[發(fā)明專利]一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410188525.2
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN104003367A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊文;張小玲;田亞芬;李孟瑤;倪梅;張俏
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;付雷杰

1.一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料，其特征在于，所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料是通過化學鍵合方式將磷原子和氮原子共同引入到多孔碳材料中，使多孔碳材料中碳六元環(huán)結(jié)構(gòu)中的碳原子被磷原子、氮原子共同取代的一種功能性多孔碳材料；所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料具有多孔納米碳結(jié)構(gòu)；以所述多孔磷-氮共摻雜碳材料的總質(zhì)量為百分之百計，其中磷原子的質(zhì)量百分比為0.1～1％、氮原子的質(zhì)量百分比為0.1～30％。

2.一種如權(quán)利要求1所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特征在于，所述方法步驟如下：

A.將含磷有機物溶解到含氮導電高分子單體中，或?qū)⒑子袡C物和含氮高分子單體溶解于易揮發(fā)的溶劑中，得到混合溶液1，將混合溶液1加入到酸性溶劑中，混合均勻，得到懸濁液1，之后將硅基硬模板與金屬催化劑加入到懸濁液1，混合均勻得到懸濁液2，最后向懸濁液2中加入引發(fā)含氮導電高分子單體聚合的氧化劑，在0～80℃下，攪拌聚合得到前期聚合物1；

B.將上述前期聚合物1干燥，得到固體1，將固體1在氮氣或者氬氣保護下煅燒，具體為先以1～10℃/min的速度升溫至600～1000℃，在此溫度下保溫0～1h，待降到25℃，取出，得到固體2；

C.將固體2研磨成粉末之后，加入硅基硬模板的刻蝕劑溶液，在25℃下反應1～48h，用水清洗干凈，過濾干燥；隨后加入酸性溶液，在25℃下反應1～48h，用水清洗干凈，過濾干燥后，得到本發(fā)明所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步驟A中所述含磷有機物為三苯基磷、三苯基氧化磷和三苯基磷衍生物中的一種以上；

步驟A中所述含氮導電高分子單體為苯胺、間二苯胺、對二苯胺、鄰苯二胺和吡咯中的一種以上；

步驟A中所述易揮發(fā)溶劑為乙醇、甲醇、四氫呋喃或丙酮；

步驟A中所述酸性溶劑為H₂SO₄、HCl、H₃PO₄和CH₃COOH的酸溶液中的一種以上；

步驟A中所述硅基硬模板材料為二氧化硅納米球和介孔二氧化硅分子篩材料中的一種；

步驟A中所述金屬催化劑為鐵鹽和鈷鹽中的一種以上；

步驟A中所述引發(fā)含氮導電高分子單體聚合的氧化劑為H₂O₂溶液、FeCl₃溶液、(NH₄)₂S₂O₈溶液和KMnO₄溶液中的一種；

步驟C中所述硅基硬模板的刻蝕劑溶液為質(zhì)量含量為1～63％的氟化氫胺水溶液、質(zhì)量含量為1～48％的氫氟酸溶液、質(zhì)量含量為1～50％的氫氧化鉀和質(zhì)量含量為1～50％的氫氧化鈉溶液中的一種；

步驟C中所述酸性溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中一種以上，這些酸性溶液的濃度均為0.1～8mol/L。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步驟A中所述金屬催化劑為硝酸鐵和硝酸鈷中的一種以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步驟A中所述含氮導電高分子單體和含磷有機物的質(zhì)量比為1：(0.05～6)；

步驟A中所述酸性溶劑的濃度范圍是0.1～2mol/L，酸性溶劑和含氮導電高分子單體的摩爾比為(1～8)：1；

步驟A中所述硅基硬模板和含磷有機物的質(zhì)量比為(0.5～6)：1；

步驟A中所述引發(fā)含氮導電高分子單體聚合的氧化劑與含氮導電高分子單體的摩爾比為(0.125～3)：1；

步驟A中以含磷有機物、含氮導電高分子單體和金屬催化劑的總質(zhì)量為百分之百計，其中金屬催化劑的含量是0.14～30wt％；

步驟A中所述易揮發(fā)溶劑的用量以能夠?qū)⒑子袡C物和含氮高分子單體充分溶解為準；

步驟C中硅基模版刻蝕劑的加入量以能夠充分溶液固體2為準；

步驟C中酸性溶液的加入量以能夠充分溶解步驟A中金屬催化劑經(jīng)高溫煅燒之后產(chǎn)生的殘余金屬物質(zhì)為準。