[發(fā)明專利]一種不同形貌的氮摻雜炭球的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610313030.7
• 申請(qǐng)日: 2016-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN106006600B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張利雄;吳琳琳;王重慶;曾昌風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司32218
• 代理人: 徐冬濤,袁正英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮摻雜炭球的制備方法，尤其涉及一種利用微流體技術(shù)制備不同形貌的氮摻雜炭球的方法。

背景技術(shù)

核-殼結(jié)構(gòu)材料是指內(nèi)層的核結(jié)構(gòu)表面有一層或多層相同或不同材料的殼層組成的復(fù)合材料，核殼結(jié)構(gòu)炭球作為其中的一種，由于核-殼結(jié)構(gòu)材料的高比表面積和孔體積，低密度，可分別對(duì)殼層和核層進(jìn)行功能化等特點(diǎn)使其具有一系列顯著的應(yīng)用，如可用于氣體吸附和存儲(chǔ)、作為催化劑載體和電極材料等方面。氮摻雜的炭材料由于氮的存在提高了炭材料的堿度和表面親水性，在CO₂、SO₂等酸性氣體的吸附方面有廣闊前景。

制備核殼結(jié)構(gòu)炭球的方法有很多，主要包括：化學(xué)法、氣相沉積法、熱解法、微流體技術(shù)等方法。

化學(xué)法中包含化學(xué)氧化聚合法，Zhang等利用三步法制備了氮摻雜的中空炭球，首先利用化學(xué)氧化聚合法將混合物乳液聚合形成核殼結(jié)構(gòu)粒子，接著用噴霧干燥器將上述乳膠核殼離子干燥，再在500～800℃氮?dú)庵刑炕＠迷摲椒ㄖ苽涞闹锌仗壳蛑型瑫r(shí)存在微孔、中孔和大孔，孔徑分布為2～110nm，比表面積介于450～583m²/g之間(A novel N-doped porous carbon microspheres composed of hollow carbon nanospheres)。雖然該方法可以制備炭球，但炭球形貌較單一且孔徑分布較寬。CN 104810161A報(bào)道了一種利用水熱法制備聚苯胺前驅(qū)體，通過炭化得到氮氧摻雜的粒徑為500～800nm的中空炭納米球，其中氮含量為4～8at％，氧含量為6～11at％。

氣相沉積法制備核殼炭球是一種常規(guī)方法。Jeon等利用氫化物氣相沉積法制備了粒徑為100～583μm的核殼結(jié)構(gòu)炭球，內(nèi)部是無定型態(tài)炭材料。該法制備炭球包括兩步：首先利用原料氣流經(jīng)混合原料的HCl等化合物經(jīng)過1000℃的高溫反應(yīng)器，通過原子凝結(jié)形成炭球形貌，接著通過自由鍵結(jié)合作用在炭球前驅(qū)體上吸附碳原子，形成炭球，其中NH₃、Ga和Al的混合物作為原料，在1095℃生長3h。該方法可以制備炭球，但粒徑分布范圍大，對(duì)溫度的要求要苛刻。(Carbon Microspheres Grown by Using Hydride Vapor Phase Epitaxy)。Konicki等以介孔的SiO₂作為模板劑利用氣相沉積法成功制備出中空介孔炭納米球。將TEOS溶于乙醇和氨水的混合溶液中，攪拌24h后，通過蒸發(fā)將產(chǎn)物進(jìn)行分離。為制備出多孔殼層的SiO₂@m-SiO₂核殼微球，將二氧化硅球加入到含有水、十六烷基三甲基溴化銨、乙醇和氨水的混合液中，并超聲得到均相溶液。加入正硅酸四乙酯并于室溫下攪拌12h，即可得到SiO₂@m-SiO₂核殼微球，對(duì)其后處理后放入濃的氫氟酸中放置24h后即可除去核層的SiO₂。該方法制備了中空的炭納米球，SiO₂的去除較困難，且不可重復(fù)利用(Application of hollow mesoporous carbon nanospheres as an higheffective adsorbent for the fast removal of acid dyes from aqueoussolutions)。

Hong等利用鋅鹽和錫鹽以及聚乙烯吡咯烷酮通過一步法噴霧熱解制備核殼結(jié)構(gòu)Zn₂SnO₄-炭復(fù)合微球，其中碳含量可控且不需要進(jìn)一步的熱處理。液滴干燥過程中PVP轉(zhuǎn)移到復(fù)合微球的表面，金屬鹽融化過程中的相分離形成了致密的核層結(jié)構(gòu)。復(fù)合微球的孔徑介于7～11nm(Formation of core–shell-structuredZn₂SnO₄–carbon microspheres with superiorelectrochemical properties by one-potspray pyrolysis)。