多孔富氮碳材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112624106A(43)申请公布日2021.04.09(21)申请号202011518725.1C01B32/348(2017.01)(22)申请日2020.12.21C01B32/378(2017.01)(71)申请人中国烟草总公司郑州烟草研究院地址450001河南省郑州市高新技术产业开发区枫杨街2号(72)发明人王金棒贾楠艾继涛邱纪青刘亚丽汪志波郑路张仕华洪群业(74)专利代理机构郑州德勤知识产权代理有限公司41128代理人王莉(51)Int.Cl.C01B32/318(2017.01)C01B32/324(2017.01)C01B32/342(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称多孔富氮碳材料的制备方法(57)摘要本发明提供了一种多孔富氮碳材料的制备方法，包括：对富氮草本材料进行预处理、活化、浸渍、碳化和净化等处理即得到多孔富氮碳材料，其中，所述预处理的步骤还包括提供一活化溶液，该活化溶液包括质量分数为1%～20%的活化剂和0.1～2mol/L的偶联试剂；所述浸渍的步骤主要目的是在草本活化材料表面形成无机层。在所述碳化处理过程中，富氮草本材料中的含氮有机物在偶联试剂的作用下接枝到碳骨架中，其中挥发性含氮化合物在升温过程中因被包覆层束缚进而改变碳化的微环境，所以本发明提供的上述制备方法能够有效提高草本基碳材料制备过程中内源氮元素的利用率，同时增加碳产品的收率。CN112624106ACN112624106A权利要求书1/2页1.一种多孔富氮碳材料的制备方法，包括：预处理对富氮草本材料进行清洗、烘干、粉碎处理，获得草本颗粒材料；提供一活化溶液，该活化溶液中包括质量分数为1%～20%的活化剂和0.1～2mol/L的偶联试剂；活化先将所述草本颗粒材料浸渍于所述活化溶液中，使所述草本颗粒材料负载所述活化剂和所述偶联试剂；再进行干燥处理得到草本活化材料；浸渍先将无机层前驱体溶液滴加到所述草本活化材料中，然后于30℃～100℃干燥，获得无机包覆富氮草本材料，该无机包覆富氮草本材料包括所述草本活化材料和包覆在所述草本活化材料表面的无机凝胶层；碳化对所述无机包覆富氮草本材料进行碳化处理，制得无机包覆富氮多孔复合材料，该无机包覆富氮多孔复合材料包括富氮多孔碳颗粒和包裹所述富氮多孔碳颗粒的无机层；净化对所述无机包覆富氮多孔复合材料进行净化处理，去除所述无机层，洗涤、干燥后，即得到多孔富氮碳材料。2.根据权利要求1所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，在所述活化的步骤中，所述活化剂和所述偶联试剂在所述草本颗粒材料上的总负载量为所述草本颗粒材料质量的0.5%～20%。3.根据权利要求2所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述活化剂为ZnCl2、H3PO4或MnO2。4.根据权利要求2所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，偶联试剂为CuI、CuBr、CuOTf、InCl3、FeCl2、Pd(OAc)2、PdCl2或其任意组合。5.根据权利要求1～4任一项所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述浸渍的步骤包括：将所述无机层前驱体溶液滴加到所述草本活化材料，直至所述无机层前驱体溶液正好浸没所述草本活化材料的表面，静置老化，在所述草本活化材料的表面形成包覆层，然后在30℃～100℃进行干燥处理，制得所述无机包覆富氮草本材料，其中，所述无机层前驱体溶液的体积浓度为5%～10%。6.根据权利要求5所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述无机凝胶层的厚度为3～100nm。7.根据权利要求6所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述无机凝胶层为二氧化硅凝胶层，所述无机层为二氧化硅层。8.根据权利要求7所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述无机层前驱体溶液为SiCl4的乙醚溶液、有机硅烷的乙醇溶液或水玻璃。9.根据权利要求8所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳化的步骤包括：将所述无机包覆富氮草本材料转移至容器中，升温至550～900℃，并维持30min～5h，得所述无机包覆富氮多孔复合材料。10.根据权利要求9所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述净化的步骤包括：采用体积分数5%～40%的HF酸清洗所述无机包覆富氮多孔复合材料，以去除所述无机层和残留的所述活化剂，然后用去离子水反复洗涤至中性、干燥，即得所述多孔富氮碳材料。11.根据权利要求1所述的多孔富氮碳材料的制备方法，其特征在于，所述预处理的步骤包括：先将所述富氮草本材料洗净，再在50℃～120℃烘干至含水率在10%以下，然后进行2CN112624106A权利要求书2/2页粉粹处理得到所述草本颗粒材料。12.根据权利要求11所