[發(fā)明專利]一種利用燃燒反應(yīng)合成氮摻雜多孔碳材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810441680.9
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN108640098A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈玉華;袁文靜;謝安建
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05
• 代理公司: 安徽深藍(lán)律師事務(wù)所 34133
• 代理人: 汪鋒

本發(fā)明公開了一種利用燃燒反應(yīng)合成氮摻雜多孔碳材料的制備方法，以常見的蔗糖、小蘇打和無水乙醇為原料，采用新穎的燃燒法來構(gòu)筑多孔碳泡沫，結(jié)合在氨氣氛圍下的高溫?zé)峤夥磻?yīng)制備氮摻雜多孔碳。制備的產(chǎn)品具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積以及氮摻雜，具有廣闊的應(yīng)用前景，如燃料電池電催化劑、鋰離子電池和超級(jí)電容器等領(lǐng)域。另外，該方法同時(shí)具有簡單、低廉和可放大生成等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬碳材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用燃燒反應(yīng)合成氮摻雜多孔碳材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳元素以各種形態(tài)（如，微生物、動(dòng)植物以及含碳化合物等）廣泛分布于我們的周圍。其中多孔碳材料由于具有一些優(yōu)良屬性被研究人員所關(guān)注，重點(diǎn)應(yīng)用于電催化、鋰離子電池和超級(jí)電容器等領(lǐng)域。研究者們嘗試各種合成方法和技術(shù)來制備相應(yīng)的多孔碳材料以滿足其性能需求，如人們通過對多孔碳材料進(jìn)行氮摻雜來獲得氮摻雜的多孔碳，發(fā)現(xiàn)改性后的材料在催化氧還原性能方面有了很大提升。但是，這些制備方法往往伴隨著高壓、高溫等特定的反應(yīng)條件，昂貴的合成設(shè)備以及工藝的繁瑣等問題。因此，探索低廉、簡單和可擴(kuò)大生成工藝來制備氮摻雜多孔碳材料具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用燃燒反應(yīng)合成氮摻雜多孔碳材料的制備方法，以提升其氧還原催化性能，該氮摻雜多孔碳可作為燃料電池陰極電催化劑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用燃燒反應(yīng)合成氮摻雜多孔碳材料的制備方法，利用“燃燒反應(yīng)”和氨氣氛圍下的高溫?zé)峤夥磻?yīng)相結(jié)合制備而得；

包括以下步驟：

a)利用“燃燒反應(yīng)”，即點(diǎn)燃蔗糖、碳酸氫鈉和無水乙醇三者混合物獲得多孔碳泡沫；

b)將所述的多孔碳泡沫依次進(jìn)行水洗、酸洗和水洗以除去殘留的碳酸鈉和碳酸氫鈉；

c)將所述去除雜質(zhì)后的多孔碳泡沫進(jìn)行冷凍干燥處理得到干燥的多孔碳泡沫；

d)將所述干燥的多孔碳泡沫置于管式爐中，在氨氣氛圍下高溫?zé)峤獾玫降獡诫s多孔碳材料。

優(yōu)選的，步驟a) 中所述的“燃燒反應(yīng)”具體方案為：

首先，分別稱取和量取100 g 蔗糖，24 g 碳酸氫鈉和40 mL 無水乙醇置于250 mL 燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，將三者的混合物倒入100 mL 小燒杯中，用打火機(jī)將其點(diǎn)燃，一段時(shí)間后，多孔碳泡沫便會(huì)形成。

優(yōu)選的，步驟b) 中所述的水洗和酸洗分別是使用去離子水和鹽酸，所述鹽酸濃度為36.0-38.0 %。

優(yōu)選的，步驟c) 中所述的冷凍干燥時(shí)間為2天。

優(yōu)選的，步驟d) 中高溫?zé)峤獬绦驗(yàn)椋?/p>

以4-5℃/min 的升溫速率升溫至800-1000℃，恒溫2小時(shí)，然后以5-6℃/min 的降溫速率降至室溫，得到氮摻雜多孔碳材料；

所述的高溫?zé)峤獾牡礊榘睔猓髅鬄榇芍邸?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明以常見的蔗糖、小蘇打和無水乙醇為原料，采用新穎的燃燒法來構(gòu)筑多孔碳泡沫，結(jié)合在氨氣氛圍下的高溫?zé)峤夥磻?yīng)制備氮摻雜多孔碳。制備的產(chǎn)品具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積以及氮摻雜，并且在催化氧還原過程中其催化性能有了明顯提升，具有廣闊的應(yīng)用前景，如燃料電池電催化劑、鋰離子電池和超級(jí)電容器等領(lǐng)域。另外，該方法同時(shí)具有簡單、低廉和可放大生產(chǎn)等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮摻雜多孔碳材料的掃描電鏡圖片；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮摻雜多孔碳材料的X射線光電子能譜圖；