[發明專利]一種氮摻雜多孔碳納米片及其制備方法

有效

• 申請號: 201910081288.2
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109850871B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張建安;王苗苗;吳明元;吳慶云;楊建軍;劉久逸
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C08F292/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

1.一種氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述氮摻雜多孔碳納米片是采用聚丙烯腈嵌段聚合物接枝的氫氧化鋁納米片為模板制備而成的，包括以下步驟：

A、在氫氧化鋁納米片前驅體溶液中加入鹵化試劑，進行升溫反應后得到反應液，對反應液反復沉淀提純，得到鹵化氫氧化鋁納米片；所述鹵化試劑指的是分子結構中同時含有鹵素和羧基的化合物；所述鹵化試劑為α-氯代異丁酸，12-(2-溴代異丁酰氨基)十二烷酸，2-溴代異丁酸，α-溴代異戊酸，5-溴代戊酸，a-溴代己酸，7-溴-2-氧代庚酸中的至少一種；

B、將鹵化氫氧化鋁納米片溶解在極性有機溶劑中，加入丙烯腈單體、鹵化銅和有機配體，混合均勻，惰性氣氛下冷凍處理使極性有機溶劑變成固體后，加入鹵化亞銅，密封后升溫進行第一次SI-ATRP反應；然后再加入保護單體，進行第二次SI-ATRP反應，得到聚丙烯腈嵌段聚合物接枝的氫氧化鋁納米片；所述保護單體為丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、N－異丙基丙烯酰胺、乙烯吡咯烷酮、寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺中的一種；所述有機配體為4,4'-二壬基-2,2'-聯吡啶、2,2'-聯吡啶、三(2-吡啶基甲基)胺、三(2-二甲氨基乙基)胺或五甲基二乙烯三胺中的一種；

C、聚丙烯腈嵌段聚合物接枝的氫氧化鋁納米片經過預氧化、高溫碳化、洗去模板后，得到氮摻雜多孔碳納米片。

2.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟A中氫氧化鋁納米片前驅體溶液是將仲丁醇鋁和異丙醇鋁溶解在水中形成的。

3.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟A中，所述鹵化試劑占氫氧化鋁納米片前驅體溶液重量的2-20%。

4.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟A中的升溫反應的溫度為50-80℃，時間為2-5h。

5.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟B中極性有機溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、環丁砜或硝酸亞乙基酯中的一種；鹵化銅為氯化銅或溴化銅；鹵化亞銅為氯化亞銅或溴化亞銅。

6.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟B中鹵化氫氧化鋁納米片、丙烯腈單體、保護單體、鹵化銅、鹵化亞銅和有機配體的摩爾比為1 :（100-1000）:（100-1000）:（0.1-1.0）: （0.9-10）:（2-20）。

7.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟B中的第一次SI-ATRP反應的溫度為40-90 ℃，時間為5-48 h；第二次SI-ATRP反應的溫度為40-90 ℃，時間為5-48 h。

8.根據權利要求1所述的氮摻雜多孔碳納米片的制備方法，其特征在于：所述步驟C中的預氧化是在空氣氣氛中進行的，預氧化的溫度為250-300 ℃，時間為1-3 h；所述高溫碳化是在惰性氣氛下進行的，溫度為450-1000 ℃，時間為0.5-4 h；所述洗去模板采用的試劑為稀鹽酸。

9.一種如權利要求1-8任一所述的制備方法制得的氮摻雜多孔碳納米片，其特征在于：所述氮摻雜多孔碳納米片的氮含量為3-12%，所述氮摻雜多孔碳納米片的厚度為5-50 nm，長、寬為100-500 nm。