[發明專利]一種含氮多孔炭的制備方法

無效

• 申請號: 201310581860.4
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103626150A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 黃玉安;王翼飛;賴文秋;懷旭;張可強;譚學鋒
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02;B01J27/24;H01G11/38
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技術領域

本發明涉及一種含氮多孔炭的制備方法，更具體地涉及一種以預氧化的多孔炭為母體、三聚氰胺/雙氰胺為原料，利用化學氣相沉積反應，在密閉環境中將含氮物種沉積在多孔炭孔道內壁，制備得到含氮多孔炭材料，屬于多孔材料領域。

背景技術

多孔材料如多孔炭，具有高表面積和發達的孔隙，被廣泛用作吸附劑、催化劑載體、電池和超級電容器電極材料等，但常規多孔炭材料難以滿足日益提高的性能需要，例如活性炭，雖然比表面積較高，但其孔徑小(＜2nm)，不利于電解液的滲透和自由出入，用于超級電容器時(J.Power?Sources，2006，161：730)其表面積利用率只有20-30％。從兩個方面可以提高多孔炭材料的性能，一是提高多孔炭材料比表面積的同時盡可能的提高中孔率。常用的制備方法有：催化活化法、混合聚合物炭化法、有機溶膠-凝膠法和模板劑法等；二是從提高單位面積的性能出發，將多孔炭材料進行表面改性，常用的改性方式是摻雜氧、磷、硼、金屬以及金屬氧化物等。近年來，在多孔炭材料中摻雜氮元素制備的含氮多孔炭成為這方面的研究熱點，文獻較多。需要注意的是，摻雜氮元素以后，多孔炭材料的一些性質會發生改變：(1)改變多孔炭材料表面的pH值，一般是堿性增強，pH值升高；(2)提高多孔炭材料的導電性；(3)提高多孔炭材料作為載體或者本身氧化-還原反應的催化性能；(4)增強多孔炭材料作為載體與被負載催化劑的作用力，使得催化劑更容易分散，提高催化性能(Applied?Catalysis，2008，B79：89)。

文獻報道的摻雜氮的路線有兩種，第一種方法是用含氮的前驅物制備多孔炭材料，在得到炭材料的同時摻雜氮元素。這種路線不需要另外的步驟，氮元素的含量可以達到30％，甚至更高。具體方法較多，可以參見有關綜述(J.Nanosci.Nanotechnol.2005，5：1345.)。其中C.Pevida等人以氣相二氧化硅為模板劑，以三聚氰胺與甲醛為原料，經過聚合、固化、炭化、氫氧化鈉溶解除硅、洗滌等步驟制備了含氮多孔炭，氮含量最高為30％，比表面800m²／g，二氧化碳的吸附量可達2.25mmol／g，性能優異。Denisa?Hulicova等人(Chem.Mater.2005，17：1241)用云母為模板劑，以三聚氰胺與甲醛為原料，用類似的方法制備得到了氮含量約為40％、表面積為400m²／g、電容特性優異的含氮中孔炭材料。第二種是先制備多孔炭材料，然后用含氮的化合物如尿素、銨鹽、氨氣等高溫下改性(摻雜)制備得到(Carbon，2003，41：1925，Electrochem.Commun，2008，10：1105)，在這種方法制備得到的含氮炭材料中，氮元素在其表面形成如胺基一類的基團，增強了炭材料的親水性，使其在水性溶液中容易分散。由于是后續的改性，上述方法制備的炭材料摻雜的氮元素的量十分有限，一般小于5％，性能提高不明顯。