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(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CN106495128A(43)申请公布日2017.03.15(21)申请号201610984067.2(22)申请日2016.11.09(71)申请人江苏理工学院地址213001江苏省常州市中吴大道1801号(72)发明人宋肖锴刘坚鲍本州郭琳丽周雅静曹鑫王志贤(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人徐琳淞(51)Int.Cl.C01B32/15(2017.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体及其制备方法,本发明以ZnO纳米球为模板和Zn源,2-甲基咪唑作为有机配体,合成核壳结构ZnO@ZIF-8纳米单晶复合材料,将其置于高温炉中,在惰性气体气氛中煅烧2-4h,煅烧温度为800-900℃,煅烧后直接得到具有中空结构的碳纳米材料。本发明制备工艺简单,无去模板过程。本发明方法制得的中空结构碳材料具有均一的多面体形貌,比表面积高,氮含量高,在电化学储能、催化和燃料电池等领域具有很大的应用潜力。CN106495128ACN106495128A权利要求书1/1页1.一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体,所述单分散氮掺杂中空碳纳米多面体是由核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物经高温炭化直接得到,所述单分散氮掺杂中空碳纳米多面体粒径为250-350nm,中空芯直径为100-250nm,壳层碳的厚度为10-20nm;所述核壳结构的ZnO@ZIF-8前驱物粒径为250-400nm;所述核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物是以ZnO纳米球为核,以ZIF-8为壳形成的多面体材料;所述ZnO纳米球的粒径为100-250nm;所述ZIF-8的壳层厚度为30-70nm;所述ZIF-8代表类沸石咪唑酯骨架材料。2.一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,包括以下步骤:1)ZnO纳米球的制备在反应瓶中加入40mL浓度为0.1mol/L醋酸锌水溶液,200mL浓度为0.1-0.2mol/L的三乙醇胺水溶液,室温下搅拌30min,然后在20-50℃的水浴中反应20min后,静置12h;通过离心收集、洗涤、真空干燥,得到粒径范围为100-250nm的ZnO纳米球;2)核壳结构ZnO@ZIF-8前驱体的制备将步骤1)得到ZnO纳米球加入到DMF/水的混合溶剂中,室温下超声10min使其充分扩散,然后加入2-甲基咪唑,超声5min后置于50-70℃烘箱中反应4-12h,反应结束后产物通过离心分离、洗涤、真空干燥,得到核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物;3)单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备将步骤2)得到的核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物置于高温炉中,在惰性气氛中升温至800-900℃;在800-900℃恒温煅烧进行炭化,然后自然冷却至室温,得到的产物即是单分散氮掺杂中空碳纳米多面体。3.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤1)中20-50℃的水浴中反应在超声辐射条件下进行。4.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤2)中DMF/水体积比为2-3:1。5.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤2)中2-甲基咪唑与ZnO的摩尔比为2-32:1。6.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤3)所述惰性气体可为高纯氮气或氩气,惰性气体流速为50-150mL/min,在惰性气氛中升温至800-900℃的升温速率为3-5℃/min,炭化时间为1-3h。2CN106495128A说明书1/4页一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体及其制备方法技术领域[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域,特别涉及一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体及其制备方法。背景技术[0002]单分散中空碳纳米材料,特别是杂原子(如氮、钴、镍、铁等)掺杂的中空碳纳米材料,因其具有良好的热稳定性和化学稳定性、优良的导电性、较大的比表面积和孔体积,较低的密度,以及丰富的反应活性位点等优点,在电化学储能、催化和燃料电池等领域具有广泛的应用价值。[0003]绝大多数报道的单分散中空碳纳米材料为中空碳球,其主要的制备方法电化学气相沉积法、模板法和水热法。其中模板法是近年来制备中空碳球最常见也是使用最频繁的方法。该方法的基本原理为以模板为构型基础,通过沉淀吸附、界面反应等一系列物理、化学过程或自组装过程在模板上形成壳层(如聚合物),通过热解、溶解等手段除去模板得到中空碳材料。根据模板的性质,模板法还可分为硬模板法和软模板法。硬模板法是目前模板法制备中空