[發明專利]一種基于鐵鹽催化石墨化氮摻雜碳納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810895514.6
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN109110753B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 袁叢輝;武彤;戴李宗;毛杰;李雅纓;柳君;蔡其鵬;黃俊文;陳國榮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;B82Y30/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳丹艷

本發明公開了一種基于鐵鹽催化石墨化氮摻雜碳納米材料的制備方法，將具有鄰苯二酚基團的單體與能電離出Fe³⁺的鐵鹽混合反應，借助鄰苯二酚與Fe³⁺間的配位作用制備聚合物交聯網絡，再以高溫煅燒的方式碳化，此過程中Fe³⁺催化聚合物形成高度石墨化的碳層，被還原成鐵單質或鐵的化合物并負載在碳層上，在利用酸處理碳載體上負載的鐵單質及其化合物后，即得到石墨化氮摻雜碳納米材料。本方法反應過程簡單，條件溫和；既將鐵鹽作為構筑交聯網絡的配體使用，又將鐵鹽作為催化劑使用；制備出的高度石墨化的氮摻雜碳納米材料不僅有異質元素氮的摻雜，還主要由石墨化的碳層組成，在碳納米材料的負載和催化性能等方面展現出潛在優勢。

技術領域

本發明屬于雜化納米材料領域，特別涉及了一種基于鐵鹽催化石墨化氮摻雜碳納米材料的制備方法。

背景技術

碳材料具有高比表面、高比強度、高比模量、化學穩定、導電導熱、價格低廉、來源豐富等一系列綜合性質，是優異的功能化復合材料基元。其中碳材料的性能在很大程度上與其自身的結晶度、物理結構和表面性質有關，有序結構的石墨化碳材料在負載、催化等方面相較于無定形碳有很大的提升。經研究表明，碳材料在高溫下可以由無序結構向有序結構轉變，而在此過程中添加一些輔助劑可以有效地降低此轉變溫度，即為碳材料的催化石墨化。因此，碳材料的石墨化研究，尤其是催化石墨化轉變是國內外碳材料研究的重點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種基于鐵鹽催化石墨化氮摻雜碳納米材料的制備方法，解決了上述背景技術中的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種基于鐵鹽催化石墨化氮摻雜碳納米材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備聚合物交聯網絡：

將含鄰苯二酚基團單體與鐵鹽以1:0.2～5的比例溶于醇或超純水中，在20～30℃下以200～600rpm的速度攪拌反應0.5～1.5h，得到黑色渾濁溶液；將所得黑色渾濁溶液逐滴滴入沉淀中，沉淀后進行離心分離得到黑色固體，用醇離心洗滌3～5次，經真空干燥得到聚合物交聯網絡；

(2)碳化：

將聚合物交聯網絡以1℃/min的速度升溫至380～420℃，恒溫2h，再以1℃/min的速度升溫至780～820℃，恒溫2h，隨后冷卻至室溫，得到黑色粉末即為負載鐵的石墨化碳層；

(3)酸處理：

將黑色粉末分散在1M的酸溶液中，于100～120℃下回流，以200～600rpm的速度攪拌反應6h，離心洗滌5～7次，在真空干燥箱里以60℃處理24h后即得到石墨化氮摻雜碳納米材料。

在本發明一較佳實施例中，所述含鄰苯二酚基團單體制備步驟為：將多氨基化合物及3,4-二羥基苯甲醛按照摩爾比1:2～4的比例溶于醇中，在10～50℃、避光、攪拌速率200～600rpm的條件下攪拌反應12～48h，得到含鄰苯二酚基團單體。

在本發明一較佳實施例中，所述多氨基化合物為乙二胺、對苯二胺、2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、三(2-氨基乙基)胺、三(4-氨基苯基)胺、5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉中的任一種。

在本發明一較佳實施例中，所述鐵鹽包括三氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、焦磷酸鐵、乙酰丙酮鐵、檸檬酸鐵、草酸鐵中的任一種。

在本發明一較佳實施例中，所述沉淀劑為正己烷、乙酸乙酯、乙醚、石油醚中的任一種。

在本發明一較佳實施例中，所述醇為甲醇或乙醇。

在本發明一較佳實施例中，所述惰性氣氛為氬氣或氮氣。

在本發明一較佳實施例中，所述酸溶液包括鹽酸。