[發明專利]一種氮摻雜多孔類石墨碳納米片及其制備和電催化應用

在審

• 申請號: 201910058107.4
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109678146A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 張林杰;魯康龍;王瑞虎
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;H01M4/96;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氮摻雜多孔類石墨碳納米片，其特征在于，所述碳納米片是以錳的氧化物納米片為模板、金屬有機框架材料為碳源制得；所述氮摻雜碳納米片為薄片狀形貌，孔體積大且富含介孔，整體呈高度石墨化。

2.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔類石墨碳納米片，其特征在于，所述碳納米片橫向大小為0.5～2μm，厚度為2～20nm。

3.根據權利要求1所述碳納米片的氮摻雜量為原子百分含量5％～10％；所述碳納米片的比表面積為300～1600m²g^-1，總孔體積大小為1.2～1.8cm³g^-1，介孔占比80％以上。

4.如權利要求1～3任一項所述的氮摻雜多孔類石墨碳納米片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)錳的氧化物納米片模板與金屬有機框架材料復合形成的三明治夾層結構前驅材料的制備；

2)將步驟1)中得到的三明治夾層結構前驅材料于常壓、設定溫度及無水無氧氣氛下熱解，然后于室溫下酸洗處理5～12小時以除去無機模板，得到類石墨碳納米片；

3)將步驟2)中得到的類石墨碳納米片與氮源均勻混合后再次在設定溫度及無水無氧氣氛下退火，即得到氮摻雜多孔類石墨碳納米片。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述錳的氧化物包括MnO，MnO₂，Mn₂O₃和Mn₃O₄；優選地，所述錳的氧化物納米片模板為MnO₂。

6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述金屬有機框架材料的結構類型包括ZIF-8，ZIF-9，ZIF-67，ZIF-68，ZIF-69，ZIF-70，MOF-5，MOF-74，HKUST-1，UiO-66，UiO-67，MIL-53，MIL-88，MIL-100，MIL-101，MIL-125及上述結構的羥基，氨基，醛基、羧基、甲基，巰基和磺酸基功能化衍生結構。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述制備是指利用靜電相互作用力吸附在錳氧化物納米片模板表面的金屬離子和有機配體通過室溫攪拌，機械研磨，水熱，溶劑熱，微波輻射，超聲處理的反應途徑在錳的氧化物納米片模板表面原位自組裝生成金屬有機框架材料，反應溫度為30～200℃，反應時間為0.5～24小時；優選地，所述反應途徑為室溫合成及溶劑熱。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述錳的氧化物納米片模板與金屬離子的用料質量比為1:1～1:10；所述有機配體與金屬離子的用料摩爾量比為2:1～48:1。

9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述酸包括硫酸，硝酸，鹽酸，磷酸，硼酸，高氯酸，氫氟酸，氫溴酸，氫碘酸及上述酸兩種或多種的混合酸。

10.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2)和3)中，所述熱解及退火在無水無氧氣氛中進行，包括氮氣，氬氣，氨氣，氫氣，甲烷，乙烯，硫化氫氣氛及上述氣體兩種或多種的混合氣氛；所述熱解及退火溫度為600～1200℃；優選地，所述熱解及退火溫度為950℃。

11.根據權利要求4所述的的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述氮源包括氨水，尿素，縮二脲，硫脲，乙腈，甲酰胺，乙二胺，三乙胺，乙二胺四乙酸，六亞甲基四胺，氮化碳，單氰胺，雙氰胺，三聚氰胺，吡啶，嘧啶，吡嗪，三嗪，吡咯，咪唑，三氮唑，苯胺，多巴胺，氨基酸及上述物質的衍生物及同系物；所述氮源與類石墨碳納米片的用料質量比為5:1～20:1。

12.根據權利要求1～3所述的氮摻雜多孔類石墨碳納米片作為電催化氧氣還原反應的無金屬型電催化劑的用途。