CN110743566A - 单原子催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种单原子催化剂的制备方法，该制备方法包括：获取第一载体和贵金属前驱体溶液，第一载体包括衬底和负载于衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；将第一载体与贵金属前驱体溶液混合，使得贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，将第一载体与贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，去除溶剂，获得第二载体；将第二载体进行加热处理，使得贵金属原子以单原子形式分散在金属氧化物上。解决贵金属原子在制备过程中容易发生团聚的问题，并显著地提高了单原子催化剂中贵金属单原子的负载率。

Description

单原子催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其涉及一种单原子催化剂的制备方法。

背景技术

日益增长的能源需求和日趋严重的环境污染已经成为当今重要的社会议题。电解水产氢和燃料电池技术由于具有绿色、高效、可持续等特点为解决该问题提供了一种可能的途径。贵金属由于具有良好的催化活性和稳定性，被广泛应用于电解水和燃料电池催化剂的制备。近年来，大量的工作致力于贵金属催化剂的研发，但目前催化剂仍造价昂贵且性能有较大的提高空间。均相催化剂由于其明确的活性位点和可调控的配位环境，具有良好的催化活性和选择性，但不易回收的特点使其应用受到限制。而非均相催化剂虽然易于回收，但其粒径通常分布不均，只有小部分粒径适合的金属颗粒具有催化活性，而其他尺寸的颗粒不具有催化活性甚至可能引起副反应。这大大降低了贵金属的利用效率和催化剂的选择性，进一步增加了贵金属的消耗和催化剂的纯化费用。因此，开发出低成本、高产量的贵金属催化剂制备方法在实际应用中具有重要意义。

单原子催化剂(SACs)作为一种新兴的催化剂受到了研究人员的广泛关注，是一种金属以单原子形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂，其独特的电子结构和活性中心的不饱和配位环境有效地提高了催化剂的活性，极大地提高了贵金属的原子利用效率，进而降低催化剂成本。然而，由于单原子具有高表面能，为了避免金属原子团聚，大多数单原子催化剂负载量极低。尽管近年来研究人员研发出多种合成方法以提高贵金属的负载量，目前贵金属单原子催化剂的负载量仍未达到理想要求且制备成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单原子催化剂的制备方法，旨在解决现有单原子催化剂存在的负载量较低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

获取第一载体和贵金属前驱体溶液，所述第一载体包括衬底和负载于所述衬底表面的金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；

将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合，使得所述贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，获得第二载体；

将所述第二载体进行加热处理，使得所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

本发明提供的单原子催化剂的制备方法，采用第一载体，第一载体包括衬底和负载于衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，并通过依次将第一载体与贵金属前驱体溶液混合、与贵金属前驱体溶液进行分离、干燥获得第二载体，之后将第二载体进行加热处理，在解决贵金属原子在制备过程中容易发生团聚的问题的同时，有效地提高了单原子催化剂中贵金属单原子的负载率，提升了贵金属的利用率以及单原子催化剂的催化效果和稳定性。方法简单，原料来源广，成本低，贵金属利用率高，产率高，适合大规模生产。

相应的，一种单原子催化剂，包括：衬底、金属氧化物和贵金属原子，所述金属氧化物负载于所述衬底表面，所述贵金属原子以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

本发明提供的单原子催化剂，由上述制备方法制得，贵金属单原子负载率高，对催化水解产氢具有优异的选择性和催化效率，且具有优异的稳定性，即便在极端的工作环境中使用其耐久性也十分出色，可广泛应用于质子交换膜燃料电池以及其他能源转换领域。

附图说明

图1为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C的电镜扫描结果；

图2为实施例3制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C的电镜扫描结果；

图3为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C的球差矫正扫描透射电镜图；

图4为实施例3制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C的球差矫正扫描透射电镜图；

图5为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C以及催化剂Co₃O₄-C在氧气饱和的、浓度为1M的氢氧化钾电解液中进行极化曲线测试的极化曲线图

图6为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti的扫描电镜图；

图7为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti的球差矫正扫描透射电镜图；

图8为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti以及催化剂NiO-C、催化剂IrO₂-C分别在氧气饱和的、浓度为1M的氢氧化钾电解液中进行极化曲线测试的极化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S01、获取第一载体和贵金属前驱体溶液，所述第一载体包括衬底和负载于所述衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；

S02、将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合，使得所述贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，获得第二载体；

S03、将所述第二载体进行加热处理，使得所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

本发明实施例提供的单原子催化剂的制备方法，采用第一载体，第一载体包括衬底和负载于衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，并通过依次将第一载体与贵金属前驱体溶液混合、与贵金属前驱体溶液进行分离、干燥或得第二载体，之后将第二载体进行加热处理，在解决贵金属原子在制备过程中容易发生团聚的问题的同时，有效地提高了贵金属单原子催化剂的负载量，使得贵金属原子高密度地以单原子形式分散在金属氧化物上。方法简单，原料来源广，成本低，贵金属利用率高，产率高，适合大规模生产。

在步骤S01中，所述第一载体包括衬底和负载于所述衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物。

具体地，所述衬底作为所述第一载体的基体，用于负载所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体。作为一种实施方式，所述衬底选自碳布、碳纸、碳纳米管、石墨烯、泡沫镍、钛片、铜片和不锈钢片中的一种，优选为碳质载体，这类衬底不与贵金属前驱体溶液中的贵金属前驱体反应，不影响后续贵金属单原子催化剂的形成。在一些实施例中，所述衬底为经过酸处理的衬底，使得所述衬底的表面形成更多的缺陷位点，利于吸附更多的所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，提高所述单原子催化剂的负载量，并在一定程度上降低了所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体的颗粒尺寸及促进后续贵金属的吸附及其结晶与形核，提高所述单原子催化剂的催化活性。更具体地，所述经过酸处理的衬底可采用常规方法制得，在一些实施例中，采用强氧化性溶液例如硝酸、硫酸、盐酸等，将其与碳质载体混合并进行高温水热处理，例如在80-200℃下加热2-8小时，随后用去离子水洗涤数次，以确保足够清洁的表面。

具体地，所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体作为所述第一载体的活性成分，用于吸附贵金属前驱体溶液中的贵金属。所述第一载体中，所述金属氧化物的热分解前体在后续的加热处理过程中可分解为金属氧化物，所述金属氧化物具有一定的电解水催化活性，通过与贵金属单原子协同作用，以大大提升所述单原子催化剂的内在活性。当所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上，一方面，所述贵金属原子提供过剩的电子，增强金属氧化物的表面反应性，激活周围金属氧化物中金属原子的催化活性；另一方面，引起了贵金属原子缺陷密度的增加，使得贵金属原子中金属的氧化态略高于金属氧化物，具有较高氧化态和较低电子密度的贵金属单原子的电催化性能得到有效改善。

作为一种实施方式，所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体中的金属选自Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)、Mn(锰)、V(钒)、Ti(钛)、Cu(铜)和Zn(锌)中的至少一种。这类成分具有一定的电解水催化活性，与贵金属单原子协同增效，尤其是Ru、Rh、Ir、Pt和Au等，可大大提升所述单原子催化剂的内在活性。

作为一种实施方式，所述第一载体的制备包括以下步骤：获取表面经过酸处理的衬底，将所述衬底与金属前驱体、络合剂混合，在密封环境中于70-100℃下加热1-10小时，使得所述衬底的表面生长所述金属碱式碳酸盐和/或所述金属氢氧化物。在一些实施例中，所述酸选自硝酸。在一些实施例中，所述络合剂选自六甲基四胺和/或尿素。在一些实施例中，将经过酸处理的衬底与金属盐、络合剂混合的步骤中，金属氧化物前驱体的浓度为10～50mg/mL，络合剂的浓度为10～50mg/mL。

具体地，贵金属前驱体溶液用于提供贵金属原子，包含贵金属前驱体和溶解所述贵金属前驱体的溶剂，所述贵金属前驱体包括但不限于含贵金属的盐，所述溶剂优选为剂型溶剂，例如甲醇、乙醇和水中的至少一种。

作为一种实施方式，所述贵金属前驱体溶液中的贵金属为Ru、Rh、Ir、Pt和Au中的至少一种。经实验证实，这类贵金属原子能够在能够以单原子形式分散在上述金属氧化物的情况下，可与上述金属氧化物协同作用，极大地提升所述单原子催化剂的催化性能。在一些实施例中，所述贵金属前驱体溶液中的贵金属前驱体的浓度为0.05-50mg/mL，浓度过高可导致制得的单原子催化剂中金属氧化物表面负载的贵金属单原子发生团聚，浓度过低则导致制得的单原子催化剂中金属氧化物表面负载的贵金属单原子数量过少，不能明显提升催化剂性能。

步骤S02中，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合，使得所述贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，获得第二载体。

在混合过程中，所述贵金属前驱体溶液中的贵金属原子通过静电作用吸附所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体。作为一种实施方式，所述第一载体的表面负载有所述金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物。相对于金属氧化物，金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物与所述贵金属前驱体溶液中的贵金属原子之间的吸附作用更强，由此得到的所述单原子催化剂具有更高的负载率和催化活性。

作为一种实施方式，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合的步骤中，将所述第一载体浸没于所述贵金属前驱体溶液中，浸泡1-60分钟。浸泡时间过短，载体表面吸附的贵金属前驱体数量过少，不利于提升单原子催化剂中的贵金属单原子负载量；待表面吸附饱和之后，延长时间无意义。

将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，可使得吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体表面的所述贵金属前驱体溶液在其表面成膜，使得第二载体中的所述金属氧化物和/或所述金属氧化物热分解前体的表面形成有贵金属前驱体薄膜。如此，不仅使得吸附在所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体的表面的贵金属前驱体的数量最大化，还可以有效避免由于表面贵金属前驱体的数量过多导致的贵金属原子聚集，有效解决了传统的溶剂热法制备单原子催化剂所存在的贵金属原子聚集和/或单原子催化剂负载量低的问题。

因而，在将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离、干燥的步骤之后得到的第二载体包括：所述衬底，负载于所述衬底上的所述金属氧化物和/或所述金属氧化物热分解前体，以及沉积在所述金属氧化物和/或所述金属氧化物热分解前体的表面的贵金属前驱体薄膜。

将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离可参考本领域常规方法，在一些实施方式中，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离的步骤包括：采用镊子或其他具有相同作用效果的工具夹紧所述衬底，从所述贵金属前驱体溶液中取出所述第一载体，此时，所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体上吸附有贵金属原子。

干燥的步骤可参考本领域常规的技术手段，使得吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体表面的所述贵金属前驱体溶液中的溶剂挥发完全即可。在一些实施例中，所述干燥采用在室温下风干或适当加热以加速干燥的方法。

在步骤S03中，将所述第二载体进行加热处理，使得所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

将所述第二载体进行加热处理的步骤中，一方面，负载在所述衬底表面的所述金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物受热分解形成金属氧化物；另一方面，吸附在所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体上的贵金属自分散成单原子并以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

作为一种实施方式，将所述第二载体进行加热处理的步骤中，加热温度为250-500℃，加热时间为0.5-6小时。通过控制加热的温度和时间，可在确保金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物受热分解完全的条件下，有效避免单原子催化剂中贵金属单原子发生团聚。在一些实施例中，所述加热处理为在空气中进行加热。

值得注意的是，在一些对比实验中，尝试将金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体与贵金属前驱体溶液混合吸附，然后进行过滤、干燥、加热的工艺，然而，由此得到单原子催化剂中贵金属单原子的负载率仅为1％-5％，远低于同等条件下采用本发明实施例的工艺制得的单原子催化剂的高达20％的贵金属单原子负载率，显示本发明实施例提供的工艺对提升单原子催化剂中贵金属单原子的负载率具有显著影响。

在本申请说明书中，“负载率”指的是单原子催化剂中以单原子分散在金属氧化物上的贵金属单原子相对于贵金属单原子和金属氧化物的总和的重量百分比。

相应的，一种单原子催化剂，由上述制备方法制得，所述单原子催化剂包括：衬底、金属氧化物和贵金属原子，所述金属氧化物负载于所述衬底表面，所述贵金属原子以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

本发明实施例提供的单原子催化剂，由上述制备方法制得，贵金属单原子负载率高，对催化水解产氢具有优异的选择性和催化效率，且具有优异的稳定性，即便在极端的工作环境中使用其耐久性也十分出色，可广泛应用于质子交换膜燃料电池以及其他能源转换领域。

作为一种实施方式，所述贵金属原子为Ru、Rh、Ir、Pt和Au中的至少一种。

进一步的实施例中，所述金属氧化物中的金属原子选自Fe、Co、Ni、Mn、V、Ti、Cu和Zn中的至少一种。

经对比试验验证，由上述制备方法制得的单原子催化剂的贵金属单原子负载率普遍大于6％，部分实施例中甚至高达20％，远高于现有商业贵金属单原子催化剂(例如：负载于碳质载体上的贵金属单原子)的1％-5％。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例一种单原子催化剂及其制备方法的进步性能显著地体现，以下通过实施例对本发明的实施进行举例说明。

实施例1

本实施例制备了一种单原子催化剂，为Pt单原子修饰的四氧化三钴催化剂(Pt-Co₃O₄-C)，具体包括以下步骤：

1、将5×5cm的碳布置于16mol/L的硝酸中，并在120℃下水浴加热6h，冷却，去离子水反复清洗，获得经过酸处理的碳布作为衬底；

2、称取1.2g硝酸钴、1.2g尿素，加入40mL水中进行超声溶解，加入上述步骤制得的衬底，然后在100℃烘箱中反应10h，反应完毕后取出衬底，之后用去离子水清洗后晾干，获得第一载体，第一载体包括衬底以及负载在衬底表面上的碱式碳酸钴；

3、将步骤2制得的第一载体浸泡于10mL 10mg/mL的氯铂酸-乙醇溶液中，5min后取出，室温晾干，获得第二载体；

4、将上述步骤制得的第二载体置于350℃烘箱中反应2h，即得所述单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C。

经测试，本实施例制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C中，贵金属单原子的负载率为8％。

实施例2

本实施例制备了一种单原子催化剂，为Ir单原子修饰的氧化镍催化剂(Ir-NiO-Ti)，具体包括以下步骤：

1、将5×5cm的钛片置于6mol/L的盐酸中浸泡2h，去离子水反复清洗，获得经过酸处理的钛片作为衬底；

2、称取1.6g硝酸镍、1.6g次亚甲基四胺，加入40mL水中进行超声溶解，加入上述步骤制得的衬底，然后在120℃烘箱中反应10h，反应完毕后取出衬底，之后用去离子水清洗后晾干，获得第一载体，第一载体包括衬底以及负载在衬底表面上的碱式碳酸镍；

3、将步骤2制得的第一载体浸泡于10mL 5mg/mL的氯铱酸-乙醇溶液中，5min后取出，室温晾干，获得第二载体；

4、将上述步骤制得的第二载体置于350℃烘箱中反应2h，即得所述单原子催化剂Ir-NiO-Ti。

经测试，本实施例制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti中，贵金属单原子的负载率为10.3％。

实施例3

本实施例制备的一种单原子催化剂，为Ru单原子修饰的四氧化三钴催化剂(Ru-Co₃O₄-C)，其制备方法与实施例1的区别在于：步骤3使用的贵金属前驱体溶液为氯钌酸-乙醇溶液，其他地方与实施例1基本相同。

经测试，本实施例制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C中，贵金属单原子的负载率为6.5％。

对比例1

本对比例制备了一种单原子催化剂，其与实施例1的区别在于：省略衬底，将碱式碳酸钴加入氯铂酸-乙醇溶液中，浸泡5min后，过滤，室温晾干，之后于350℃烘箱中反应2h。

经测试，本对比例制得的单原子催化剂中，贵金属单原子的负载率为4％。

对比例2

本对比例提供的催化剂包括：碳布和负载于碳布上的Co₃O₄，标记为Co₃O₄-C。

测试例

取实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C以及实施例3制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C，分别进行结构表征及性能测试。

图1为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C的电镜扫描结果，图2为实施例3制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C的电镜扫描结果，如图1和图2所示，单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C和单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C均为棒状均匀分布的四氧化三钴纳米棒，生长在碳布上，且纳米棒直径为40±7nm，结构均一、高度分散。

图3为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C的球差矫正扫描透射电镜图，图4为实施例3制得的单原子催化剂Ru-Co₃O₄-C的球差矫正扫描透射电镜图，如图3和图4所示，贵金属Pt和Ru在四氧化三钴纳米棒上呈单原子状态分布，且单原子密度较高。

图5为实施例1制得的单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C以及对比例2制得的催化剂Co₃O₄-C在氧气饱和的、浓度为1M的氢氧化钾电解液中进行极化曲线测试的极化曲线图，如图5所示，单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C的过电位小于催化剂Co₃O₄，显示单原子催化剂Pt-Co₃O₄-C具有更好的析氧催化活性。

图6为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti的扫描电镜图，如图6所示，单原子催化剂Ir-NiO-Ti为片状均匀分布的氧化镍纳米片，生长在钛片上，呈多孔结构，纳米片厚度约为5nm，多孔直径约为200-400nm。

图7为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti的球差矫正扫描透射电镜图，如图7所示，贵金属Ir在氧化镍纳米片上呈单原子状态分布，且单原子密度较高。

图8为实施例2制得的单原子催化剂Ir-NiO-Ti以及催化剂NiO-C、催化剂IrO₂-C分别在氧气饱和的、浓度为1M的氢氧化钾电解液中进行极化曲线测试的极化曲线图，如图8所示，单原子催化剂Ir-NiO-Ti具有更小的过电位，显示单原子催化剂Ir-NiO-Ti具有更好的析氧催化活性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取第一载体和贵金属前驱体溶液，所述第一载体包括：衬底以及负载于所述衬底表面的金属氧化物和/或金属氧化物的热分解前体，所述金属氧化物的热分解前体包括金属碱式碳酸盐和/或金属氢氧化物；

将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合，使得所述贵金属前驱体溶液中的贵金属吸附到所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液进行分离，干燥，获得第二载体；

将所述第二载体进行加热处理，使得所述贵金属以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体溶液中的贵金属为Ru、Rh、Ir、Pt和Au中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物和/或所述金属氧化物的热分解前体中的金属选自Fe、Co、Ni、Mn、V、Ti、Cu和Zn中的至少一种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述第一载体与所述贵金属前驱体溶液混合的步骤中，将所述第一载体浸没于所述贵金属前驱体溶液中，浸泡1-60分钟。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体溶液中的贵金属前驱体的浓度为0.05-50mg/mL。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述第二载体进行加热处理的步骤中，将所述第二载体在250-500℃下加热0.5-6小时。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底选自碳布、碳纸、碳纳米管、石墨烯、泡沫镍、钛片、铜片和不锈钢片中的一种。

8.一种单原子催化剂，其特征在于，包括：衬底、金属氧化物和贵金属原子，所述金属氧化物负载于所述衬底表面，所述贵金属原子以单原子形式分散在所述金属氧化物上。

9.根据权利要求8所述的单原子催化剂，其特征在于，所述贵金属原子为Ru、Rh、Ir、Pt和Au中的至少一种。

10.根据权利要求8或9所述的单原子催化剂，其特征在于，所述金属氧化物中的金属选自Fe、Co、Ni、Mn、V、Ti、Cu和Zn中的至少一种。

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