[發明專利]多孔富氮碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011518725.1
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112624106B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 王金棒;賈楠;艾繼濤;邱紀青;劉亞麗;汪志波;鄭路;張仕華;洪群業
• 申請（專利權）人: 中國煙草總公司鄭州煙草研究院
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/324;C01B32/342;C01B32/348;C01B32/378
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 王莉

1.一種多孔富氮碳材料的制備方法，包括：

預處理 對富氮草本材料進行清洗、烘干、粉碎處理，獲得草本顆粒材料；提供一活化溶液，該活化溶液中包括質量分數為1%～20%的活化劑和0.1～2 mol/L的偶聯試劑；

活化 先將所述草本顆粒材料浸漬于所述活化溶液中，使所述草本顆粒材料負載所述活化劑和所述偶聯試劑；再進行干燥處理得到草本活化材料；

浸漬 先將無機層前驅體溶液滴加到所述草本活化材料中，然后于30℃～100℃干燥，獲得無機包覆富氮草本材料，該無機包覆富氮草本材料包括所述草本活化材料和包覆在所述草本活化材料表面的無機凝膠層；

碳化 對所述無機包覆富氮草本材料進行碳化處理，制得無機包覆富氮多孔復合材料，該無機包覆富氮多孔復合材料包括富氮多孔碳顆粒和包裹所述富氮多孔碳顆粒的無機層；

凈化 對所述無機包覆富氮多孔復合材料進行凈化處理，去除所述無機層，洗滌、干燥后，即得到多孔富氮碳材料。

2.根據權利要求1所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，在所述活化的步驟中，所述活化劑和所述偶聯試劑在所述草本顆粒材料上的總負載量為所述草本顆粒材料質量的0.5%～20%。

3.根據權利要求2所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述活化劑為ZnCl₂、H₃PO₄或MnO₂。

4.根據權利要求2所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，偶聯試劑為CuI、CuBr、CuOTf、InCl₃、FeCl₂、Pd(OAc)₂、PdCl₂或其任意組合。

5.根據權利要求1～4任一項所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述浸漬的步驟包括：將所述無機層前驅體溶液滴加到所述草本活化材料，直至所述無機層前驅體溶液正好浸沒所述草本活化材料的表面，靜置老化，在所述草本活化材料的表面形成包覆層，然后在30℃～100℃進行干燥處理，制得所述無機包覆富氮草本材料，其中，所述無機層前驅體溶液的體積濃度為5%～10%。

6. 根據權利要求5所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述無機凝膠層的厚度為3～100 nm。

7.根據權利要求6所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述無機凝膠層為二氧化硅凝膠層，所述無機層為二氧化硅層。

8.根據權利要求7所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述無機層前驅體溶液為SiCl₄的乙醚溶液、有機硅烷的乙醇溶液或水玻璃。

9. 根據權利要求8所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述碳化的步驟包括：將所述無機包覆富氮草本材料轉移至容器中，升溫至550～900℃，并維持30 min～5h，得所述無機包覆富氮多孔復合材料。

10.根據權利要求9所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述凈化的步驟包括：采用體積分數5%～40%的HF酸清洗所述無機包覆富氮多孔復合材料，以去除所述無機層和殘留的所述活化劑，然后用去離子水反復洗滌至中性、干燥，即得所述多孔富氮碳材料。

11.根據權利要求1所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述預處理的步驟包括：先將所述富氮草本材料洗凈，再在50℃～120℃烘干至含水率在10%以下，然后進行粉粹處理得到所述草本顆粒材料。

12.根據權利要求11所述的多孔富氮碳材料的制備方法，其特征在于，所述富氮草本材料為豆類植物秸稈、豆類種子、豆類下腳料、咖啡、燕麥、海藻類或煙草材料。