氮掺杂等级孔碳材料的制备方法.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CN107572497A(43)申请公布日2018.01.12(21)申请号201710883296.X(22)申请日2017.09.26(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人李健生沈家明李阳齐俊文魏国平刘郁歆林鹏王连军沈锦优孙秀云韩卫清(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人刘海霞(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称氮掺杂等级孔碳材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂等级孔碳材料的制备方法。所述方法基于模板法，利用多巴胺分子在弱碱性的Tris溶液中易发生聚合反应形成聚多巴胺的特点，使多巴胺聚合在纳米级的氧化锌粉末表面，得到初步的纳米氧化锌-聚多巴胺复合结构；在接下来的碳化过程中，作为碳前驱体的聚多巴胺层形成富氮多孔碳，内部的纳米氧化锌在高温作用下被碳还原分解，为富氮多孔碳造孔，最终进一步脱去残留的氧化锌模板形成了氮掺杂的等级孔碳材料。本发明工艺简便，易操作，产率高，制备的多孔碳材料比表面积达到1359m2g-1，孔容达到3.11cm3g-1，形成合理的微孔-介孔等级孔结构，在包括超级电容器在内的电化学领域甚至吸附领域有良好的应用前景。CN107572497ACN107572497A权利要求书1/1页1.氮掺杂等级孔碳材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将纳米氧化锌超声分散在水中，形成均匀的纳米氧化锌悬浮液；(2)将多巴胺和Tris试剂加入到纳米氧化锌悬浮液中，室温下搅拌，聚合24h以上，反应结束后，减压过滤，水和无水乙醇清洗，烘干，得到纳米氧化锌-聚多巴胺复合物；(3)惰性氛围下，将纳米氧化锌-聚多巴胺复合物于700～900℃碳化，碳化结束后，酸洗脱去残留纳米氧化锌，水洗，烘干，得到氮掺杂等级孔碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的纳米氧化锌的尺寸为15～20nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的多巴胺、纳米氧化锌和Tris的质量比为5：10：12，其中纳米氧化锌的质量可以适当减少。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的惰性氛围为氮气或氩气。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的碳化时间3～5小时，升温速率为3～5℃/min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的洗涤用的酸溶液为10％的盐酸溶液。7.根据权利要求1至6任一所述的制备方法制得的氮掺杂等级孔碳材料。2CN107572497A说明书1/3页氮掺杂等级孔碳材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于碳材料的制备领域，具体涉及一种氮掺杂等级孔碳材料的制备方法。背景技术[0002]根据孔直径，多孔材料分为三种：微孔(孔径小于2nm)、介孔(孔径在2-50nm之间)和大孔(孔径大于50nm)。多孔碳材料是指具有不同孔结构的碳素材料。近年来，包括碳纳米管，活性炭纤维、活性炭等在内的各式各样的碳材料被不断的发现。这些碳材料尽管拥有较大的比表面积，但仍然有各自的不足。例如普通活性炭和碳纤维的孔组成主要以微孔为主，在实际应用中不利于传质。微孔数目的增多能显著提高材料的比表面积和活性位点，但是微孔中很大一部分仍然是无序性的封闭孔或死孔。过多微孔则不利于传质，在电化学应用中会增加材料的电阻，阻碍电子传递(Nanoscale,2014,6,12120–12129；Desalination367(2015)60–68)。介孔和大孔有利于降低传质阻力，提高传质效率。因此拥有适宜的孔径分布，合理的孔结构组成，是碳材料在应用领域上所要具备的条件之一。[0003]现阶段主流的多孔碳材料合成方法为活化法和模板法。活化法制备出来的碳材料多为无序多孔碳材料，且孔型和孔径的尺寸难以调控。模板法制备出的多孔碳材料则能克服碳材料结构尺寸不易控的弊端，实现结构的可控性，且制备的碳材料往往具有大的比表面积，高孔隙率，狭窄的孔径分布和孔结构的有序性(J.Am.Chem.Soc.2000,122,10712-10713；Adv.Funct.Mater.2007,17,1828–1836；Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,3696–3717)。[0004]为了进一步提高多孔碳材料在电化学、吸附、储能等领域的应用性能，近年来，用例如N、P、S等杂原子或含杂原子基团掺杂多孔碳材料逐渐成为新的热点。在众多杂环原子中，氮是最具有应用前景。因为无论它的原子大小，还是价电带都和碳很相似，氮取代碳的过程不