一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法

摘要

本发明公开了一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法，其由以下步骤组成：将双氰胺与金属盐混合，在惰性气体气氛下，加热至450～600℃，保持3～5.5h，超声分散、洗涤、干燥，得到所述催化剂。本发明制备的金属单原子催化剂可以高效分解H2O2为O2和H2O以消除工业生产中过剩的H2O2所带来的潜在安全隐患。该催化剂稳定性良好，耐高温，在强酸性环境下也表现出良好的催化性能，重复利用性能优异，在加热强酸的环境下重复使用多次仍能保持稳定的催化性能。

说明书

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法。

背景技术

金属掺杂是催化剂修饰的常用手段，在常用的催化剂载体(分子筛、石墨烯等)上有选择地负载金属往往可以显著提升催化剂的催化活性。目前工业催化中使用的典型催化剂多采用贵金属(Pt、Au、Pd等)修饰，其活性往往优于无金属催化剂，但其贵金属负载量需要严格控制，一方面是由于其高昂的使用成本，另一方面，过多的金属加入量易导致金属团聚形尺寸较大的颗粒，降低了金属活性位点的数量从而导致催化剂活性下降。过多的负载量还会导致金属负载不牢固，在反应过程中易脱落。

过氧化氢(H

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

作为本发明提供一种简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法，其由以下步骤组成：将双氰胺与金属盐混合，在惰性气体气氛下，加热至450～600℃，保持3～5.5h，超声分散、洗涤、干燥，得到所述催化剂。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述金属盐与双氰胺，其摩尔比为1:10～15。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述金属盐与双氰胺，其摩尔比为1:11.5～12.5。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述金属盐，包括铁盐、铜盐、锰盐。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述将双氰胺与金属盐混合，为将所述双氰胺溶解于水中，加热至60～90℃使其充分溶解，然后加入所述金属盐，搅拌0.5～3h，将水分蒸干，将干燥后的固体研磨成粉。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述惰性气体，包括Ar、N

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述加热至450～600℃，为以2～5℃/min的升温速率加热至450～600℃。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述加热至450～600℃，为以2～3℃/min的升温速率加热至500～550℃。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述保持3～5.5h，为保持3.5～4.5h。

作为本发明所述的简单制备金属单原子高效分解过氧化氢催化剂的方法的一种优选方案：所述超声分散、洗涤、干燥，为超声分散后，加热至60～80℃搅拌1～3h，趁热过滤并用去离子水洗涤，滤饼50～80℃干燥10～20h。

本发明的有益效果：本发明制备的金属单原子催化剂可以高效分解H

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为(a-b)g-C

图2为Fe-g-C

图3为(a)g-C

图4为(a)g-C

图5为(a)Fe-g-C

图6为Fe-g-C

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声60min分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Fe-g-C

Fe-g-C

取10g某工业液体产品(pH＝3-4)，其中约80％wt为甲醇，约10％wt为水，其余为杂质(包含H

本发明制备的金属单原子催化剂可以高效分解H

实施例2：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入1.498g五水合硫酸铜，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Cu-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gCu-g-C

实施例3：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入1.449g硝酸铜，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Cu-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gCu-g-C

对比例1：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.8925g六水合硝酸锌，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Zn-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gZn-g-C

对比例2：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入1.746g硝酸钴，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Co-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gCo-g-C

对比例3：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入1.744g六水合硝酸镍，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Ni-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gNi-g-C

对比例4：

称取6g尿素，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制备的催化剂含有较多尺寸较大的Fe颗粒而非金属单原子，且催化剂收率大幅下降(仅得到0.085g固体样品)，难以实际应用。

对比例5：

称取6g三聚氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制得的催化剂含有较大的Fe颗粒而非金属单原子。

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5g此催化剂，测得H

对比例6：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以1℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制得固体为Fe-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gFe-g-C

对比例7：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以6℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制得固体为Fe-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gFe-g-C

对比例8：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持2h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制得固体为Fe-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gFe-g-C

对比例9：

称取6g双氰胺，溶解于60mL去离子水中，加热至70℃使其充分溶解，然后加入0.9732g无水三氯化铁，充分搅拌1h，后将水完全蒸干，将干燥的固体研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持6h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，制得固体为Fe-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gFe-g-C

对比例10：

称取6g双氰胺与0.9732g无水三氯化铁混合，研磨成粉末。将上述粉末置于管式炉中在Ar气氛下，以2℃/min的升温速率加热至550℃，保持4h。待自然冷却至室温后将所得固体研磨，超声分散于去离子水中，加热至80℃搅拌1h，趁热过滤并用去离子水洗涤3次，滤饼60℃干燥12h，所得固体即为Fe-g-C

按照实施例1中的测试条件，取10g相同批次液体产品，加入0.5gFe-g-C

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。