CN114082979A - 一种具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用，该方法包括：利用空间限域法将具有单个原子的二茂化合物包裹在瓜环的腔体内，从而得到具有高单原子负载量的碳材料。本发明通过将二茂化合物包裹在瓜环的疏水空腔内限制了高温下金属的迁移以及提高了金属迁移所需的能量，从而可阻止金属团聚的发生。此外，由于瓜环本身富含氮元素，因此可将其作为不定型碳的碳源和优质的氮锚定位点，使得过渡金属被锚定在材料中，进而可提高单原子形成的可能性。本发明的复合碳材料具有高单原子负载量、高稳定性和优异的电催化性能，将其应用于电化学催化、有机催化、生物传感器、超级电容器、锂离子电池等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及先进纳米材料技术领域，且特别涉及一种具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用。
背景技术
随着人口环境压力的逐年增加，化石燃料将在不久的将来逐渐衰竭。因此，发展新型绿色新能源迫在眉睫。电催化被广泛应用于电化学能源的转换，且其在电化学催化合成、环境电化学、催化降解等方面也具有广阔的应用前景。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置，其发电效率高且环境污染少。燃料电池的阴极半反应为电催化氧化还原，因此设计合理有效的催化剂对于推动新型清洁能源的发展和供给具有重大意义，进而可在新能源汽车、新能源便携智能设备和生物医疗设备等方面表现出巨大的应用价值和市场潜力。
单原子催化即具有催化活性的金属以单原子的形式与载体异原子相互作用，并以键合的方式锚定在载体上且彼此孤立、高度分散的一类催化剂。单原子催化的活性中心并不是零价的单个金属。实际上，单原子与其他原子配位后会发生电子转移，使其呈现出电荷性。因此，与周围环境的配位原子发生协同作用是单原子催化剂具有高活性的主要原因。单原子催化剂具有高选择性、高反应活性、高原子利用率和对环境友好等特点。尤其是对于非贵金属单原子催化剂来说，其价格低廉且性能优异，是现今商业化Pt/C催化剂所不具备的。
但是，现有的单原子催化复合材料主要集中在二维材料上，其单原子载量普遍不高，仅为0.2wt％～10wt％。选择合适的载体作为单原子宿主有利于捕获更多的金属原子，从而可进一步提高单原子的载量并使其分散均匀，最终达到提高原子利用率和性能的目的。因此，开展具有高载量、高分散单原子的三维立体催化材料的研究非常必要。此外，载量的提高容易使高载量单原子催化剂产生金属团聚从而生成无用的位点，所以需要将催化活性中心均匀分散，否则高载量并不能为催化剂带来高活性。因此，研究如何让金属原子稳定存在在载体上也至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高单原子负载量的碳材料，此碳材料具有较高的单原子负载量、稳定性以及优异的电催化性能。
本发明的另一目的在于提供一种具有高单原子负载量的碳材料的制备方法，其利用空间限域法将瓜环包覆在二茂化合物上，从而得到具有高单原子负载量的碳材料，该方法操作简单且参数可控，适用于工业化大规模生产。
本发明的第三个目的在于提供一种具有高单原子负载量的碳材料在有机催化、电化学催化或生物传感器中的应用，利用负载在碳材料上的大量过渡金属单原子作为活性位点，使其具有优异的电催化性能，能直接应用于电化学催化、有机催化、生物传感器、超级电容器、锂离子电池等领域，具有广阔的应用前景，且对材料科学、电化学、催化化学和能源化学等前沿科学领域具有重要的科学意义。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种具有高单原子负载量的碳材料的制备方法，利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内，得到具有高单原子负载量的碳材料。
本发明提出一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据上述的制备方法制得，所述具有高单原子负载量的碳材料的单原子负载量为1～15％。
本发明还提供出上述具有高单原子负载量的碳材料在有机催化、电化学催化或生物传感器中的应用。
本发明实施例的具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用的有益效果是：
1、本发明利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内以形成特殊的包覆结构。通过将具有单个原子的二茂化合物包裹在瓜环的腔体内限制了高温下金属的迁移以及提高了金属迁移所需的能量，从而阻止了金属团聚的发生。此外，由于瓜环本身富含氮元素，因此可将其作为不定型碳的碳源和优质的氮锚定位点，使得过渡金属被锚定在材料中，进而可提高单原子形成的可能性。本发明利用限域空间的稳定效应，从而可为制备高性能的单原子负载的碳材料提供一种全新的思路。
2、本发明制备的具有高单原子负载量的碳材料负载有大量的、多活性位点的铁、钴、镍或锰等过渡金属单原子，从而可提高材料的催化活性，使其能直接应用于电化学催化、有机催化、生物传感器、超级电容器和锂离子电池等领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为CB[6]的核磁共振图谱；
图2为CB[7]的核磁共振图谱
图3为CB[8]的核磁共振图谱；
图4为本发明实施例1的Fe单原子负载的碳材料的TEM图；
图5为本发明实施例2的Fe单原子负载的碳材料的TEM图；
图6为本发明实施例2的Fe单原子负载的碳材料材料的STEM-ADF测试图；
图7所示为本发明实施例3的Fe单原子负载的碳材料的TEM图；
图8为未经催化的对硝基苯溶液的图片；
图9为加入实施例2的Fe单原子负载的碳材料后的对硝基苯溶液的图片；
图10为本发明实施例3的Fe单原子负载的碳材料作为ORR催化剂的LSV曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的具有高单原子负载量的碳材料、制备方法及其应用进行具体说明。
本发明实施例提供的一种具有高单原子负载量的碳材料的制备方法，利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内，得到具有高单原子负载量的碳材料。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述瓜环选自CB[5]、CB[6]、CB[7]或CB[8]中的一种。如图1～3所示分别为使用核磁表征的CB[6]、CB[7]和CB[8]的核磁共振图谱。瓜环及其同系物是一类孔径在亚纳米范围的超分子，其含有的大量氮元素可用于锚定过渡金属盐或金属氧化物。本发明选用5～8元瓜环，其氮原子数、笼内空腔体积和溶解性均不同。通过改变反应条件可在瓜环空腔内可控地引入金属前驱体，以获得一笼一位点或一笼二位点的金属活性中心，从而达到金属活性中心高度分散，相互独立的目的。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述二茂化合物选自二茂铁、二茂镍、二茂锰、二茂钴、六氟磷酸二茂铁、六氟磷酸二茂钴中的一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，利用空间限域法将瓜环超分子笼包裹在二茂化合物上的步骤包括：
S1、获取瓜环溶液。其中，获取瓜环溶液的步骤包括：
S11、将尿素、盐酸和乙二醛溶液混合并在70～90℃下搅拌，得到甘脲；其中，所述盐酸的摩尔浓度为2.5～3.5mol/L，所述乙二醛溶液的质量分数为35～40％wt，所述尿素和所述乙二醛溶液的摩尔比为2～4:1。优选地，盐酸的摩尔浓度为3mol/L，乙二醛溶液的质量分数为37％wt。加热搅拌的步骤为：将尿素、盐酸和乙二醛混合溶液转移到500mL的三口烧瓶中，并放入80℃油浴锅中加热搅拌。
S12、将所述甘脲和多聚甲醛溶解在浓盐酸中，并在70～90℃下搅拌10～14h，得到混合瓜环；其中，所述浓盐酸的摩尔浓度为10～14mol/L，所述多聚甲醛和所述甘脲的摩尔比为2.3～2.5:1，所述甘脲与所述浓盐酸的质量体积比为1:45～55。优选地，浓盐酸的摩尔浓度为12mol/L。甘脲、多聚甲醛和浓盐酸混合后转移到500mL的三口烧瓶中，并在80℃下加热搅拌。
S13、所述混合瓜环提纯后，得到瓜环，接着将所述瓜环溶于水中，得到瓜环溶液。
甘脲和多聚甲醛与浓盐酸反应得到的产物为混合瓜环，需要经过提纯以得到瓜环。根据瓜环同系物在溶剂中溶解度不同可以分离瓜环。在室温下，CB[5]和CB[7]在水中的溶解度远大于CB[6]和CB[8]。其中，CB[6]和CB[8]在水中的溶解度均小于10-5mol/L，而CB[5]和CB[7]在水中的溶解度在2×10-2～3×10-3mol/L范围内。因此，根据溶解度差异可以直接用水把混合瓜环分为CB[5]和CB[7]以及CB[6]和CB[8]两组混合瓜环。然后，利用CB[5]和CB[7]在3M盐酸中的溶解度的差距，可以分离CB[5]和CB[7]。利用CB[6]和CB[8]在室温下的溶解度差异可以分离CB[6]和CB[8]。
S2、将所述二茂化合物与所述瓜环溶液混合，搅拌1～24h后，得到混合液。瓜环是一种超分子腔体(CB5,6,7,8)，具有特殊的疏水空腔，利用其疏水空腔可以包覆一些小分子化合物。本发明通过超分子空腔的限域作用，并以二茂化合物为壳体，利用主客体包覆作用，制备出具有超高稳定常数的包覆体。其中，碳材料上的单原子负载量由单原子包覆量决定，其可达1～15％。
需要说明的是，在本发明中，普通的二茂化合物(如二茂铁、二茂镍、二茂钴等)需和CB[7]进行反应，且反应在常温下进行即可。例如，将0.1M二茂化合物与0.1M CB[7]混合，溶于200mL水中，常温搅拌24h直至溶液完全澄清，即证明二茂化合物进入CB[7]腔体的孔中。另外，若需大规模生产，则仅需相应扩大原料的倍数，实验现象亦一致。后续将所得混合液用液氮快速冷冻，并置于冷冻干燥机中干燥，所得样品即为瓜环复合二茂化合物材料。若以二茂化合物盐(如六氟磷酸二茂铁盐)为原料制备高单原子负载的碳材料，则需使用CB[6]或CB[8]与二茂化合物盐反应，且在混合后需在惰性气氛、100～120℃下搅拌7～9h。例如，将0.199g六氟磷酸二茂铁溶于60mL水中，混入0.5g CB[6]或CB[8]并转移至Schlenck瓶中，在惰性气氛、110℃下反应8h。后续将反应所得固体用超纯水反复洗涤，以除去未反应的残留离子，然后经减压抽滤、干燥，即得瓜环复合二茂化合物材料。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述二茂化合物和所述瓜环溶液的摩尔比为0.5～2:1。二茂化合物和瓜环溶液的摩尔比不同，其碳材料上单原子的负载量也不同。当二茂化合物和瓜环溶液的摩尔比为0.5～2:1，其过渡金属单原子的负载范围为1～15％。
S3、所述混合液经抽滤、冷冻、干燥后，得到瓜环复合二茂化合物材料。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述冷冻、干燥的步骤包括：使用液氮将所述混合液快速冷冻，并将其置于冷冻干燥剂中进行干燥。在冷冻前优先对混合液进行抽滤，可以过滤掉未包覆的二茂化合物。
S4、将所述瓜环复合二茂化合物材料在惰性气氛下煅烧，冷却、洗涤、烘干，得到具有高氮原子负载量的碳材料。优选地，惰性气体为氮气或氩气。由于瓜环拥有丰富的氮原子，其氮元素的含量为1～15％。利用氮原子与金属原子的强配位作用可以形成稳定的单原子活性中心。因此，经过高温煅烧后N原子可以锚定腔体中的金属，形成FeNxC等结构。
具体地，瓜环复合二茂化合物材料在惰性气氛下煅烧的步骤为：将瓜环复合二茂化合物材料置于石英坩埚中并放入管式炉中进行煅烧。煅烧前先通入惰性气体以除去管式炉中的空气。其中，惰性气体的气流量为100～200cc/s。煅烧分为两个阶段：第一阶段的煅烧温度为300～500℃，升温速率为1～5℃/min，保持时间为0.5～2h。第二阶段的煅烧温度为700～900℃，升温速率为1～5℃/min，保持时间为1～4h。通过第一阶段的煅烧可以保留瓜环特殊腔体孔径，而第二阶段的煅烧则可以增加不定性碳的导电性。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述冷却、洗涤、烘干的步骤包括：将煅烧后的所述瓜环复合二茂化合物材料自然降温冷却，经洗涤液和超纯水洗涤后进行烘干，其中，所述洗涤液为体积比为1:0.8～1.2:0.8～1.2的丙酮、水和乙醇的混合溶液。优选地，丙酮、水和乙醇的体积比为1:1:1。采用洗涤液对煅烧后的瓜环复合二茂化合物材料进行充分洗涤，可以洗除碳化过程中产生的高级饱和烷烃等油状副产物。
本发明利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内以形成特殊的包覆结构，限制了高温下金属的迁移以及提高金属迁移所需能量，从而阻止金属团聚的发生。此外，由于瓜环富含氮元素，使得过渡金属可以被氮元素锚定在碳材料中，进一步提高了单原子形成的可能性。
本发明还提供了一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据上述的制备方法制得，所述具有高单原子负载量的碳材料的单原子负载量可达1～15％。
本发明还提供了上述具有高单原子负载量的碳材料在有机催化、电化学催化或生物传感器中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据以下步骤制备得到：
(1)分别称取10mmol CB[7]和0.93g二茂铁，然后将CB[7]和二茂铁放入1L水中搅拌，搅拌时间为24h，使得混合液中无明显红色粉末(二茂铁粉末)。
(2)将包覆好的瓜环与二茂铁的混合液优先进行抽滤，过滤掉未包覆的二茂铁。其次将所得滤液用液氮进行快速冷冻，并将冷冻好的样品放置在冷冻干燥机内，冻干24h，得到瓜环复合二茂化合物材料。
(3)将所得的瓜环复合二茂化合物材料置于石英坩埚中，并放入管式炉中在惰性气氛下进行煅烧，以制备Fe单原子负载的碳材料。煅烧前，通入Ar气，并保持气流量为200cc/s。煅烧时第一阶段的煅烧温度为500℃，升温速率为5℃/min，保持1h。第二阶段的煅烧温度为600℃，升温速率为5℃/min，并保持2h。经自然降温冷却后，所得的复合材料用丙酮：水：乙醇为1:1:1的洗涤液充分洗涤，再采用超纯水洗涤后烘干，得到Fe单原子负载的碳材料。其中，该碳材料中Fe的含量为5.6％。
如图4所示为本实施例制得的Fe单原子负载的碳材料的TEM图。从图1可以看出，Fe单原子负载的碳材料表面没有金属颗粒生成，证明Fe单原子成功地被锚定在碳材料中。实施例2
本实施例提供的一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据以下步骤制备得到：
(1)分别称取10mmol CB[7]和1.395g二茂铁，然后将CB[7]和二茂铁放入1L水中搅拌，搅拌时间为24h，使得混合液中无明显红色粉末(二茂铁粉末)。
(2)将包覆好的瓜环与二茂铁的混合液优先进行抽滤，过滤掉未包覆的二茂铁。其次将所得滤液用液氮进行快速冷冻，并将冷冻好的样品放置在冷冻干燥机内，冻干24h，得到瓜环复合二茂化合物材料。
(3)将所得的瓜环复合二茂化合物材料置于石英坩埚中，并放入管式炉中在惰性气氛下进行煅烧，以制备Fe单原子负载的碳材料。煅烧前，通入Ar气，并保持气流量为200cc/s。煅烧时第一阶段的煅烧温度为500℃，升温速率为5℃/min，保持1h。第二阶段的煅烧温度为700℃，升温速率为5℃/min，并保持2h。经自然降温冷却后，所得的复合材料用丙酮：水：乙醇为1:1:1的洗涤液充分洗涤，再采用超纯水洗涤后烘干，得到Fe单原子负载的碳材料。其中，该碳材料中Fe的含量为9.3％。
如图5所示为本实施例的Fe单原子负载的碳材料的TEM图。从图5可以看出，不定型碳上没有明显团聚的痕迹，因此可以证明单原子的存在。
如图6所示为本实施例的Fe单原子负载的碳材料的STEM-ADF测试图。从图6的STEM-ADF测试图中可直接观察到材料中铁单原子的存在。
实施例3
本实施例提供的一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据以下步骤制备得到：
(1)分别称取10mmol CB[7]和1.86g二茂铁，然后将CB[7]和二茂铁放入1L水溶液中搅拌，搅拌时间为24h，使得混合液中无明显红色粉末(二茂铁粉末)。
(2)将包覆好的瓜环与二茂铁的混合液优先进行抽滤，过滤掉未包覆的二茂铁。其次将所得滤液用液氮进行快速冷冻，并将冷冻好的样品放置在冷冻干燥机内，冻干24h，得到瓜环复合二茂化合物材料。
(3)将所得的瓜环复合二茂化合物材料置于石英坩埚中，并放入管式炉中在惰性气氛下进行煅烧，以制备Fe单原子负载的碳材料。煅烧前，通入Ar气，并保持气流量为200cc/s。煅烧时第一阶段的煅烧温度为500℃，升温速率为5℃/min，保持1h。第二阶段的煅烧温度为800℃，升温速率为5℃/min，并保持2h。经自然降温冷却后，所得的复合材料用丙酮：水：乙醇为1:1:1的洗涤液充分洗涤，再采用超纯水洗涤后烘干，得到Fe单原子负载的碳材料。其中，该碳材料中Fe的含量为13.5％。
如图7所示为本实施例的Fe单原子负载的碳材料的TEM图。从图7可以看出，即使碳化温度达到了800℃，材料仍然没有团聚颗粒的生成，证明了该方法的可靠性。
实施例4
本实施例提供了一种镍单原子负载的碳材料，其按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于分别称取二茂镍与CB[7]放入1L水中搅拌，且二茂镍与CB[7]的摩尔比为1:1。
实施例5
本实施例提供了一种钴单原子负载的碳材料，其按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于分别称取二茂钴与CB[7]放入1L水中搅拌，且二茂钴与CB[7]的摩尔比为1.5:1。
实施例6
本实施例提供了一种锰单原子负载的碳材料，其按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于分别称取二茂锰与CB[7]放入1L水中搅拌，且二茂锰与CB[7]的摩尔比为0.75:1。
实施例7
本实施例提供了一种具有高单原子负载量的碳材料，其根据以下步骤制备得到：
(1)按六氟磷酸二茂铁和CB[8]的摩尔比为1.25:1分别称取六氟磷酸二茂铁和CB[8]，并将六氟磷酸二茂铁与CB[8]均匀混合。混合后充分搅拌，并在惰性气氛、110℃下搅拌8h。
(2)将步骤(1)制得的包覆好的瓜环与二茂铁的复合材料依次经丙酮和去离子水充分洗涤，并进行80℃真空干燥处理。
(3)将步骤(2)制得的绿色固体置于石英坩埚中，以煅烧成含有限域界面的复合碳。煅烧前，需确保管式炉中空气已经被完全除尽，并保持N2的气流量为100cc/s。煅烧时第一阶段的煅烧温度为500℃，升温速率为5℃/min，保持1h。第二阶段的煅烧温度为800℃，升温速率为5℃/min，并保持2h。经自然降温冷却后，所得的复合材料用丙酮：水：乙醇为1:1:1的洗涤液充分洗涤，再经由超纯水洗涤后冻干，得到Fe单原子负载的碳材料。
试验例1
在对硝基苯水溶液(如图8所示，未经催化的对硝基苯溶液为黄色溶液)中加入5mg实施例2的Fe单原子负载的碳材料和100mg硼氢化钠后，可以观察到硝基苯水溶液迅速褪色(如图9所示)，即对硝基苯水溶液本身的黄色迅速变成黑色，表明该Fe单原子负载的碳材料具有优异的有机催化性能。
试验例2
如图9所示为实施例3的Fe单原子负载的碳材料作为ORR催化剂的LSV曲线图。从图9可以看出，Fe单原子负载的碳材料表现出了优异的电催化性能，其半波电位可达到0.85V。因此，Fe单原子负载的碳材料在电催化领域具有广阔的应用前景。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种具有高单原子负载量的碳材料的制备方法，其特征在于，利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内，得到具有高单原子负载量的碳材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述瓜环选自CB[6]、CB[7]或CB[8]中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二茂化合物选自二茂铁、二茂镍、二茂锰、二茂钴、六氟磷酸二茂铁、六氟磷酸二茂钴中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，利用空间限域法将二茂化合物包裹在瓜环的腔体内的步骤包括：
S1、获取瓜环溶液；
S2、将所述二茂化合物与所述瓜环溶液混合，搅拌1～24h后，得到混合液；
S3、所述混合液经抽滤、冷冻、干燥后，得到瓜环复合二茂化合物材料；
S4、将所述瓜环复合二茂化合物材料在惰性气氛下煅烧后，冷却、洗涤、烘干，得到具有高单原子负载量的碳材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，获取瓜环溶液的步骤包括：
S11、将尿素、盐酸和乙二醛溶液混合并在70～90℃下搅拌，得到甘脲；其中，所述盐酸的摩尔浓度为2.5～3.5mol/L，所述乙二醛溶液的质量分数为35～40％wt，所述尿素和所述乙二醛溶液的摩尔比为2～4:1。
S12、将所述甘脲和多聚甲醛溶解在浓盐酸中，并在70～90℃下搅拌10～14h，得到混合瓜环；其中，所述浓盐酸的摩尔浓度为10～14mol/L，所述多聚甲醛和所述甘脲的摩尔比为2.3～2.5:1，所述甘脲与所述浓盐酸的质量体积比为1:45～55；
S13、所述混合瓜环提纯后，得到瓜环，接着将所述瓜环溶于水中，得到瓜环溶液。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述二茂化合物和所述瓜环溶液的摩尔比为0.5～2：1。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述冷冻、干燥的步骤包括：使用液氮将所述混合液快速冷冻，并将其置于冷冻干燥剂中进行干燥。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述冷却、洗涤、烘干的步骤包括：将煅烧后的所述瓜环复合二茂化合物材料自然降温冷却，经洗涤液和超纯水洗涤后进行烘干，其中，所述洗涤液为体积比为1：0.8～1.2：0.8～1.2的丙酮、水和乙醇的混合溶液。
9.一种具有高单原子负载量的碳材料，其特征在于，根据权利要求1～8任意一项所述的制备方法制得，所述具有高单原子负载量的碳材料的单原子负载量为1～15％。
10.如权利要求9所述的具有高单原子负载量的碳材料在有机催化、电化学催化或生物传感器中的应用。
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