[發明專利]一種含氮量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法

有效

• 申請號: 201710818580.9
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107555413B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 王傲;蔣劍春;孫康;陳超;許偉;朱光真;盧辛成
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院林業新技術研究所;中國林業科學研究院林產化學工業研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種含氮量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法，含氮化合物和無機堿的混合物用甲醛溶液溶解，攪拌下加入間苯二酚，攪拌反應；隨后，上述混合溶液加入到乙醇和水的混合溶劑溶解的F127中，并加入鹽酸催化反應，繼續攪拌0.5~4 h；攪拌結束后，上述混合液在室溫下陳化，傾去上清液，干燥得樣品；氮氣保護下，控制管式爐升溫速率，對得到的樣品炭化，得到摻氮的有序中孔炭。該方法具有反應條件溫和，反應時間短，工藝簡單，摻雜氮含量可調控等特點，更適合規?；瘬降行蛑锌滋康纳a。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料中的炭素材料技術領域，具體涉及一種含氮量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法。

背景技術

有序中孔炭（Ordered mesoporous carbons, OMCs）是指孔道有序排列，孔徑分布在2~50 nm范圍內的新型炭材料，由于具有較高的比表面積，較大的孔容積，可調控的孔徑大小和窄的孔徑分布，較好的離子、分子傳輸性能以及高化學及熱穩定性，因而在吸附、分離、催化劑負載、儲能等領域有著廣泛的應用。

有序中孔炭的性能除了受孔徑大小和排布的影響之外，還受到表面官能團和化學組成等的影響。氮摻雜的有序中孔炭（NOMCs）因為含有氮雜原子，可以改變體系的電子云分布，增強體系π鍵和堿性，同時還可作為活性反應位點，從而可以提高有序中孔炭在催化、超級電容器以及吸附方面的性能，受到人們的廣泛關注。

有序中孔炭的制備主要是基于模板法。常見的氮摻雜有序中孔炭的制備方法是使用具有規則孔徑的多孔硅材料來作為模板，以同時含碳和氮的化合物（如乙二胺、聚丙烯腈、苯胺、聚吡咯等）為氮源和碳源，通過炭化、洗除模板等步驟制得。該方法中使用的模板是人工合成，炭化后還需要HF或NaOH溶液將模板（SiO₂）去除，工藝復雜，耗時較長，成本高的同時還會對環境造成污染，因此很難大規模應用。通過自組裝軟模板法來制備摻氮有序中孔炭，在制備過程中添加含氮化合物為氮源，無需人工合成的SiO₂為模板，避免了HF和NaOH的使用，既簡化了制備工藝，又節約了成本，同時氮的含量可以通過氮源的添加量控制，是一種簡單有效的摻氮有序中孔炭的制備方法。然而，常規的自組裝軟模板法制備摻氮的有序中孔炭仍存在很多問題：如溶劑蒸發誘導的自組裝需要將大量的溶劑蒸發，非常耗時且能耗較大；水熱法自組裝需要較高的反應溫度；液相自組裝則往往需要非常長的陳化時間。因此，反應條件溫和，工藝簡單，反應時間短，氮含量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法成為人們的研究熱點。

發明內容

解決的技術問題：本發明提供一種含氮量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法，該方法具有反應條件溫和，反應時間短，工藝簡單，摻雜氮含量可調控等特點，更適合規?；瘬降行蛑锌滋康纳a。

技術方案：一種含氮量可調控的摻氮有序中孔炭的制備方法，包括以下步驟：（1）15~25 ℃條件下，含氮化合物和無機堿的混合物用37wt.%的甲醛溶液溶解，攪拌下加入間苯二酚，攪拌反應0.5~4 h；隨后，上述混合溶液加入到乙醇和水的混合溶劑溶解的F127中，乙醇和水的摩爾比為1:2，并加入鹽酸催化反應，繼續攪拌0.5~4 h；間苯二酚:含氮化合物:無機堿:F127:甲醛:HCl:乙醇:水的摩爾比=1:（0.1~1）:（0~0.01）:（0.0035~0.008）:（1.1~3）:（0.1~0.5）:（8~12）:（16~24）；攪拌結束后，上述混合液在室溫下陳化 10~24h，傾去上清液，50~100 ℃下干燥12~24 h得樣品；（2）氮氣保護下，控制管式爐升溫速率，炭化過程中管式爐升溫速率在0~100 ℃范圍內為5~10 ℃/min，100~400 ℃范圍內為1~2 ℃/min，400~800 ℃范圍內為1~5 ℃/min，在400~800 ℃下對步驟（1）得到的樣品炭化1~3 h，得到摻氮的有序中孔炭。

優選的，上述含氮化合物選自雙腈胺、三聚氰胺、賴氨酸或精氨酸。