[發明專利]一種高度有序介孔碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410346175.8
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104163414A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 董安鋼;楊東;焦玉聰;丁藝;劉麗敏;胡建華
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種高度有序介孔碳材料的制備方法。

背景技術

介孔碳由于其具有巨大的比表面積及孔體積，使得其具有非常強的吸附能力，因此在吸附劑中具有非常重要的地位，并且也使得其在催化劑載體、電極材料、儲氫材料等方面具有非常重要的應用前景。另外，介孔碳還具有耐高溫、耐酸堿、導電和傳熱等優點。

目前介孔碳主要制備方法有：（1）硬模板法，即采用有序介孔硅為模板，澆鑄法合成出有序介孔碳材料。這種方法原理簡單，但是步驟復雜，需要額外制備模板，并且要使用氫氟酸或氫氧化鈉除去硅模板；（2）軟模板法，利用誘導揮發自組裝法制備有序介孔碳。此方法一般先將嵌段共聚物表面活性劑和碳源分散在有機溶劑中，在有機溶劑揮發過程中，嵌段共聚物自發組裝成有序介觀結構，碳前驅體包裹在活性劑的表面；在合適溫度下低分子量碳前驅體交聯固化形成有序高分子。通過高溫碳化，將酚醛樹脂碳化形成有序介孔碳。與傳統方法相對，軟模板法制備介孔碳相對簡單易操作。但是軟模板法依然需要很多時間及步驟來組裝模板，工序復雜，合成周期長。（3）催化活化法，主要用于生產大比表面積介孔碳材料，需要填加造孔劑，材料成型后需要將造孔劑去除。

本發明利用有機溶劑揮發使得納米粒子自組裝成高度有序材料，通過高溫鍛燒的方法，將納米粒子表面配體碳化，然后用酸將納米粒子刻蝕即可得到高度有序介孔材料。本發明方案與軟模板法具有類似的原理，但是相對軟模板法，本發明使用低沸點有機溶劑，溶劑揮發速度快，納米粒子自組裝排列高度有序，合成周期短，工序簡單。同時，本發明所用納米粒子為四氧化三鐵納米粒子，具有磁單疇、超順磁等特殊性能，磁性優異，可以被應用于錄音磁帶、電訊器材等的原材料，并且可以用作顏料和拋光劑等。因此高溫鍛燒后材料不加以刻蝕，則可集高度有序碳材料及磁性納米材料的性能于一體，在電磁記錄、電磁波吸收、催化劑、水處理及生物醫學等方面都有潛在應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高度有序的介孔碳材料，并且拓寬其應用范圍，提供一種性能穩定，集介孔碳與磁性納米材料特性于一體的納米材料。

本發明提供的高度有序的介孔碳材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將納米粒子前驅體油酸鐵在油酸作用下在溶劑中進行高溫裂解，得到不同粒徑和形貌的四氧化三鐵納米粒子，其表面包覆有油酸分子；

（2）將所得納米粒子溶于正己烷中，再蒸掉正己烷，得到具有高度有序結構的納米粒子陣列；

（3）將所得納米粒子陣列在氮氣或氬氣下300℃以上煅燒，使得表面包覆的油酸分子碳化，得到高度有序排列的四氧化三鐵納米粒子，所得納米粒子表面包覆有碳層包覆。該納米粒子材料可以應用于電磁領域如電磁記錄、電磁波吸收等；

（4）將所得納米粒子用鹽酸或硝酸刻蝕，得到具有高比表面積的介孔碳材料。該介孔碳材料可以應用于催化、水處理、藥物醫學等領域。

本發明中，所述油酸鐵前驅體高溫裂解溫度為270℃至330℃，所用溶劑可為十六烯，辛醚，十八烯，或二十烯等，裂解時間為30—90分鐘。

本發明中，所述四氧化三鐵納米粒子制備過程中，油酸濃度為1.5mM~4.5mM。

本發明中，所述四氧化三鐵納米粒子粒徑為8~20nm。

本發明中，所述高溫煅燒溫度為300~600℃，煅燒時間為2-4小時。?

本發明方法，操作簡單，原料易得，制備量大，所制備介孔碳材料排列高度有序，具有非常高的比表面積并且孔徑及形貌可控。若不將納米粒子刻蝕，還可作為高度有序磁性納米材料，應用于電磁領域。

附圖說明

圖1為本發明制備的磁性納米材料的掃描電鏡圖；

圖2為本發明制備的介孔碳材料的掃描電鏡圖；

圖3為本發明制備的磁性納米材料的透射電鏡圖；

圖4為本發明制備的介孔碳材料的透射電鏡圖；

圖5為本發明制備的介孔碳材料的X射線小角衍射圖譜；

圖6為本發明制備的介孔碳材料的比表面積（a）及孔徑分析圖譜(b)。

具體實施方式

實施例1：將36g油酸鐵，5.7g油酸，溶于200g十八烯中，氮氣保護下320℃反應30min，得到粒徑10nm左右四氧化三鐵納米粒子。將所得納米粒子溶于正己烷中，蒸掉溶劑，即可得到高度有序油酸包覆納米材料。將所得材料500℃高溫煅燒2小時，即可得到高度有序碳包覆四氧化三鐵納米粒子。將所得材料用鹽酸刻蝕掉四氧化三鐵，即得到粒徑為10nm左右介孔碳材料。其比表面積可為1600m²/g。?