[發明專利]一種金屬氮化物＠含氮介孔碳納米碳球及其制備方法

有效

• 申請號: 201910924815.1
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110562958B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 魯墨弘;張朋;柴恭璞;沈栩鋮;王東磊;向方遠;李明時;張偉
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;C01B21/06;B82Y30/00;B01J27/24
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于有機合成技術領域。具體涉及一種金屬氮化物＠含氮介孔碳納米碳球及其制備方法。本發明涉及的金屬氮化物＠含氮介孔碳催化材料是由含氮介孔碳包裹的金屬氮化物組成的花狀氮化物納米碳球。所涉及金屬為Ni，Co，Fe，W等。含氮介孔碳包裹的作用有利于金屬氮化物的高度分散，在提高金屬氮化物含量的同時還可以使金屬氮化物的顆粒大小保持在1nm左右。本發明的制備方法簡單，金屬氮化物分布均勻，具有很高的分散度和穩定性，且催化材料壽命長，具有很好的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于有機合成技術領域，具體涉及一種金屬氮化物＠含氮介孔碳納米碳球及其制備方法。

背景技術

納米碳材料存在多種形貌，如膜、單片、棒、纖維、單晶和球等。而不同形貌的納米碳材料有不同的應用。例如：粒徑均一的球形碳材料可以應用到色譜中；具有較好界面效應的碳薄膜或透明的碳單片可以應用到傳感器和分離應用中；質地均勻、體積密度大、強度高的整體塊狀碳可以做光學和電化學應用。

在不同形貌的多孔碳材料中，球形納米碳材料因其豐富的孔隙結構、較大的比表面積和孔體積、開放的孔道結構、可調節的直徑及特殊的球形形貌等特征，一躍成為形貌研究中最受關注的熱點之一。由于球形納米碳材料的應用價值離不開它優越的物理、化學性能，如良好的電導率、熱導率以及優越的化學穩定性、吸附性等。因此，為了更好發揮球形納米碳材料的最優特性和高效應用，研究人員從材料的化學性質、孔隙結構等方面入手，通過不斷的改進優化已有的制備方法和探索并提出新的合成手段，人們已經在球形納米碳材料的制備技術方面有了明顯的發展。但是現有的球形納米碳材料的制備方法還比較單一，制備的納米碳球比面積比較小，不易負載活性組分。

金屬氮化物，被認為是一種金屬間充型化合物，它是由N原子、C原子插入到金屬晶格中形成的。當這些原子插入到金屬晶格中形成化合物時，金屬晶格會發生擴伸，金屬原子間距和晶胞常數會相對變大，而金屬原子間的相互作用力會變小，這會使金屬原子d帶發生收縮修飾和Fermi能級附近價電子密度發生重新排列，從而導致價電子數增加，結構發生變化。這種金屬間充型化合物使得這類化合物具有獨特的物理和化學特性。它擁有比純金屬更高的硬度，和熱穩定性。

現有技術中納米碳負載金屬氮化物的方法主要為浸漬法，但是浸漬法制備的金屬氮化物，比表面積低，負載量嚴重不足，活性中心顆粒大小無法達到理想的狀態。

發明內容

本發明提供了一種新型的金屬氮化物＠含氮介孔碳納米碳球的制備方法。成功的制備出了花瓣狀的納米碳球，活性中心均勻的分布在碳球的花瓣上，提高了納米碳球的比表面積，極大地提高了負載量。

本發明采用以下技術方案：采用一步合成的方法原位制備金屬氮化物＠含氮介孔碳納米碳球，具體制備方法步驟如下：

(1)、按照體積比量取乙醇和水，得到乙醇水溶液，并將F127溶于其中，以300～1000r/min的轉速攪拌后加入多巴胺，再經300～1000r/min的固定轉速攪拌后，得到a溶液待用；

(2)、稱取金屬鹽溶于濃鹽酸中，得到b溶液待用；

(3)、將b溶液逐滴加入a溶液中，以300～1000r/min轉速攪拌后滴加均三甲苯，得到c溶液，再次攪拌；

(4)、向攪拌好的c溶液中緩慢滴加(每秒一到兩滴)濃氨水溶液，得到d溶液，再次持續攪拌反應(轉速為300～1000r/min)；

(5)、將反應后的d溶液離心洗滌，進行烘干、還原。

其中，步驟(1)乙醇水溶液中乙醇和水的體積比為0.5～1.5，F127在乙醇水溶液中的濃度為0.8～1.2g/L，第一次攪拌的時間為0.5～2h，多巴胺的用量為F127質量的1/3～2/3，繼續攪拌的時間在2h以上。

步驟(2)中金屬鹽為硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鐵、鎢酸銨等，金屬鹽的物質的量是步驟(1)多巴胺物質量的5％～75％，濃鹽酸的用量是金屬鹽質量的30～50％。