[發(fā)明專利]多級孔Co-N-C復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110050435.7
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112892570B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳鳳鳳;袁勝榮;陳凱;馬小敏;高俊闊
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C07C45/38;C07C47/54
• 代理公司: 南昌賢達專利代理事務(wù)所(普通合伙) 36136
• 代理人: 金一嫻

本發(fā)明涉及多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了多級孔Co?N?C復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。其中，制備方法包括：S1、將有機配體2?甲基咪唑加入溶劑中并使其溶解，得到有機配體溶液；將Zn(NO₃)₂·6H₂O和含Co離子液體加入溶劑中并使其溶解，得到金屬鹽溶液；S2、將所得金屬鹽溶液與有機配體溶液混合，進行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻、過濾、洗滌、干燥，得到含Co離子液體@ZIF?8材料；S3、將所得含Co離子液體@ZIF?8材料置于惰性氣氛中煅燒，得到多級孔Co?N?C復(fù)合材料。本發(fā)明具有更分散的Co納米粒子、介孔結(jié)構(gòu)和孔徑可調(diào)的優(yōu)點，具有很好的實際應(yīng)用價值。本發(fā)明的制備方法，操作簡單快捷，綠色環(huán)保，成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多級孔Co-N-C復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

金屬-有機骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一類由有機配體和金屬離子通過配位鍵自組裝形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料，其孔隙率高、穩(wěn)定性強且結(jié)構(gòu)可調(diào)，使其在催化、藥物運輸和氣體儲存等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用。MOFs材料經(jīng)熱解可制備具有良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的多孔過渡金屬-碳復(fù)合材料，這類衍生材料在催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)，在MOFs的自組裝過程中引入功能化的離子液體，能夠一定程度上調(diào)控所得材料中的形貌和孔結(jié)構(gòu)，達到提升催化劑活性、穩(wěn)定性的目的。

目前面臨的主要問題之一是：現(xiàn)階段研究的ZIF系列材料為模板在高溫條件(800℃)下進行熱解，一定程度上實現(xiàn)了對所得復(fù)合材料中碳載體宏觀形貌的調(diào)控，但對其孔尺寸的調(diào)節(jié)作用較弱，所得材料依然以微孔結(jié)構(gòu)為主，以及制備得到的材料金屬納米顆粒的團聚極其嚴(yán)重，極大地限制了此類MOFs衍生材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。這是材料工作者面臨的一大難題，也是社會發(fā)展需求向MOFs材料領(lǐng)域提出的更高要求。

目前將離子液體引入到多孔材料制備過程的相關(guān)研究尚在初始階段。例如：Li等人利用SBA-15做為犧牲載體，成功利用[FeN][NTf₂]和[MCNIm][N(CN)₂]制備了介孔Fe-N-C材料，通過限域熱解、模板去除的方法制備的Fe-N-C材料具有十分有序的介孔結(jié)構(gòu)，并且將其應(yīng)用于電化學(xué)氧還原反應(yīng)中，結(jié)果表明該材料的性能要優(yōu)于20wt％Pt/C[Zelong Li,Guanglan Li,Luhua Jiang,Jinlei Li,Gongquan Sun,Chungu Xia,Fuwei Li.IonicLiquids as Precursors for Efficient Mesoporous Iron-Nitrogen-Doped OxygenReduction Electrocatalysts,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,1494-1498]。Li等人通過后修飾策略將[Bmim][AuCl₄]限域到ZIF-8孔道中，進而熱解制備得到了Au/CN_x材料，由于ZIF-8的孔道限域作用，最后制備得到的Au納米粒子的平均粒徑為3nm左右，并且呈現(xiàn)了良好的分散度，以苯甲醇的氧化反應(yīng)為模型實驗，系統(tǒng)研究了Au/CN_x在該反應(yīng)中的性能，并探究了其氧化活性高的原因是由于材料中的Au納米粒子與碳材料中的N元素存在較強的相互作用，使得Au活化氧氣的能力得以提高[Fengfeng Chen,Qingwen Lu,Ting Fan,Ruiqi Fang,Yingwei Li.Ionic liquid[Bmim][AuCl₄]encapsulated in ZIF-8as precursors tosynthesize N-decorated Au catalysts for selective aerobic oxidation ofalcohols.Catal Today,2020,351,94-102.]。然而，現(xiàn)有的文獻報道都是直接通過后修飾合成策略將離子液體引入到多孔材料的孔道，進而熱解制備多孔材料，進一步使得制備過程極其繁瑣，限制了此類材料的工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容