一种金属有机框架衍生氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用.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CN114220665A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202111527329.X(22)申请日2021.12.14(71)申请人济南大学地址250000山东省济南市南辛庄西路336号(72)发明人原长洲张金洋公天宇梁龙伟侯林瑞(74)专利代理机构山东知圣律师事务所37262代理人张露露(51)Int.Cl.H01G11/36(2013.01)H01G11/32(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称一种金属有机框架衍生氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于无机非金属材料和电化学领域，公开了一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用。所述制备方法为：（1）将锌盐、配体和表面活性剂加入有机溶剂中，搅拌后放入反应釜中，将反应釜置于90~200℃的烘箱中反应，冷却，清洗后于60℃保温24小时以上，获得金属有机框架纳米片；（2）将烘干后的金属有机框架纳米片置于炉膛内，以不同的升温速率升到800~1500℃，保温1~10小时，自然冷却到室温，得到氮掺杂的纳米片。本方法制备简单、操作容易、成本低，获得氮掺杂碳纳米片在超级电容器和水系锌空电池领域具有很高的应用价值。CN114220665ACN114220665A权利要求书1/1页1.一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片，其特征在于，所述氮掺杂碳纳米片的比表面积为100‑1500cm‑2g‑1，平均孔径尺寸为3‑20nm。2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳纳米片，其特征在于，所述氮掺杂碳纳米片由以下成分组成：C86.0‑97.8at.%、N0.2‑5.5at.%和O2.0‑8.5at.%。3.一种权利要求1或2所述的金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：（1）金属有机框架纳米片的合成：将配体、表面活性剂和锌盐加入有机溶剂中，然后将溶液进行溶剂热反应，反应结束冷却到室温，洗涤、干燥，得金属有机框架氮掺杂碳纳米片；（2）金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片的制备：将步骤（1）中得到的金属有机框架氮掺杂碳纳米片置于陶瓷舟内部，将陶瓷舟在保护气下同时进行碳化和活化，得到氮掺杂碳纳米片。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的锌盐为硝酸锌；所述配体为氨基对苯二甲酸或对苯二甲酸；所述表面活性剂为氨三乙酸或氨水；所述有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺溶液。~5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述金属盐、配体、表面活性剂和有机溶剂的质量体积比为（0.45‑2.0）g：（0.3‑2.0）g：（0.03‑1.0）g：（30‑50）mL。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）溶剂热反应的温度为90~200℃，反应时间为2~15小时；洗涤采用的溶剂为乙醇；干燥的温度为60℃，干燥时间为24小时以上。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中保护气为氮气或氩气；步骤（2）碳化和活化温度均为800‑1500℃，升温速率为1‑10℃/min，处理时间为1~10小时。8.根据权利要求3‑7任一项所述的方法，其特征在于，具体的制备方法采用以下步骤：（1）取N,N~二甲基甲酰胺30mL溶液于烧杯中，加入0.03‑1.0g的氨三乙酸或氨水，0.45‑2.0g的锌盐和0.3‑2.0g的氨基对苯二甲酸或对苯二甲酸，用磁力搅拌器搅拌20‑120min；（2）将步骤（1）制备的溶液转移至聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜置于90~200℃的烘箱中，保温2~15小时，自然冷却到室温，用乙醇将产物清洗干净，将清洗后，得到的粉末于60℃的烘箱中，保温24小时以上，获得金属有机框架纳米片；（3）将步骤（2）制备的金属有机框纳米片置于磁陶瓷舟内，将陶瓷舟在保护气下置于管式炉中，以1‑10℃/min的升温速率，升至800~1500℃，保温1~10小时，自然冷却后，获得金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片体。9.一种权利要求8所述的金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片应用，其特征在于：所述氮掺杂碳纳米片用于超级电容器或水系锌空电池领域。2CN114220665A说明书1/6页一种金属有机框架衍生氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于无机非金属材料和电化学领域，特别涉及一种金属有机框架衍生氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用。背景技术[0002]随着世界可再生能源的减少，人们对于可再生能源的研究、开发和利用越来越完善。金属‑空气电池以O2为正极燃料，锂、镁、铝、锌、镁等金属为负极燃料，成本较低、环境友好且安全性能高，被普遍认为是理想的下一代绿色新能源技术。其中锌金