空心氮掺杂碳纳米球及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115818622A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211556683.X(22)申请日2022.12.06(71)申请人深圳大学地址518060广东省深圳市南山区南海大道3688号(72)发明人王任衡王雪媛钱正芳孙一翎熊可玉(74)专利代理机构深圳中一联合知识产权代理有限公司44414专利代理师曹柳(51)Int.Cl.C01B32/15(2017.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称空心氮掺杂碳纳米球及其制备方法和应用(57)摘要本申请属于材料技术领域，尤其涉及一种空心氮掺杂碳纳米球及其制备方法和应用。包括步骤：制备纳米球模板；在所述纳米球模板表面制备有机碳源包覆层和有机氮源包覆层，得到复合纳米球；对所述复合纳米球进行煅烧处理，得到碳化复合纳米球；采用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀去除所述碳化复合纳米球中纳米球模板，得到空心氮掺杂碳纳米球。以氟化锂和盐酸水溶液刻蚀除去纳米模板，避免直接接触强腐蚀性的氢氟酸，提高实验的安全性，也克服了管制试剂的限制。通过调控纳米球模板的尺寸可灵活调控制得的空心氮掺杂碳纳米球的尺寸。原位生成的空心氮掺杂碳纳米球，结构稳定性好，比表面积高、表面孔径均匀且孔隙率高，适用于多种应用领域。CN115818622ACN115818622A权利要求书1/2页1.一种空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备纳米球模板；在所述纳米球模板表面制备有机碳源包覆层和有机氮源包覆层，得到复合纳米球；对所述复合纳米球进行煅烧处理，得到碳化复合纳米球；采用氟化锂和盐酸的混合溶液刻蚀去除所述碳化复合纳米球中纳米球模板，得到空心氮掺杂碳纳米球。2.如权利要求1所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述氟化锂和盐酸的混合溶液中，氟化锂的浓度为1～2.5mol/L，盐酸的浓度为2～10mol/L。3.如权利要求2所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，制备所述纳米球模板的步骤包括：将二氧化硅前驱体与碱性催化剂、醇溶剂和水混合制成胶体，得到所述纳米球模板；和/或，在所述纳米球模板表面制备所述有机碳源包覆层和所述有机氮源包覆层的步骤包括：将所述纳米球模板与表面活性剂和有机碳源混合后，添加有机氮源进行混合处理，水热反应，得到所述复合纳米球；和/或，所述煅烧处理的条件包括：在惰性气氛中，以1～10℃/分钟的升温速率升温至600～1000℃，煅烧1～3小时。4.如权利要求3所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂、所述醇溶剂和水的体积比为(0.1～1)：(1～5)：1；和/或，所述碱性催化剂包括氨水、乙二胺中的至少一种；和/或，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇中的至少一种；和/或，所述二氧化硅前驱体选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、Y‑(2,3‑环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、Y‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y‑巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。5.如权利要求3所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括泊洛沙姆；和/或，所述有机碳源包括间苯二酚和甲醛；和/或，所述有机氮源包括尿素、六次甲基四胺、二氰二胺、三聚氰胺中的至少一种氮源和甲醛；和/或，所述水热反应的温度为90～110℃，时长为12～36小时。6.如权利要求5所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述间苯二酚和所述甲醛的摩尔比为(0.1～0.5)：1；和/或，所述氮源和所述甲醛的摩尔比为(0.1～0.4):1。7.如权利要求1～6任一项所述的空心氮掺杂碳纳米球的制备方法，其特征在于，所述空心氮掺杂碳纳米球的粒径为150～400nm；和/或，所述空心氮掺杂碳纳米球的表面孔径为40～100nm。8.一种空心氮掺杂碳纳米球，其特征在于，所述空心氮掺杂碳纳米球由如权利要求1～7任一项所述方法制得。9.如权利要求8所述的空心氮掺杂碳纳米球，其特征在于，所述空心氮掺杂碳纳米球的粒径为150～400nm；所述空心氮掺杂碳纳米球的表面孔径为40～100nm。2CN115818622A权利要求书2/2页10.如权利要求8～9任一项所述空心氮掺杂碳纳米球在催化剂、二次电池、电容器、传感器、生物医学中的应用。3CN115818622A说明书1/7页空心氮掺杂碳纳米球及其制备方法和应用技术领域[0001]本申请属于材料技术领域，尤其涉及一种空心氮掺杂碳纳米球及其制备方法和应用。背景技术[0002]空心微球的制备和观察最早的报道可以追溯到上世纪中叶，而纳米空心材料的精确可控合成和对结构‑性能相关性的透彻理解直到近二十年才得以实现。表征设备的商业化和纳米合成的成熟。如今，已经开发了各种合