利用石墨烯量子点合成高金属负载单原子催化剂—催化剂制备15
GQDs-NH2合成
将 8 克芘(Sigma,纯度 >98%)在 640 毫升浓 HNO3(70%,Sigma)中在 80°C 下在回流和搅拌 12 小时的条件下硝化为三硝基芘。
冷却至室温后,使用去离子 (DI) 水 (18.2 MΩ) 通过离心将混合物洗涤至中性 pH。
然后在室温下真空干燥所得黄色1,3,6-三硝基芘。接下来,将 1.2 克干燥的 1,3,6-三硝基芘粉末分散到含有 220 毫升去离子水和 20 毫升浓氨溶液(30%,Sigma)的溶液中。
使用间歇式超声仪将上述混合物在冰水中超声处理 4 小时。将 60 毫升均匀悬浮液转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜(100 毫升)中。
将四个高压釜(总共 240 毫升混合物溶液)在 200 °C 下加热 10 小时。自然冷却至室温后,将所有含有产物的溶液通过0.22μm微孔膜过滤以去除不溶性碳产物,并通过旋转干燥进一步浓缩至~90毫升。
将浓缩溶液在透析袋(保留分子量,~12-14 kDa,Innovating Science)中透析两天,以去除污染物和未融合的小分子。纯化的GQDs-NH2 溶液的浓度约为每毫升 1 毫克。
Ir-N-C-x合成
首先,将 1 克 IrCl3∙xH2O 加入 200 毫升去离子水中以制备 IrCl3 (Alfa Aesar) 溶解储备溶液,浓度为每毫升约 5 毫克。
对于 Ir–N–C-7 样品,将 7 毫升 IrCl3 储备溶液添加到约 30 毫升纯化的 GQDs–NH2 溶液(约 30 毫克 GQDs–NH2)中。
然后,将混合溶液在冰水中超声 15 分钟,然后在液氮中快速冷冻。
冷冻干燥后,将制备的气凝胶状粉末与尿素(VWR)以1比10的质量比混合,在管式炉中进一步加热至500 °C,气流为100 sccm Ar(UHP,Airgas) ) 1 小时内,并在相同温度下再保持 2 小时,然后冷却至室温。
最后,收集 Ir-N-C-7 粉末用于进一步表征。
对于其他 Ir-N-C-x 催化剂合成,只有 IrCl3 的体积发生了变化;例如,1 mL IrCl3 原液作为原液用于制备 Ir-N-C-1 催化剂。
参考文献:Xia, C.; Qiu, Y.; Xia, Y.; Zhu, P.; King, G.; Zhang, X.; Wu, Z.; Kim, J.Y. T.; Cullen, D. A.; Zheng, D.; Li, P.; Shakouri, M.; Heredia, E.; Cui, P.;Alshareef, H. N.; Hu, Y.; Wang, H., General synthesis of single-atom catalystswith high metal loading using graphene quantum dots. Nature chemistry 2021.DOI: 10.1038/s41557-021-00734-x