一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳微立方体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CN114156092A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111459648.1(22)申请日2021.12.02(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张亚敏梁龙伟侯林瑞(74)专利代理机构山东知圣律师事务所37262代理人黄学国(51)Int.Cl.H01G11/24(2013.01)B01J27/24(2006.01)B01J35/00(2006.01)B01J35/10(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳微立方体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的碳微立方体及其制备方法和应用。所述制备方法为：（1）将锌盐、配体和聚乙烯吡咯烷酮加入有机溶剂中，搅拌后放入反应釜中，将反应釜置于165~200℃的烘箱中反应1~22小时，冷却，清洗后于60℃下，保温24小时以上，获得金属有机框架颗粒；（2）将烘干后的金属有机框架颗粒置于炉膛内，升到900~1500℃，保温1~10小时，自然冷却到室温，得到氮掺杂的碳微立方体。本方法制备简单、操作容易、成本低，获得氮掺杂的碳微立方体在电催化和储能领域具有很高的应用价值。CN114156092ACN114156092A权利要求书1/1页1.一种金属有机框架衍生的氮掺杂的碳微立方体，其特征在于，所述碳微立方体的边长为1‑20μm，比表面积为600‑2000cm‑2g‑1，其中微孔的比表面积为485‑1135cm‑2g‑1，平均孔径尺寸为1.2‑5.7nm。2.根据权利要求1所述的碳微立方体，其特征在于，所述氮掺杂的碳微立方体由以下成分组成：C93.7‑99.0at.%、N0.5‑3.2at.%和O1.1‑5.2at.%。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的碳微立方体的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：（1）金属有机框架微立方体的合成：将聚乙烯吡咯烷酮、配体和锌盐加入有机溶剂中，搅拌得到澄清溶液；然后将澄清溶液进行溶剂热反应，反应结束冷却到室温，洗涤、干燥，得金属有机框架颗粒；（2）金属有机框架衍生的氮掺杂的碳微立方体的制备：将步骤（1）中得到的金属有机框架碳微立方体置于陶瓷舟内部，将陶瓷舟在保护气下同时进行活化和碳化，得到氮掺杂的碳微立方体。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；所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺溶液；所述聚乙~烯吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮K30。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、聚乙烯吡咯烷酮和有机溶剂的质量体积比为（300‑500）mg：（50‑500）mg：（0.5‑2）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165~200℃，反应时间为1~22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）碳化和活化温度为900‑1500℃，升温速率为4‑10℃/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0.5‑2g的聚乙烯吡咯烷酮K30，用磁力搅拌器搅拌至聚乙烯吡咯烷酮K30全部溶解；然后加入300‑500mg的锌盐和100‑200mg的氨基对苯二甲酸或对苯二甲酸，用磁力搅拌器搅拌至得到均一的溶液；（2）将步骤（1）制备的均一的溶液转移至聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜置于165~200℃的烘箱中，保温1~22小时，自然冷却到室温，用乙醇将产物清洗干净后，将得到的产物于60℃的烘箱中，保温24小时以上，获得金属有机框架微立方体颗粒；（3）将步骤（2）制备的金属有机框架微立方体颗粒置于磁陶瓷舟内，将陶瓷舟在保护气下置于管式炉中，以4‑10℃/min的升温速率，升至900~1500℃，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的碳微立方体。9.一种权利要求8所述的金属有机框架衍生的氮掺杂的碳微立方体应用，其特征在于：所述氮掺杂的碳微立方体用于电催化或超级电容器领域。2CN114156092A说明书1/6页一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳微立方体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的氮掺杂碳微立方体及其制备方法和应用于电催