CN111389416A - 一种基于水滑石结构的单原子催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于水滑石结构的单原子催化剂及其制备方法，本发明所采用的制备方法是将可溶性金属盐溶于去离子水中配成混合盐溶液，制备含有可变价金属离子的LDH前驱体，经过焙烧、原位拓扑转变得到复合金属氧化物LDO载体，再负载上贵金属活性组分即得到催化剂M/LDO。由于载体具有还原电势低于贵金属离子的高度分散还原位点，利用临近的氧空位对还原的金属原子的锚定作用，大大提高了活性金属的分散程度，实现水滑石基单原子/纳米团簇催化剂的构筑，该催化剂中金属组分以稳定的状态锚定于载体上。逐滴浸渍法使沉淀剂将金属盐均匀地沉淀在载体上，而且载体与活性组分的相互作用较强。本制备方法工艺简便，条件温和。该催化剂可用于多种氧化或加氢反应，表现出比传统催化剂更优异的性能，且重复使用性好。

Description

一种基于水滑石结构的单原子催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种基于水滑石的单原子催化剂及其制备方法，该催化剂用于多种氧化或加氢反应。
背景技术
单原子催化剂是当今均相催化和多相催化领域研究的热点之一。单原子催化剂是指催化剂中的活性金属组分以“孤立的原子”的状态稳定于载体上的催化剂。与传统催化剂相比，单原子催化剂具有显著的优势：活性金属的利用率接近100％，有效降低了催化剂的成本；活性中心组成单一，结构一致；而且拥有独特的电子、几何结构，从而提高对反应的活性和对反应产物的选择性，同时也有利于深入揭示反应机理。单原子催化剂既有均相催化剂的活性位点一致且孤立的特点，又具有多相催化剂易分离及多次循环利用的特点，在一定程度上将均相催化与多相催化紧密地联系起来。因此，研究者们对单原子催化剂及其在工业催化中的应用的研究具有十分重要的意义。
2011年张涛院士团队首次报道了Pt1/FeOX单原子催化剂，并与刘景月教授共同在国际上首次提出了“单原子催化”的概念，掀起了一股研究单原子催化剂的热潮。近年来，国内外学术期刊相继发表了以单原子催化为主题的文章，研究者们对单原子催化的概念进行了解释，对单原子催化剂的制备方法、表征手段及应用前景进行了深刻的讨论与总结。目前，广泛应用的单原子催化剂的制备方法主要有：原子层沉积法、高温蒸汽转移法、湿化学法、金属有机物热解法、光介还原法等。贵金属单原子催化剂(Au、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru等)以及非贵金属单原子催化剂(Fe、Co、Ni、Cu、Zn等)被应用于各种催化反应体系中。
目前，单原子催化剂不仅在选择性加氢、氧化反应等传统的催化领域，而且在燃料电池、光电催化等新型催化领域都表现出了比传统催化剂更优异的性能。但单原子催化剂仍存在不足之处和一些亟待解决的难题，比如：在制备和反应过程中，由于金属表面自由能急剧增大，金属会聚集成纳米颗粒。另外，常规的制备方法步骤复杂繁琐、实验条件苛刻、成本代价高，不利于工业化应用。
层状双氢氧化物(LDH)，也称为类水滑石，具有层板金属阳离子呈原子水平均匀分布、金属阳离子种类及比例可调控、层间阴离子可交换、表面酸碱性可调控、良好的热稳定性等特点，这使得LDH及其通过原位拓扑转变得到的复合金属氧化物(LDO)被广泛用作金属组分高度分散的负载型金属催化剂的前驱体，并在多种氧化或加氢反应中表现出优异的性能。例如，在Nearly atomic precise gold nanoclusters on nickel-based layereddouble hydroxides for extraordinarily efficient aerobic oxidation ofalcohols,Catal.Sci.Technol,2016,6,4090中，使用尺寸聚焦合成法合成了Au25纳米簇，再将其负载在NiAl LDH上，通过煅烧成功制备了约0.9nm的金团簇，该催化剂在1-苯基乙醇选择性氧化为苯乙酮反应中具有优异的活性，但制备方法复杂、实验条件苛刻，因此该方法的普适性较差。在Embedded High Density Metal Nanoparticles with ExtraordinaryThermal Stability Derived from Guest-Host Mediated Layered Double Hydroxides,J.Am.Chem.Soc,2010,132,14739中使用MoO4 2-插层的FeMgAl-LDHs前驱体制备了高分散的金属铁纳米颗粒，但制备过程中需要对LDH进行插层改性，工艺繁琐。在Single-atom andsmall-cluster Pt induced by Sn(IV)sites confined in an LDH lattice forcatalytic reforming,Journal of Catalysis,2016,341,44–54中，将Pt分散在MgAlSnLDH表面，随后通过煅烧，制备了金属Pt单原子及纳米团簇，但活性组分的负载量仅为0.5wt％。
综上所述，传统的单原子催化剂中活性组分的负载量很低，而且在制备和反应过程中，由于金属表面自由能急剧增大，金属会聚集成纳米颗粒，不利于活性组分的稳定且高度分散，从而导致催化性能降低。另外，常规的制备方法步骤复杂繁琐、实验条件苛刻、成本代价高，不利于工业化应用。因此，基于LDH的结构特性，开发一种稳定的单原子催化剂具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于水滑石结构的单原子催化剂及其制备方法。该催化剂用于多种氧化或加氢反应。
本发明提供的基于水滑石结构的单原子催化剂，表示为M/LDO，其中M代表活性贵金属，M为Pt、Pd、Ru、Au、Rh、Ir中的一种，较佳的是Pd、Ir、Pt、Ru；M的负载量为0.5～5％；M以单原子形式附着在载体LDO上；LDO代表LDH经过原位拓扑转变得到的复合金属氧化物。所述的负载量为活性金属组分占催化剂的质量含量。
本发明提供的基于水滑石结构的单原子催化剂的制备方法：以LDH为前驱体，在氢气、氮气混合气氛诱导下，经过原位拓扑转变得到具有大量高分散的具有还原性的金属阳离子和氧空位物种的LDO，再利用金属阳离子的还原性和氧空位对金属原子的锚定作用将贵金属固定于LDO上得到M/LDO。
A.按照目标水滑石LDH前驱体层板金属阳离子的结构要求，配制可溶性金属盐混合溶液；所述可溶性金属盐混合溶液中含有至少三种金属离子，金属离子为M2、M3；其中M2：M3摩尔比为2-4:1，M2代表二价金属离子，M2是Mg2+、Zn2+、Co2+、Cu2+中的一种，较好的是Mg2+或Zn2+；M3代表三、四价金属离子，是Al3+、Fe3+、Ga3+、Mn3+、Cr3+、Ce3+、Ti4+中的两种，较好的是Al3+、Fe3+、Ce3+、Ti4+中的两种；M3中至少有一种是可变价金属离子，可变价金属离子是Fe3+、Ga3+、Mn3+、Cr3+、Ce3+、Ti4+中的一种，较好的是Fe3+、Ce3+、Ti4+。
B.将步骤A中的可溶性金属盐混合溶液与沉淀剂同时加入反应釜中并快速搅拌，沉淀剂的加入量为使混合溶液的pH为9～11；于45～200℃下晶化6～48h，自然冷却至室温，过滤出沉淀物、洗涤至上清溶液pH为7～8，于40～80℃干燥6～18h，得到水滑石LDH前驱体，再在氢气、氮气混合气氛下以2～10℃·min-1的速率升温至300～500℃焙烧3～6h，由LDH前驱体经过原位拓扑转变得到复合金属氧化物LDO载体。
所述的沉淀剂是尿素、NaOH、KOH、氨水、Na2CO3或NaHCO3的水溶液中的一种，其浓度为1～10mol/L。
C.将可溶性活性贵金属盐溶于去离子水中，配制成浓度为0.3～1mmol/L的贵金属浸渍溶液，较好的浓度为0.3～0.5mmol/L；
所述的可溶性活性贵金属盐是：Pd(NH3)2Cl2、Pd(NO3)2、Na2PdCl4、Pd(CH3COO)2、H2PtCl4、H2PtCl6、K2PtCl4、K2PtCl6、Pt(NO3)2、[Pt(NH3)4]Cl2、HAuCl4、NaAuCl4、RuCl3、RhCl3·3H2O、Rh(CH3COO)3、Rh(NO3)3、H2IrCl6和Na2IrCl6中的一种。较好的是H2PtCl6、Na2PdCl4、RuCl3、H2IrCl6中的一种。
D.常温持续剧烈的搅拌条件下将步骤B制备的LDO载体加到去离子水溶液中，配制LDO含量为1～10mg/mL悬浮液，用沉淀剂调节混合溶液的pH为8～12；再逐滴慢速地加入步骤C制备的贵金属浸渍溶液，其加入量按照使贵金属的负载量为0.5～5.0wt％定量，滴加完成后，继续剧烈搅拌30-40分钟，静置，滤去上层清液，于60～90℃恒温干燥6～24h，得到M/LDO催化剂。所述的沉淀剂是NaOH、氨水、(NH4)2CO3的水溶液中的一种，其浓度为0.1～1mol/L。
图1为实施例1制备的水滑石前驱体和复合金属氧化物载体的X射线衍射(XRD)图。XRD曲线表明Mg4Al1Ti1 LDH水滑石前驱体的成功制备。焙烧后，水滑石层板结构坍塌，出现尖晶石相，形成复合金属氧化物Mg4Al1Ti1Ox。
图2为实施例1制备的复合金属氧化物载体的扫描电子显微镜(SEM)照片。从SEM照片可以看出Mg4Al1Ti1Ox载体具有均匀的结构，平均直径为1.4μm。
图3为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片。由图可见，催化剂中活性金属组分均匀地分散在载体表面，且颗粒尺寸范围为0.2～1.0nm，平均粒径为0.8nm。
图4为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂的CO原位红外光谱图。2114cm-1、2063cm-1处的吸附峰分别是正价铂和零价铂的单原子特征吸附峰，由此可以判断催化剂为单原子催化剂。
图5为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在肉桂醛加氢反应中的实验结果，当反应时间为2h，肉桂醛转化率接近100％，对应的肉桂醇选择性为85％。
图6为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在肉桂醛加氢反应中的重复使用性的稳定性柱状图。该催化剂连续使用6次，肉桂醛转化率分别为92％、91％、92％、90％、93％、93％，无明显差别。
图7为实施例2制备的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在苯甲醇氧化反应中的实验结果，当反应时间为4h，苯甲醇转化率接近90％，对应的苯甲醛选择性为88％。
图8为实施例2制备的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在苯甲醇氧化反应中的重复使用性的稳定性柱状图。该催化剂连续使用6次，苯甲醇转化率分别为90％、92％、87％、93％、88％、90％，无明显差别。
本发明的有益效果：
本发明基于水滑石层板金属原子的分散性，构筑出还原电势低于贵金属离子的高度分散还原位点，利用临近的氧空位对还原的金属原子的锚定作用，大大提高了活性金属的分散程度，实现水滑石基单原子/纳米团簇催化剂的构筑，该催化剂中金属组分以稳定的状态锚定于载体上。逐滴浸渍法使沉淀剂将金属盐均匀地沉淀在载体上，而且载体与活性组分的相互作用较强，在制备过程中有效地抑制了团聚，有利于活性组分的稳定分散。本制备方法工艺简便，条件温和。
本发明解决了传统制备方法过程中，由于金属表面自由能急剧增大，金属会聚集成纳米颗粒以及步骤复杂繁琐、实验条件苛刻、成本代价高和不利于工业化应用等问题。
该催化剂应用于多种氧化或加氢反应，表现出比传统催化剂更优异的性能，且重复使用性好。
附图说明：
图1为实施例1制备的水滑石前驱体和复合金属氧化物载体的X射线衍射(XRD)图。其中a为步骤B的Mg4Al1Ti1-LDHs前驱体，b为步骤B的Mg4Al1Ti1-LDO。
图2为实施例1制备的复合金属氧化物载体的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图3为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片。
图4为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂的CO原位红外光谱图。
图5为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在肉桂醛加氢反应中的实验结果，a为肉桂醛转化率与反应时间的关系曲线，b为肉桂醇选择性与反应时间的关系曲线。
图6为实施例1制备的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在肉桂醛加氢反应中的重复使用性的稳定性柱状图。
图7为实施例2制备的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在苯甲醇氧化反应中的实验结果，a为苯甲醇转化率与反应时间的关系曲线，b为苯甲醛选择性与反应时间的关系曲线。
图8为实施例2制备的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂在苯甲醇氧化反应中的重复使用性的稳定性柱状图。
具体实施方式：
下面结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
A.将1.3660gTiCl4溶解到0.8mL的HCl中，再与7.3850gMg(NO3)2·6H2O和2.7000gAl(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将12.0000g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在120℃烘箱中反应12h。反应结束后降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg4Al1Ti1-LDHs前驱体；在氢气、氮气混合气氛下以10℃·min-1的速率升温至500℃焙烧并保持4h，得到复合金属氧化物Mg4Al1Ti1Ox载体。
C.将H2PtCl6溶解于去离子水配制浓度为0.3mmol/L的H2PtCl6溶液。
D.将0.1000gMg4Al1Ti1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入90mL0.3mmol/L H2PtCl6溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pt负载量为5％的Pt/Mg4Al1Ti1Ox催化剂。
将上述制备的催化剂用于肉桂醛选择性加氢反应实验：
称取200mg催化剂放入带有磁力搅拌的微型反应釜，加入的反应液为20mL乙醇与0.45mL肉桂醛的混合溶液，在70℃，3MPa H2条件下测试2h，到达温度后每30min取样过滤并以联苯为内标物，采用内标法利用气相色谱分析反应物及产物组成，结果见图5、图6。
实施例2
A.将1.3660gTiCl4溶解到0.8mL的HCl中，再与7.3850gMg(NO3)2·6H2O和2.7000gAl(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将12.0000g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在120℃烘箱中反应12h。反应结束后，降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg4Al1Ti1-LDHs前驱体；在氢气、氮气混合气氛下以10℃·min-1的速率升温至500℃焙烧并保持4h，即得到复合金属氧化物Mg4Al1Ti1Ox载体。
C.将PdCl2和NaCl溶解于去离子水配制浓度为0.5mmol/L的Na2PdCl4溶液。
D.将0.1000g Mg4Al1Ti1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入99mL0.5mmol/L Na2PdCl4溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pd负载量为5％的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂。
将上述制备的催化剂用于苯甲醇氧化反应实验：
将10mL苯甲醇和0.0200g催化剂置于50mL六联石英玻璃反应器中，用连续的高纯氧气流吹扫反应器30秒钟以排除空气，并将O2压力保持在0.1MPa。随后，将玻璃反应器放置到预热至140℃的加热台中，反应过程中保持1000rmp搅拌。反应4h后，将样品在冷水浴中迅速冷却并过滤以除去固体催化剂。反应物、产物的组成和含量通过气相色谱进行分析，数据处理方式为内标法，结果见图7、图8。
实施例3
A.将2.9090g Fe(NO3)3·9H2O、7.3850g Mg(NO3)2·6H2O和2.7000g Al(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将10.0000g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在140℃烘箱中反应12h。反应结束后，降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg4Al1Fe1-LDHs前驱体，在氢气、氮气混合气氛下以10℃·min-1的速率升温至500℃焙烧并保持4h，即得到复合金属氧化物Mg4Al1Fe1Ox载体。
C.将PdCl2和NaCl溶解于去离子水配制浓度为0.3mmol/L的Na2PdCl4溶液。
D.将0.1000g Mg4Al1Fe1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入97mL0.3mmol/L Na2PdCl4溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pd负载量为3％的Pd/Mg4Al1Fe1Ox催化剂。
实施例4
A.将0.9100gTiCl4溶解到0.55mL的HCl中，再与7.3850gMg(NO3)2·6H2O和1.8000gAl(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将11.5200g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在120℃烘箱中反应12h。反应结束后，降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg6Al1Ti1-LDHs前驱体，在氢气、氮气混合气氛下以10℃·min-1的速率升温至300℃焙烧并保持4h，即得到复合金属氧化物Mg6Al1Ti1Ox载体。
C.将PdCl2和NaCl溶解于去离子水配制浓度为0.3mmol/L的Na2PdCl4溶液。
D.将0.1000g Mg6Al1Ti1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入64mL0.3mmol/L Na2PdCl4溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pd负载量为2％的Pd/Mg6Al1Ti1Ox催化剂。
实施例5
A.将3.1250g Ce(NO3)3·6H2O、7.3850g Mg(NO3)2·6H2O和2.7000g Al(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将12.0000g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在140℃烘箱中反应12h。反应结束后，降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg4Al1Ce1-LDHs前驱体，在氢气、氮气混合气氛下以5℃·min-1的速率升温至500℃焙烧并保持4h，即得到复合金属氧化物Mg4Al1Ce1Ox载体。
C.将H2PtCl6溶解于去离子水配制浓度为0.3mmol/L的H2PtCl6溶液。
D.将0.1000g Mg4Al1Ce1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L的(NH4)2CO3溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入17mL 0.3mmol/L H2PtCl6溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pt负载量为1％的Pt/Mg4Al1Ce1Ox催化剂。
实施例6
A.将1.3660gTiCl4溶解到0.8mL的HCl中，再与7.3850gMg(NO3)2·6H2O和2.7000gAl(NO3)3·9H2O一起溶解到70mL的去离子水中配制成混合金属盐溶液。
B.将11.5200g尿素溶解到20mL去离子水中配成尿素溶液，与步骤A制备的混合金属盐溶液同时转移至100mL反应釜中，在120℃烘箱中反应12h。反应结束后，降至室温，将得到的产物经离心、过滤洗涤至中性，烘干得到Mg4Al1Ti1-LDHs前驱体，在氢气、氮气混合气氛下以5℃·min-1的速率升温至400℃焙烧并保持4h，即得到复合金属氧化物Mg4Al1Ti1Ox载体。
C.将PdCl2和NaCl溶解于去离子水配制浓度为0.4mmol/L的Na2PdCl4溶液。
D.将0.1000g Mg4Al1Ti1Ox载体添加至20mL去离子水中，超声20分钟以分散均匀，持续剧烈搅拌下缓慢滴加0.1mol/L NaOH溶液调节悬浮液的pH为10，然后逐滴加入24mL0.4mmol/L Na2PdCl4溶液，滴加完成后，继续搅拌30分钟。离心滤去上层清液，洗涤至中性，置于80℃恒温干燥器中干燥12h，得到Pd负载量为1％的Pd/Mg4Al1Ti1Ox催化剂。

Claims (3)

1.一种基于水滑石结构的单原子催化剂的制备方法，具体制备步骤如下：
A.按照目标水滑石LDH前驱体层板金属阳离子的结构要求，配制可溶性金属盐混合溶液；所述可溶性金属盐混合溶液中含有至少三种金属离子，金属离子为M2、M3；其中M2：M3摩尔比为2-4:1，M2代表二价金属离子，M2是Mg2+、Zn2+、Co2+、Cu2+中的一种；M3代表Al3+、Fe3+、Ga3+、Mn3+、Cr3+、Ce3+、Ti4+中的两种，M3中至少有一种是可变价金属离子，可变价金属离子是Fe3+、Ga3+、Mn3+、Cr3+、Ce3+、Ti4+中的一种；
B.将步骤A中的可溶性金属盐混合溶液与沉淀剂同时加入反应釜中并快速搅拌，沉淀剂的加入量为使混合溶液的pH为9～11；于45～200℃下晶化6～48h，自然冷却至室温，过滤出沉淀物、洗涤至上清溶液pH为7～8，于40～80℃干燥6～18h，得到水滑石LDH前驱体，再在氢气、氮气混合气氛下以2～10℃·min-1的速率升温至300～500℃焙烧3～6h，由LDH前驱体经过原位拓扑转变得到复合金属氧化物LDO载体；
所述的沉淀剂是尿素、NaOH、KOH、氨水、Na2CO3或NaHCO3的水溶液中的一种，其浓度为1～10mol/L；
C.将可溶性活性贵金属盐溶于去离子水中，配制成浓度为0.3～1mmol/L的贵金属浸渍溶液；
所述的可溶性活性贵金属盐是：Pd(NH3)2Cl2、Pd(NO3)2、Na2PdCl4、Pd(CH3COO)2、H2PtCl4、H2PtCl6、K2PtCl4、K2PtCl6、Pt(NO3)2、[Pt(NH3)4]Cl2、HAuCl4、NaAuCl4、RuCl3、RhCl3·3H2O、Rh(CH3COO)3、Rh(NO3)3、H2IrCl6和Na2IrCl6中的一种；
D.常温持续剧烈的搅拌条件下将步骤B制备的LDO载体加到去离子水溶液中，配制LDO含量为1～10mg/mL悬浮液，用沉淀剂调节pH为8～12；再逐滴慢速地加入步骤C制备的贵金属浸渍溶液，其加入量按照使贵金属的负载量为0.5～5.0wt％定量，滴加完成后，继续剧烈搅拌30-40分钟，静置，滤去上层清液，于60～90℃恒温干燥6～24h，得到M/LDO催化剂。所述的沉淀剂是NaOH、氨水、(NH4)2CO3的水溶液中的一种，其浓度为0.1～1mol/L。
2.根据权利要求1所述的基于水滑石结构的单原子催化剂的制备方法，其特征是：步骤A所述的M2是Mg2+或Zn2+；M3是Al3+、Fe3+、Ce3+、Ti4+中的两种；步骤C所述贵金属浸渍溶液的浓度为0.3～1mmol/L；所述的可溶性活性贵金属盐是H2PtCl6、Na2PdCl4、RuCl3、H2IrCl6中的一种。
3.一种根据权利要求1所述的方法制备的基于水滑石结构的单原子催化剂，表示为M/LDO，其中M代表活性贵金属Pt、Pd、Ru、Au、Rh、Ir中的一种；M的负载量为0.5～5％，M以单原子形式附着在载体LDO上；LDO代表LDH经过原位拓扑转变得到的复合金属氧化物；所述的负载量为活性金属组分占催化剂的质量含量。
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