[發(fā)明專利]自支撐二維介孔納米材料的可控制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110753221.6
• 申請(qǐng)日: 2021-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN113353917B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹永琦;王夢(mèng)琪;陳妍;李爽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15;C01B32/184;B01J21/18;B01J27/24;B01J31/06;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B21/082
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 李紅媛

自支撐二維介孔納米材料的可控制備方法，它屬于材料結(jié)構(gòu)調(diào)控領(lǐng)域。它要解決現(xiàn)有構(gòu)筑二維的三明治結(jié)構(gòu)介孔材料的過(guò)程中存在反應(yīng)條件劇烈、產(chǎn)品比表面積小和活性位點(diǎn)少的問題。方法：制備二維納米結(jié)構(gòu)材料；制備F127?resol；制備二維F127?resol/MOF、石墨烯或gC₃N₄復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明可有效阻止二維材料的層間團(tuán)聚，提高了離子的可接觸比表面積和催化活性位點(diǎn)，并且促進(jìn)了離子在夾層空間的擴(kuò)散，具有導(dǎo)電性好、活性位點(diǎn)暴露充分等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明合成條件簡(jiǎn)單溫和，并不需要引入氫氟酸等強(qiáng)腐蝕性或者毒性的材料來(lái)取出模板獲得介孔，反應(yīng)實(shí)施難度小、環(huán)境友好。本發(fā)明所得材料作為碳基電催化劑使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料結(jié)構(gòu)調(diào)控領(lǐng)域，具體涉及自支撐二維介孔納米材料的可控制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，具有二維(2D)形貌的納米結(jié)構(gòu)，例如石墨烯基納米片、金屬有機(jī)框架(metal organic frameworks,MOFs)納米片或納米板、二維石墨相氮化碳g-C₃N₄等材料由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電學(xué)、光學(xué)特性而受到廣泛的關(guān)注。其中，二維MOF材料，具有較大的表面積、豐富的骨架組成，其開放式的結(jié)構(gòu)提供了更多的活性位點(diǎn)，加速內(nèi)部離子吸附、擴(kuò)散、分離和輸運(yùn)等相互作用過(guò)程，因此在能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)二維材料不可避免的會(huì)發(fā)生自堆積，導(dǎo)致比表面積低、導(dǎo)電性差，輸運(yùn)離子接觸的催化位點(diǎn)減少，阻礙離子擴(kuò)散，導(dǎo)致二維納米材料的優(yōu)異性能尚未得到充分利用。因此，需要一種有效的調(diào)控二維納米片結(jié)構(gòu)工程策略，使其基本特性得到最大程度的保留。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，一些研究者采用硬模板或者軟模板的方法來(lái)構(gòu)筑二維的三明治結(jié)構(gòu)介孔材料，但是，例如采用石墨烯基二氧化硅納米球構(gòu)筑的介孔碳催化劑，在去除二氧化硅時(shí)需要采用強(qiáng)腐蝕性氫氟酸。因此，尋求研發(fā)一種反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好的二維復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔能源材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有構(gòu)筑二維的三明治結(jié)構(gòu)介孔材料的過(guò)程中存在反應(yīng)條件劇烈、產(chǎn)品比表面積小和活性位點(diǎn)少的問題，而提供自支撐二維介孔納米材料的可控制備方法。

自支撐二維介孔納米材料的可控制備方法，它按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

一、MOF納米板的制備：

將0.98mg的表面活性劑溶于5mL的去離子水中，然后加入1.06g的2-甲基咪唑，超聲至完全溶解，得混合溶液；將0.3g的金屬鹽溶于5mL的去離子水中，然后與混合溶液進(jìn)行混合反應(yīng)，磁力攪拌15～30s后靜置2～6h，經(jīng)去離子水離心洗滌后，獲得MOF納米板；

二、F127-resol的制備：

取0.6g苯酚在50℃下攪拌至融化，逐滴加入0.1M的氫氧化鈉溶液15mL，攪拌至溫度穩(wěn)定在70℃，在逐滴加入2.1ml的37wt％甲醛溶液并攪拌30min，然后加入15mL的0.96g的F127溶液，保持溫度穩(wěn)定在66℃，攪拌2h后加入50mL去離子水，保持溫度在70℃，攪拌12～16h后取出，獲得F127-resol(即嵌段共聚物-酚醛樹脂)；

三、二維F127-resol/MOF復(fù)合結(jié)構(gòu)納米板的制備：

將上述Resol-F127和MOF納米板混合并加入去離子水定容在35mL，置于反應(yīng)釜中混合攪拌30min，靜置12h后在100～130℃下水熱反應(yīng)22～24h，然后分別用離子水和無(wú)水乙醇進(jìn)行離心洗滌，洗滌后冷凍干燥12h，獲得二維F127-resol/MOF復(fù)合結(jié)構(gòu)納米板；

四、自支撐二維介孔納米材料的制備：

將二維F127-resol/MOF復(fù)合結(jié)構(gòu)納米板置于瓷舟中，然后放在管式爐中，在氮?dú)夥諊拢郎刂?50℃恒溫1h，再升溫至900℃恒溫3h，然后隨爐冷卻，即完成自支撐二維介孔納米材料的可控制備。