【成果推介】一种单原子铜/石墨炔@蜂窝载体复合材料及其制备方法

【应用行业】环保

【技术领域】催化剂技术、新材料技术

【知识产权】发明专利

【成果完成单位】华中师范大学

【成果完成人姓名】郭彦炳、潘传奇、宋思逸、张碧滦、徐佩艳

【完成人团队简介】团队主要研究机动车尾气排放控制，可挥发性有机污染物控制，纳米环境催化材料

【成果完成时间】2022-11-12

【专利号】CN2022114164938

【授权日期】2024-03-08

【技术成熟度】研发阶段

【应用背景】铜在自然界储量丰富、价格低廉、对环境友好且呈现多种价态，具有一些独特的物理和化学特性。Cu是位于元素周期表第三周期IB族的过渡金属，外层电子排布式为3d104s1，由于这种价电子构型易失去电子，其存在的常见价态主要为+1，+2价。在微纳米尺度合理的控制铜的电子态一直是巨大挑战。引入表面过剩电子可以阻止金属铜(0)的氧化，且可以在空气中维持数月不发生氧化，这很好的保持了铜的金属性，将在半导体及光电领域取代贵金属金和银；稳定的Cu(I)不仅可以增强反应CO的吸附，而且可以活化叠氮化物，这有效的改善了CO氧化性能和关键药物分子的合成；而稳定的Cu(II)可以增强过硫酸盐的活化,此外，在CO2的电化学还原中Cu(II)被认为是催化CO2生成高附加值的C2+产物的主要活性位点。然而，在Cu(II)基催化剂中实现Cu(II)的高稳定性还存在巨大挑战。

碳材料由于价格低廉、导电性良好以及出色的化学和热稳定性等优势被广泛作为单原子催化剂的载体。碳的同素异形体呈现多种碳的杂化态(sp、sp2和sp3),如石墨烯(sp2)、碳纳米管(sp2)和无定形碳(sp3)等。石墨炔(graphdiyne,GDY)不仅具有易调节的电子结构，且与传统sp2杂化碳材料相比，独特的sp杂化碳可以作为金属单原子锚定位点。整体式催化剂具有一定的机械强度，在使用过程中使其不破碎或粉化，同时催化剂磨耗少、床层压降低、几何比表面积高，较高的传质效率成功实现了催化剂与反应器的融合，更适用于实际的工业应用中。如何获得新的具有催化性能优异的整体式催化剂是现有技术的难题。

【成果简介】本成果公开一种单原子铜/石墨炔@蜂窝载体复合材料及其制备方法，属于材料技术领域。该单原子铜/石墨炔@蜂窝载体复合材料，单原子铜锚定在石墨炔@蜂窝载体上，所述单原子铜的价态为+2价。本成果还提出一种单原子铜/石墨炔@蜂窝载体复合材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨炔@蜂窝载体浸渍在铜盐溶液中得到所述单原子铜/石墨炔@蜂窝载体复合材料。该复合材料具有优异的催化性能，且为整体式催化剂，机械稳定性好。

【成果图片】

【联系方式】段治国、安红高、刘树楠、吴涛，02767868068，02767868067，02767862769