒气体，极易发生危险，目前氯气需要在极优的实验环境条件下使用，大部分厂商都无法正常生产；其次在该反应过程中生成的氯代物会引起环境污染，生成的HC1腐蚀管路；随后，该路线操作步骤繁多，工艺复杂，最终使得碳酸亚乙烯酯的产率低。另外，该路线合成的碳酸亚乙烯酯中含有大量副产物及氯化物，使得后面的分离提纯较为困难。

综合现有技术，如何研发出一种制备工艺流程简单、成本低廉、、收率高、以及易提纯分离的碳酸亚乙烯酯的制备方法是解决上述问题的关键。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种负载过渡金属单原子催化剂，本发明的另一个目的是提供上述催化剂的制备方法，本发明还有一目的是提供上述催化在催化碳酸乙烯酯脱氢合成碳酸亚乙烯酯中的应用。

本发明的技术方案为：一种负载过渡金属单原子催化剂，其特征在于所述的催化剂的以中空Cr₂O₃-ZnO复合金属氧化物作为载体，过渡金属M为活性组分；催化剂的形貌为中空多孔球形，其中载体中Cr₂O₃与ZnO的摩尔比为(0.5～1)：1，活性组分与Cr₂O₃-ZnO的质量比为(0.01～0.02)：1。

优选所述的过渡金属M为Ir、Ru、Pt、Pd或Rh中的一种。

本发明海提供了一种制备上述的负载过渡金属单原子催化剂M/Cr₂O₃-ZnO的方法，其具体步骤为:

(1)SiO₂@Cr₂O₃-ZnO的制备：分别称取铬、锌的金属盐配成水溶液A，向水溶液A中加入二氧化硅纳米球，随后滴加氨水调节pH值，搅拌，经洗涤、干燥焙烧得到SiO₂@Cr₂O₃-ZnO；

(2)中空Cr₂O₃-ZnO的制备：将SiO₂@Cr₂O₃-ZnO加入碱溶液中，经加热搅拌刻蚀、洗涤、真空干燥得到中空Cr₂O₃-ZnO；

(3)M/Cr₂O₃-ZnO催化剂的制备：称取过渡金属M盐及分散剂配成水溶液B，向水溶液B中加入中空Cr₂O₃-ZnO，随后经微波热反应、洗涤、干燥、焙烧还原得到负载过渡金属单原子催化剂M/Cr₂O₃-ZnO。