【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電催化，具體涉及一種金屬雙原子材料及其制備方法和用途。
技術介紹
1、在氫氧燃料電池在中，相對于陽極的氫氧化反應，陰極的氧還原反應速率由于涉及四電子過程，反應速率較慢，是氫氧燃料電池中電池反應的決速步驟。因此需要利用高效催化劑來提高其氧還原反應速率。眾多催化劑中，貴金屬催化劑以其獨特的催化性能一直活躍在當下的研究中。雖然貴金屬類的催化劑的催化性能優異，然而由于貴金屬如pt、pd、ru、ir等的儲量有限和高成本等嚴肅問題，且屬于不可再生資源的特性，嚴重限制了鉑碳等貴金屬催化劑的大規模使用。所以需要逐步采用替代者來降低貴金屬的使用。而非貴金屬相對于貴金屬而言，在自然界擁有更豐富的含量，且在市場上呈現更低廉的價格，因此更適合長期可持續發展的總體要求。
2、在眾多的氧還原電催化劑中，擁有更高的金屬原子負載量和更靈活的活性位點的雙原子金屬催化劑是未來研究的重點。雙原子催化劑在具備活性位點完全暴露、選擇性高、原子利用率高達100％等優勢的同時，鄰近的兩種不同金屬間的協同作用還能進一步促進o-o鍵的斷裂，還打破了反應中間體吸附能之間的線性關系，提高了金屬負載量和氧還原速率，具有較大的應用潛能，適用于燃料電池和鋅空電池等。
3、但是，目前合成的金屬雙原子材料通常使用的一鍋水熱法、預約束金屬原子對策略、雜原子摻雜策略等來錨定不同的金屬原子，以期合成金屬雙原子材料。但是這些方法合成的金屬雙原子材料中的金屬原子對較少；而且采用的合成雙原子的策略通常是一鍋合成，其雙原子的合成具有隨機性和不確定性，同時對于一些指定組
4、例如參考文獻圖1《wangy,li?z,zhang?p,et?al.flexible?carbon?nanofiberfilm?with?diatomic?fe-co?sites?for?efficient?oxygen?reduction?and?evolutionreactions?in?wearable?zinc-airbatteries[j].nano?energy,2021,87.》可見，在2納米的標尺下，即156.11平方納米下，有9對金屬雙原子材料，原子對的數目較少。同時，較少的雙原子數目也影響了金屬雙原子材料的電催化的氧還原活性和四電子選擇性以及循環穩定性等等，如參考文獻圖2，其fe1co1-cnf金屬雙原子材料的半波電位僅為0.87v(注：半波電位數值越大，活性越大)。
5、因此，亟需一種能合成含有高密度的金屬原子對的金屬雙原子材料的方法，來進一步提高金屬雙原子材料的氧還原活性。
技術實現思路
1、對此，本文開發了一種過氧化物刻蝕法可控合成金屬雙原子材料的方法，來合成高密度的金屬雙原子材料，此合成方法可有效可控的合成指定組合的雙原子。此外采用此合成方法制備的金屬雙原子材料具有優異的的氧還原活性、四電子選擇性和循環穩定性。例如，采用過氧化氫刻蝕法制備的金屬雙原子材料znfenc同樣在2納米的標尺下，雙金屬原子對有56對，原子對的密度更高，表明這種合成方法具有獨特的優越性，合成雙金屬原子對的成功率更高。此外，金屬雙原子材料cofenc的半波電位為0.86v。表明通過過氧化物刻蝕法制備的金屬雙原子材料擁有優異的催化氧還原的活性、選擇性和循環穩定性。
2、本專利技術第一方面提供一種金屬雙原子材料，所述金屬雙原子材料包含：導電基底和負載在所述導電基底上的第一金屬單原子和第二金屬單原子，其中第一金屬單原子和第二金屬單原子的距離小于或等于0.5納米。
3、優選地，在導電基底上，一個第一金屬單原子和其相鄰的一個第二金屬單原子形成一個雙原子對，雙原子對的密度不小于0.06對/平方納米。
4、又優選地，雙原子對的密度不小于0.08對/平方納米。例如，雙原子對的密度為0.09對/平方納米(26對/275納米)～0.21對/平方納米(56對/265納米)。
5、再優選地，雙原子對的密度為0.10對/平方納米(57對/555納米)～0.21對/平方納米(56對/265納米)。
6、優選地，第一金屬單原子和第二金屬單原子之間的距離為0.1～0.5納米。
7、再優選地，第一金屬單原子和第二金屬單原子之間的距離為0.11～0.5納米。
8、優選地，所述第一金屬單原子中的第一金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的一種或幾種；
9、所述第二金屬單原子中的第二金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀一種或幾種。
10、當所述第一金屬單原子中的第一金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的幾種，或者所述第二金屬單原子中的第二金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的幾種時，所述導電基底上可以存在金屬類型不同的多種雙原子對。
11、例如：所述第一金屬單原子中的第一金屬選自鈷和鐵，所述第二金屬單原子中的第二金屬選自鎳，則所述導電基底上存在的雙原子對為：鈷鎳雙原子對和鐵鎳雙原子對。
12、再例如：所述第一金屬單原子中的第一金屬選自鈷和鐵，所述第二金屬單原子中的第二金屬選自鎳和錳，則所述導電基底上存在的雙原子對為：鈷鎳雙原子對、鐵鎳雙原子對、鈷錳雙原子對和鐵錳雙原子對。
13、所述第一金屬單原子與第二金屬單原子相同或者不同。
14、優選地，所述導電基底選自：氮碳材料或硫氮碳材料?？涛g步驟中，過氧化物刻蝕的氮碳材料或硫氮碳材料的位點是碳原子，因此暴露出更多氮原子，提高了氮/碳比例，從而能有效吸附第二金屬單原子。
15、本專利技術第二方面提供第一方面所述的金屬雙原子材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
16、刻蝕：將負載有第一金屬單原子的導電基底置于過氧化物水溶液中刻蝕，得到刻蝕后的第一金屬單原子材料；
17、金屬雙原子材料的制備：將上述得到的刻蝕后的第一金屬單原子材料負載第二金屬單原子，即得到金屬雙原子材料。
18、優選地，所述刻蝕的具體方法如下：
19、步驟a、將醇和水混合成溶液，將負載有第一金屬單原子的導電基底置于混合溶液中，超聲；
20、步驟b、將步驟a得到的混合溶液攪拌同時均勻滴加過氧化物水溶液，得混合均勻的反應液；
21、步驟c、將步驟b得到的反應液轉移到高壓反應釜中，置于烘箱中，設定反應溫度為100℃～200℃，反應3-10小時；反應結束后，對高壓反應釜中反應結束得到的固體材料進行過濾和洗滌，并真空冷凍干燥，得到刻蝕后的第一金屬單原子材料。
22、上述步驟b得到的反應液中，負載有第一金屬單原子的導電基底的濃度為1mg/本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種金屬雙原子材料，其特征在于，所述金屬雙原子材料包含：導電基底和負載在所述導電基底上的第一金屬單原子和第二金屬單原子，其中第一金屬單原子和第二金屬單原子的距離小于或等于0.5納米。
2.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，在導電基底上，雙原子對的密度不小于0.06對/平方納米。
3.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，所述第一金屬單原子中的第一金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的一種或幾種；
4.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，所述導電基底選自：氮碳材料或硫氮碳材料。
5.一種權利要求1～4所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述刻蝕的具體方法如下：
7.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述金屬雙原子材料的制備具體方法如下：
8.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述過氧化物水溶液中的過氧化
9.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述導電基底為氮碳基底時，所述負載有第一金屬單原子的導電基底的制備方法如下：
10.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述導電基底為硫氮碳基底時，所述負載有第一金屬單原子的導電基底的制備方法如下：
11.根據權利要求9所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述第一金屬鹽中的第一金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的一種或幾種。
12.根據權利要求7所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述第二金屬的前驅體為第二金屬鹽，第二金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀一種或幾種。
13.根據權利要求1～4任一項所述的金屬雙原子材料用于催化氧還原反應的用途。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬雙原子材料，其特征在于，所述金屬雙原子材料包含：導電基底和負載在所述導電基底上的第一金屬單原子和第二金屬單原子，其中第一金屬單原子和第二金屬單原子的距離小于或等于0.5納米。
2.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，在導電基底上，雙原子對的密度不小于0.06對/平方納米。
3.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，所述第一金屬單原子中的第一金屬選自：鈷、鐵、鋅、鎳、錳、鉑、釕、銥、金、銀中的一種或幾種；
4.根據權利要求1所述的金屬雙原子材料，其特征在于，所述導電基底選自：氮碳材料或硫氮碳材料。
5.一種權利要求1～4所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述刻蝕的具體方法如下：
7.根據權利要求5所述的金屬雙原子材料的制備方法，其特征在于，所述金屬雙原子材料的制備具體方法如下：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：孫曉明，金祥榮，常夢瑤，劉文，常錚，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：
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