CN111974391B - 一种单原子铜催化剂及其克级制备方法和选择性还原功能有机分子的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单原子铜催化剂及其克级制备方法和选择性还原功能有机分子的应用，该方法通过乙二醛与三聚氰胺缩合反应形成席夫碱官能团，使席夫碱官能团能够高效的络合铜源，进一步将络合的铜源烧结成一类单原子铜催化剂，从而使单原子铜稳定镶嵌到氮化碳的骨架里；该方法采用常见的铜源和三聚氰胺作为反应原料，使得合成反应的原料低廉、易得，通过乙二醛与三聚氰胺缩合反应形成易络合的席夫碱官能团，将铜源均一分散在配体骨架里，并且配体烧结形成氮化碳骨架稳定住了铜源。
Description
【技术领域】
本发明属于非贵金属单原子材料合成技术领域，具体涉及一种单原子铜催化剂及其克级制备方法和选择性还原功能有机分子的应用。
【背景技术】
近些年，功能有机分子(多个可还原的官能团，例如4-硝基苯乙烯)选择性加氢引起广大科研研究的关注。加之，功能有机分子功能有机分子的选择性加氢产物在药物、染料、精细化学品巨大的应用潜力。功能有机分子的选择性加氢最大难题在于开发高选择性和高活性的催化剂。最近十年，金、钯、铂等贵金属基催化剂被相继地报道，但贵金属基催化剂具有地壳含量少和价格昂贵的缺点。随之，非贵金属铁、钴、镍基催化剂也被深入的研究此反应。不过，现已报道的催化剂表现出了苛刻的反应条件，使其在实际应用中暴露出低的选择性、低的活性点利用率、高温、高压、长的反应时间等缺点。因此，高性能(高的活性点利用率、高稳定性、高选择性)非贵金属单原子催化剂的研究为功能有机分子选择性加氢的基础理论研究提供有力的支撑，并且为功能有机分子选择性加氢技术大规模商业化应用提供有力的支撑，这也是也是功能有机分子选择性加氢领域面临的最难突破基础理论问题和技术难题。
铜盐应用于功能有机分子选择性加氢是目前最具有应用潜力的一类催化剂，但仍然面临着循环差、催化活性低及活性位点未知等难题。虽然，铜纳米催化可以多次循环使用，但仍存在催化活性未知、催化活性位点利用率低及易团聚等失活问题。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有铜盐和铜纳米材料催化技术之难题，提供一种单原子铜催化剂及其克级制备方法和选择性还原功能有机分子的应用，用于解决现有技术中铜盐和铜纳米催化剂难以多次循环使用，催化活性位点利用率低、易团聚，同时用于解决功能有机分子选择性加氢选择性低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种单原子铜催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将三聚氰胺和无水甲醇按照比例1g：(5～10)mL混合，将混合物超声分散，再加入乙二醛水溶液后超声分散，乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为3:(1-3)，所述乙二醛水溶液的浓度为8.8mol/L；将超声分散后的溶液在70℃～90℃的油浴中冷凝回流2～4h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后烘干，得到过程产物B；
步骤2，将过程产物B和铜源按照摩尔比1：(4-8)混合后加入无水甲醇，将混合物超声分散，将超声分散后的产物在60-80℃的油浴中冷凝回流6h，得到过程产物C；将过程产物C离心分离后烘干，得到过程产物D；
步骤3，将产物D在550℃下烧结4-8h，自然冷却至室温，将冷却后的产物研磨；
步骤4，将研磨后的产物分散在HNO3水溶液中，其中研磨后的产物和HNO3水溶液的比例为1g:(5～10)mL，HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L；将分散液在60-80℃的油浴中冷凝回流2～4h，将回流产物离心清洗后烘干，得到单原子铜催化剂。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤1中，三聚氰胺和无水甲醇混合物的超声分散时间为10min，加入乙二醛后超声分散的时间为30min。
优选的，步骤1中，过程产物A离心转速为4000r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7min。
优选的，步骤1中，烘干温度为40～60℃，烘干时间为24～48h。
优选的，步骤2中，过程产物B和无水甲醇的比例为1g:10mL；加入无水甲醇后的超声分散时间为30min。
优选的，步骤2中，产物C离心分离的转速为6000r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7min。
优选的，步骤2中，烘干温度为40～60℃，烘干时间为24～48h。
优选的，步骤4中，回流产物离心清洗三次，烘干温度为40～60℃，烘干时间为24h。
一种通过上述任意一项所述制备方法制得的单原子铜催化剂，所述单元子铜镶嵌在氮化碳骨架中，所述氮化碳骨架的整体厚度为2-5nm。
一种单原子铜催化剂的应用，所述单原子铜催化剂作为功能有机分子加氢过程的催化剂，具体过程为：将单原子铜催化剂与功能有机分子按照比例25mg：1mmol混合后在30Mpa H2和80℃下反应12h，完成催化过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种单原子铜催化剂的克级制备方法，该方法通过乙二醛与三聚氰胺缩合反应形成席夫碱官能团，使席夫碱官能团能够高效的络合铜源，进一步将络合的铜源烧结成一类单原子铜催化剂，从而使单原子铜稳定镶嵌到氮化碳的骨架里；该方法采用常见的铜源和三聚氰胺作为反应原料，使得合成反应的原料低廉、易得，通过乙二醛与三聚氰胺缩合反应形成易络合的席夫碱官能团，将铜源均一分散在配体骨架里，并且配体烧结形成氮化碳骨架稳定住了铜源。本发明的单原子铜催化剂的制备方法，不需复杂反应装置、苛刻的反应条件、实验重复率高。最终通过三聚氰胺聚合反应，使得内部的铜盐进行转变，通过三步反应即合成一种单原子铜催化剂，该配位络合方法能有效将单原子铜均匀镶嵌在氮化碳的骨架里，再结合氮化碳材料制备思路能有效解决单原子铜的聚集问题并增加其单原子铜的分散性，该制备方法产物质量为克级以上、操作简单，该方法制备单原子铜催化剂的产率范围为30-60％。该方法合成出来的克级单原子铜催化剂拓展了单原子铜的规模化商业应用，该方法有利于催化反应后续的小试、中试、进一步商业化。
本发明还公开了一种单原子铜催化剂，该材料由单原子铜镶嵌到氮化碳骨架里，使得该单原子铜催化剂在催化反应过程中高的催化活性和选择性，增加了铜材料反应活性位点的利用率，使单原子铜催化剂更加稳定，有效解决铜盐和铜纳米材料的技术难题，进而解决铜盐和铜纳米材料催化剂在催化过程中的活性不佳和结构不稳定性的缺陷，为单原子铜选择性催化加氢打下了坚实基础理论，使得该单原子铜催化剂具有优异的催化性能。
本发明还公开了一种单原子铜催化剂选择性还原功能有机分子的应用，该单原子铜催化剂在应用到4-硝基苯乙烯中时，提高了功能有机分子选择性加氢产率与循环性能。该材料选择性还原功能有机分子表现出超高选择性和优秀的产率，此发明不仅可以提高功能有机分子选择性加氢的商业化使用的潜力，而且也为非贵金属单原子催化剂的研究该方向开辟了新的思路。首先单原子铜催化剂在功能有机分子选择性加氢方面就具有良好的表现，再加上其明确的活性位点和稳定性，使得该材料具有100％的催化活性位点利用率且具有高的选择性和稳定性。
【附图说明】
图1为本发明实施例1制备单原子铜催化剂的XRD图；
图2为本发明实施例1制备单原子铜催化剂透射电镜图；
图3为本发明实施例1制备单原子铜催化剂球差电镜图；
图4为将本发明实施例1制备单原子铜催化剂催化有机物选择性加氢数据图；
图5为本发明实施例2制备单原子铜催化剂球差电镜图；
图6为本发明实施例3制备单原子铜催化剂球差电镜图；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面是对本发明的具体实施例和附图做进一步详细描述，本发明公开了一种克级单原子铜催化剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1，将三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃～90℃的油浴中冷凝回流2～4h，得到过程产物A。将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7min；离心后的产物在40～60℃烘干24～48h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:(5～10)mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1:(3～1)。
步骤2，将步骤1产物B和铜源按照摩尔比1：(4-8)混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在60-80℃的油浴中冷凝回流6h，进行络合反应，得产物C。将产物C进行离心后烘干，得到产物D；其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7min；将离心产物在40～60℃烘干24～48h除去反应溶剂甲醇；产物B的质量与无水甲醇的比例为1g:10mL；铜源为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种
步骤3，将步骤2烘干后的产物D在温度为550℃的条件下烧结4-8h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
步骤4，将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在60-80℃的油浴中冷凝回流2～4h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为40～60℃的条件下烘干24h，得到单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:(5～10)mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
制备出的单原子铜催化剂在应用到4-硝基苯乙烯加氢时，步骤如下：将50mg单原子铜催化剂与2mmol的功能有机分子，如4-硝基苯乙烯混合均匀后，制成反应溶液，然后在30Mpa H2和80℃下反应12h，之后测试目标产物的产率，评估单原子铜催化剂的催化性能。
实施例1
1)将10g三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入3mL乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心2次，每次离心时间为7min；离心产物A在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:5mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述的乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为2:3。
2)将步骤1得到的10g产物B和48mg硝酸铜按照摩尔比1：8混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流6h，得产物C。其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心2次，每次离心时间为7min；将两口烧瓶中所得产物C在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的产物B的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL。
3)将步骤2烘干后的10g产物C在温度为550℃的条件下烧结4h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
4)将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为60℃的条件下烘干24h，得到2.8g单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:5mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
采用XRD、普通透射电镜和球差电镜对本实施例制得的反应产物单原子铜催化剂进行表征：其XRD图如图1所示，单原子铜催化剂的XRD数据；如图2-图3所示，可以看出白色亮点的单原子铜均一分布在氮化碳骨架里；如图4所示，因为4-硝基苯乙烯上的苯环具有硝基和碳碳双键，本发明中的单原子铜催化剂只对4-硝基苯乙烯上的硝基进行选择性加氢，其选择性为100％。
实施例2
1)将10g三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入3mL乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心4次，每次离心时间为4min；离心产物A在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:5mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述的乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为2:3。
2)将步骤1得到的10g产物B和48mg硫酸铜按照摩尔比1：8混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流6h，得产物C。其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心4次，每次离心时间为4min；将两口烧瓶中所得产物C在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的产物B的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL；所述的产物B和硝酸铜的摩尔比为1:8。
3)将步骤2烘干后的10g产物C在温度为550℃的条件下烧结4h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
4)将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为60℃的条件下烘干24h，得到2.8g单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:5mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
实施例3
1)将10g三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入3mL乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心3次，每次离心时间为5min；离心产物A在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:5mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述的乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为2:3。
2)将步骤1得到的10g产物B和48mg氯化铜按照摩尔比1：8混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在70℃的油浴中冷凝回流6h，得产物C。其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心3次，每次离心时间为6min；将两口烧瓶中所得产物C在60℃烘干24h除去反应溶剂甲醇；所述的产物B的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL；所述的产物B和硝酸铜的摩尔比为1:8。
3)将步骤2烘干后的10g产物C在温度为550℃的条件下烧结4h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
4)将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在70℃的油浴中冷凝回流2h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为60℃的条件下烘干24h，得到2.8g单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:5mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
采用球差电镜对实施例2和3制得的反应产物单原子铜催化剂进行表征，图5和图6分别是实施例2和3的球差电镜数据，如图5-图6所示，可以看出单原子铜均一分布在氮化碳骨架里。
实施例4
1)将10g三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入3mL乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在90℃的油浴中冷凝回流4h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心2次，每次离心时间为6min；离心产物A在40℃烘干48h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述的乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1:1。
2)将步骤1得到的产物B和氯化铜按照摩尔比1：5混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在80℃的油浴中冷凝回流4h，得产物C。其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心4次，每次离心时间为5min；将两口烧瓶中所得产物C在40℃烘干48h除去反应溶剂甲醇；所述的产物B的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL；所述的产物B和硝酸铜的摩尔比为1:5。
3)将步骤2烘干后的10g产物C在温度为550℃的条件下烧结6h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
4)将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在60℃的油浴中冷凝回流3h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为50℃的条件下烘干24h，得到2.8g单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:10mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
实施例5
1)将10g三聚氰胺置于两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散10min，再加入3mL乙二醛水溶液后超声分散30min，将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在80℃的油浴中冷凝回流3h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后，烘干后得到产物B；其中过程产物A分离的离心转速为4000r/min，离心3次，每次离心时间为7min；离心产物A在500℃烘干30h除去反应溶剂甲醇；所述的三聚氰胺的质量与无水甲醇的体积比为1g:7mL；所述的乙二醛水溶液的浓度是8.8mol/L；所述的乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为1:3。
2)将步骤1得到的10g产物B和48mg氯化铜按照摩尔比1：4混合两口烧瓶中，加入无水甲醇，超声分散30min，然后将两口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将两口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端橡皮塞塞住，在60℃的油浴中冷凝回流6h，得产物C。其中产物C分离的离心转速为6000r/min，离心3次，每次离心时间为6min；将两口烧瓶中所得产物C在50℃烘干30h除去反应溶剂甲醇；所述的产物B的质量与无水甲醇的体积比为1g:10mL；所述的产物B和硝酸铜的摩尔比为1:4。
3)将步骤2烘干后的10g产物C在温度为550℃的条件下烧结8h，然后自然冷却到室温，得到的产物用研钵研磨磨细，回收其下一步纯化处理；
4)将步骤3中研磨后的产物分散在HNO3水溶液并放置在单口烧瓶中，将单口烧瓶置于磁力加热搅拌器上，将单口烧瓶的瓶口连接冷凝管，冷凝管的另一端敞口设置，在80℃的油浴中冷凝回流2h，得到的产物依次用蒸馏水离心清洗三次，在温度为40℃的条件下烘干24h，得到2.8g单原子铜催化剂；步骤2所述的产物B的质量与步骤4所述的HNO3水溶液的体积比为1g:8mL；所述的HNO3水溶液的浓度为0.5mol/L。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将三聚氰胺和无水甲醇按照比例1g：（5~10）mL混合，将混合物超声分散，再加入乙二醛水溶液后超声分散，乙二醛水溶液中乙二醛与三聚氰胺的摩尔比为3:（1-3），所述乙二醛水溶液的浓度为8.8 mol/L；将超声分散后的溶液在70℃~90 ℃的油浴中冷凝回流2~4h，得到过程产物A；将过程产物A离心分离后烘干，得到过程产物B；
三聚氰胺和无水甲醇混合物的超声分散时间为10min，加入乙二醛后超声分散的时间为30min；
步骤2，将过程产物B和铜源按照摩尔比1：（4-8）混合后加入无水甲醇，将混合物超声分散，将超声分散后的产物在60-80℃的油浴中冷凝回流6h，得到过程产物C；将过程产物C离心分离后烘干，得到过程产物D；
步骤3，将产物D在550℃下烧结4-8 h，自然冷却至室温，将冷却后的产物研磨；
步骤4，将研磨后的产物分散在HNO3水溶液中，其中研磨后的产物和HNO3水溶液的比例为1g:（5~10）mL，HNO3水溶液的浓度为0.5 mol/L；将分散液在60-80℃的油浴中冷凝回流2~4 h，将回流产物离心清洗后烘干，得到单原子铜催化剂；
步骤4中，回流产物离心清洗三次，烘干温度为40~60 ℃，烘干时间为24h。
2.根据权利要求1所述的一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，步骤1中，过程产物A离心转速为4000r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7 min。
3.根据权利要求1所述的一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，步骤1中，烘干温度为40~60 ℃，烘干时间为24~48h。
4.根据权利要求1所述的一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，步骤2中，过程产物B和无水甲醇的比例为1g:10 mL；加入无水甲醇后的超声分散时间为30 min。
5.根据权利要求1所述的一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，步骤2中，产物C离心分离的转速为6000 r/min，离心2-4次，每次离心时间为4-7 min。
6.根据权利要求1所述的一种单原子铜催化剂的克级制备方法，其特征在于，步骤2中，烘干温度为40~60 ℃，烘干时间为24~48h。
7.一种通过权利要求1-6任意一项所述制备方法制得的单原子铜催化剂，其特征在于，所述单原 子铜镶嵌在氮化碳骨架中，所述氮化碳骨架的整体厚度为2-5 nm。
8.一种单原子铜催化剂选择性还原功能有机分子的应用，其特征在于，所述单原子铜催化剂作为功能有机分子加氢过程的催化剂，具体过程为：将单原子铜催化剂与功能有机分子按照比例25mg：1mmol混合后在30 Mpa H2和80 ℃下反应12 h，完成催化过程；所述功能有机分子为 4-硝基苯乙烯。
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