[發(fā)明專利]氮和硫共摻雜有序介孔碳材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310066557.0
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103072972A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 張德懿;鄭力文;郝遠;馬穎;馮輝霞
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術領域

[0001]?本發(fā)明涉及一種氮和硫共摻雜有序介孔碳材料的制備方法。

背景技術

有序介孔炭(OMC)是上世紀90年代興起的一種新型碳材料，其結構中存在孔徑均一的介孔孔道。與傳統(tǒng)的多孔碳材料相比，有序介孔碳具有孔徑分布窄、孔隙率高、孔徑大小可控等優(yōu)點，在催化劑載體、儲氫材料、吸附分離和電極材料等方面具有廣泛的應用前景。其高度有序的結構還可以用來合成介孔沸石分子篩和介孔過渡金屬氧化物。因此，有序介孔碳材料的制備和應用研究已成為目前孔碳材料研究的前沿和熱點。

近期的研究表明，對有序介孔碳材料進行雜原子摻雜（如硼、硫、磷和氮摻雜）可顯著改變介孔碳材料的元素構成，操控表面活性，同時改善其電化學性能。目前，國內外對氮摻雜和硫摻雜有序介孔碳的制備和性能研究已有專利和文獻報道。但對于氮和硫共摻雜有序介孔碳材料尚無相關報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種氮和硫共摻雜有序介孔碳材料的制備方法。

本發(fā)明是氮和硫共摻雜有序介孔碳材料的制備方法，其步驟為：

（1）取1.0?mL吡咯，按體積比1：0.6~1：0.1比例加入無水乙醇和濃硫酸，獲得吡咯低聚物，作為前軀體；

（2）將上述（1）中前軀體通過初濕浸漬法填充于1.0?g介孔二氧化硅分子篩孔道內，80?℃下真空干燥，繼而160~180?℃下預碳化4~8小時，獲得硫酸/前驅體/介孔二氧化硅復合物；

（3）上述（2）中復合物在惰性氣氛保護下中溫焙燒，焙燒溫度350~400℃，焙燒時間2小時，升溫速率1~2?℃/min，繼而高溫熱解，熱解溫度650~950?℃，熱解時間2小時，升溫速率2~5?℃/min，冷卻至室溫，獲得氮和硫共摻雜有序介孔碳/介孔二氧化硅復合物；

（4）上述（3）中復合物在30?mL?5%~20%?HF酸中浸泡6~24小時，用蒸餾水反復洗滌，直至洗滌水中滴加2?mol/L硫氰酸鐵溶液后血紅色不褪色為止，于溫度80?℃下真空干燥，獲得所述氮和硫共摻雜有序介孔碳材料。

?本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、以吡咯為碳源和氮源，硫酸為酸催化劑和硫源，吡咯在硫酸催化下形成的低聚物為前驅體。前驅體填充入硅基模板孔道后硫酸無法揮發(fā)，經低溫焙燒和高溫熱解，氮和硫共摻雜于碳分子網絡，從而獲得氮和硫共摻雜有序介孔碳材料。所制備氮和硫共摻雜有序介孔碳材料具有優(yōu)異的物理和化學活性，同時具有制備方法簡單，摻雜量高，比表面積大，介孔率高等優(yōu)點。

2、所制備氮和硫共摻雜有序介孔碳摻雜量高，且通過調整熱解溫度，在一定范圍內可對其氮和硫摻雜量進行調控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的小角X射線散射圖譜，顯示為二維六方的有序介孔結構；

圖2是本發(fā)明實施例1所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的N₂吸脫附等溫線，顯示為介孔結構，BET比表面積1021?m²/g；

圖3是本發(fā)明實施例1所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的孔結構分布圖，顯示為均一的介孔結構，孔徑中心集中于3.48?nm；

圖4是本發(fā)明實施例4所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的小角X射線散射圖譜，顯示為三維立方的有序介孔結構；

圖5是本發(fā)明實施例4所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的N₂吸脫附等溫線，顯示為介孔結構，BET比表面積880?m²/g；

圖6是本發(fā)明實施例4所得到的氮摻雜有序介孔碳材料的孔結構分布圖，顯示為均一的介孔結構，孔徑中心集中于4.02。

具體實施方式

實施例1：

取1.0?mL吡咯，加0.6?mL無水乙醇和0.1?mL濃硫酸，獲得淺黃色透明溶液即為吡咯低聚物。將上述低聚物溶液逐滴滴加到1.0?g?SBA-15介孔分子篩表面，于80?℃下真空干燥6小時，繼而在160?℃下預碳化8小時，將獲得深棕色或黑色粉末置于氣氛管式爐中，在氬氣保護下，以1?℃/min速率升溫至350?℃，焙燒2小時，然后以5?℃/min速率升溫至950?℃，熱解2小時，在氬氣氛保護下冷卻至室溫，用20%?HF酸浸泡6小時，洗滌至檢不出F^-離子，干燥，即獲得氮摻雜有序介孔碳材料。