一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备制造技术

一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，包括：1)在杂原子前驱体的无水乙醇或NMP溶液中加入三聚氰胺，搅拌，干燥，焙烧，得到杂原子掺杂的石墨相氮化碳；2)将杂原子掺杂的石墨相氮化碳与氯化钾和氯化锂混合研磨，焙烧，样品清洗，干燥，得到碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品；3)将碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品分散在水中，加入离子交换前驱体，搅拌，抽滤清洗，干燥，焙烧，然后酸洗焙烧后的样品，待溶液的pH达到中性后，干燥，得到杂原子掺杂石墨相氮化碳基底负载金属单原子催化剂样品。本发明专利技术通过制备非金属原子掺杂g

【技术实现步骤摘要】
一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备


[0001]本专利技术涉及单原子催化剂制备领域，尤其涉及一种非金属掺杂石墨相氮化碳基底负载金属单原子催化剂的制备。

技术介绍

[0002]单原子催化剂(SACs)，定义为仅包含分散在各种基底上的孤立的单个金属原子的催化剂。其具有确定的活性中心和最大的原子利用效率(～100％)，因此它们表现出优异的催化活性，并且其性能通常优于其他类型的催化剂。因此，单原子催化剂正在成为催化领域的研究前沿。
[0003]成功制备高活性SACs的关键之一在于选择合适的底物来稳定孤立的金属原子并防止它们聚集。在各种SACs体系中，基于g
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C3N4的单原子催化剂得到了广泛的研究。C3N4纳米片中丰富的吡啶氮部分和π共连接框架为进一步修饰提供了潜在的结合位点，以提高原始C3N4的催化活性，但其催化活性并不令人满意。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，通过杂原子掺杂策略进一步提高g
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C3N4基单原子催化剂的性能来增加其应用潜力，具体地，通过将杂原子(P、S和B)掺入基底中，并在基底上负载金属原子，可以调整中心金属原子的电子结构，从而提高催化活性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，包括以下步骤：
[0007]1)在杂原子前驱体的无水乙醇或NMP溶液中加入三聚氰胺，搅拌，干燥，空气气氛下焙烧，得到杂原子掺杂的石墨相氮化碳，其中，所述杂原子前驱体选自氧化硼、磷酸二氢铵或硫代乙酰胺；
[0008]2)将步骤1)制备的杂原子掺杂的石墨相氮化碳与氯化钾和氯化锂混合研磨，然后在氩气气氛下焙烧；将焙烧后的样品清洗，干燥，得到碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品；
[0009]3)将步骤2)制备的碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品分散在水中，加入离子交换前驱体，搅拌，抽滤清洗，干燥，在氩气气氛下焙烧，然后酸洗焙烧后的样品，待溶液的pH达到中性后，干燥，得到杂原子掺杂石墨相氮化碳基底负载金属单原子催化剂样品；其中，所述离子交换前驱体选自氯化铁、氯化铜、氯化钴或氯化镍。
[0010]所述杂原子前驱体与三聚氰胺的质量比为1:(25～40)。
[0011]步骤1)中，所述空气气氛下焙烧是以2.5～5℃/min的速率加热至550℃，然后保温4～6h。
[0012]步骤2)中，所述杂原子掺杂的石墨相氮化碳与氯化钾和氯化锂的质量比为1(1.1～2.2):(0.9～1.8)。
[0013]步骤2)中，所述氩气气氛下焙烧是以2.5～5℃/min的速率加热至550℃，然后保温4～6h。
[0014]步骤2)中，所述清洗是分别用去离子水和无水乙醇在离心机中进行各3～5遍的离心清洗。
[0015]所述碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品与离子交换前驱体的质量比为1:(1～5)。
[0016]步骤3)中，所述在氩气气氛下焙烧是以2.5～5℃/min的速率加热至550℃，然后保温4～6h。
[0017]步骤3)中，所述酸洗是采用1M HCl对样品进行酸洗，并进行搅拌。
[0018]所述干燥为真空干燥。
[0019]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0020]本专利技术通过B、P、S原子对g
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C3N4基底进行掺杂，并在这些基底上进行单金属原子(如Fe、Cu、Co、Ni)的负载，制备非金属原子掺杂g
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C3N4基底负载金属单原子催化剂，相比单纯的g
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C3N4，本专利技术制备的催化剂催化活性大大提升，其中用于催化H2O2生成羟基自由基(
·
OH)，羟基自由基会使无色的TMB转化为蓝色的oxTMB，从而达到显色。
附图说明
[0021]图1为实施例1的SA Fe/B
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g
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C3N4的TEM图；
[0022]图2为实施例1的SA Fe/B
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g
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C3N4的XRD谱图；
[0023]图3为实施例1的SA Fe/B
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g
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C3N4使TMB底物显色的UV
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Vis谱图；
[0024]图4为实施例2的SA Fe/P
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g
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C3N4的TEM图；
[0025]图5为实施例2的SA Fe/P
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g
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C3N4的XRD谱图；
[0026]图6为实施例2的SA Fe/P
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g
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C3N4使TMB底物显色的UV
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Vis谱图；
[0027]图7为实施例4的SA Cu/B
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g
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C3N4使TMB底物显色的UV
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Vis谱图，图中control表示以g
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C3N4为空白样进行对比；
[0028]图8为实施例5的SA Co/B
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g
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C3N4使TMB底物显色的UV
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Vis谱图，图中control表示以g
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C3N4为空白样进行对比；
[0029]图9为实施例6的SA Ni/B
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g
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C3N4使TMB底物显色的UV
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Vis谱图，图中control表示以g
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C3N4为空白样进行对比。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0031]实施例1
[0032]B掺杂g
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C3N4基底负载Fe单原子催化剂的制备包括以下步骤：
[0033]1)将0.1g氧化硼置于20mL无水乙醇溶液中，搅拌30min之后，加入4g三聚氰胺至混合溶液中继续混合搅拌30min，之后将该混合溶液放置至60℃的真空干燥箱中干燥。随后取出干燥好的混合样品，将样品取出并均匀地放置在坩埚中，并将其放置于马弗炉中，在空气气氛下，以2.5℃/min的速率加热至550℃，然后在该550℃的系统中保温6h，最后，待系统自
然冷却至室温后取出样品，即可得到B掺杂的石墨相氮化碳(B
‑
g
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C3N4)样品。
[0034]2、将2g上述制备的B
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g
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C3N4与2.2g的氯化钾和1.8g的氯化锂在研钵中进行充分研磨，随后将充分研磨好的混合物均匀地放置在氧化铝坩埚中，并将其置于管式炉中，在氩气气氛下，以5℃/min的速率加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，其特征在于包括以下步骤：1)在杂原子前驱体的无水乙醇或NMP溶液中加入三聚氰胺，搅拌，干燥，空气气氛下焙烧，得到杂原子掺杂的石墨相氮化碳，其中，所述杂原子前驱体选自氧化硼、磷酸二氢铵或硫代乙酰胺；2)将步骤1)制备的杂原子掺杂的石墨相氮化碳与氯化钾和氯化锂混合研磨，然后在氩气气氛下焙烧；将焙烧后的样品清洗，干燥，得到碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品；3)将步骤2)制备的碱金属插层的杂原子掺杂的石墨相氮化碳样品分散在水中，加入离子交换前驱体，搅拌，抽滤清洗，干燥，在氩气气氛下焙烧，然后酸洗焙烧后的样品，待溶液的pH达到中性后，干燥，得到杂原子掺杂石墨相氮化碳基底负载金属单原子催化剂样品；其中，所述离子交换前驱体选自氯化铁、氯化铜、氯化钴或氯化镍。2.如权利要求1所述的一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，其特征在于：所述杂原子前驱体与三聚氰胺的质量比为1:(25～40)。3.如权利要求1所述的一种非金属掺杂基底负载金属单原子催化剂的制备，其特征在于：步骤1)中，所述空气气氛下焙烧是以2.5～5℃/min的速率加热至550℃，然后保温4～6h。4.如权利要求1所述的一种非金属掺杂基底负载金属单原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，肖泽鸿，许清池，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：