[发明专利]以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法

权利要求书

1.一种以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、模板金属有机骨架材料的合成：采用金属盐与有机配体的溶液混合反应，从而制得具有孔道结构的金属有机骨架材料，其中反应温度为60-220℃，金属盐与有机配体的反应比例为0.01-20∶1；

步骤2、金属有机骨架材料的预处理：将上述制得的金属有机骨架材料浸泡在溶剂中，室温下搅拌12-48h后，过滤除去溶剂；该浸泡、搅拌及过滤过程重复2-6次，之后将获得的产品于30-100℃下干燥10-24h；

步骤3、向金属有机骨架材料中引入炭源：将上述获得的产品抽真空加热到120-200℃，并保持此温度12-48h后，自然降至室温，再加入液态炭源，并停止抽真空，让炭源与金属有机骨架材料充分接触形成液态混合物并保持24-48h，过滤混合物，用有机溶剂洗涤后收集滤饼，将滤饼于30-120℃烘干8-12小时后，得到炭源填充于金属有机骨架材料孔道的复合物，滤液回收循环使用；

步骤4、炭源高温炭化：将上述得到的复合物放入管式炉中，在惰性气体的保护下，采用程序升温法进行炭化加热，使炭源聚合、炭化，在炭化过程中金属有机骨架材料结构中的有机基团也炭化增加含碳量并与金属模板发生相分离，从而复制金属有机骨架材料的孔道结构，得到活性炭与金属氧化物复合物；

步骤5、除去模板：向上述得到的活性炭与金属氧化物复合物中加入30-50ml的2-5mol/L的酸溶液，常温搅拌10-24h，使金属氧化物充分溶解，过滤后用体积为0.5∶1-3∶1的醇水混合物洗涤2-3次，自然晾干后得到高比表面积炭材料。

2.如权利要求1所述的以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，所述金属盐为铁盐、铜盐、钇盐、钒盐或锌盐，所述有机配体指具有配位官能团的配体，为羧酸类配体、含氮配体、含氨基配体或磷酸类配体。

3.如权利要求1所述的以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，所述金属有机骨架材料为Y(BTC)、Zn(BDC)、Zn(BTC)、Zn(BTB)、Cu₃(BTC)₂、Zn(C₃H₃N₂)₂·(Me₂NH)、Zn(C₇H₆N₂)₂·(H₂O)₃、Zn(C₄H₆N₂)₂·(DMF)·(H₂O)₃、FeIII(OH)·[O₂C-C6H₄-CO₂]·H₂O或VIII(OH)·[O₂C-C₆H₄-CO₂]·H₂O。

4.如权利要求1所述的以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，所述步骤2中的溶剂为低沸点易挥发的溶剂，为甲醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷或乙醚，其用量为金属有机骨架材料的2-10倍质量。

5.如权利要求1所述的以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，所述步骤3中炭源是指含碳量高的有机小分子或高分子化合物，为糠醇、蔗糖、聚苯乙烯或高分子树脂，其加入量为金属有机骨架材料的3-10质量；有机溶剂为均三甲苯、甲苯或均三异丙基苯。

6.如权利要求1所述的以金属有机骨架材料为模板制备高比表面积炭材料的方法，其特征在于，所述步骤4中的程序升温法是以1～5℃/min的升温速度从室温加热到70～90℃，并在70～90℃保持12～36小时，再以2～10℃/min的升温速度从70～90℃加热到150～180℃，在150～180℃的温度下保持24～36小时，再以2～10℃/min的升温速度从150～180℃加热到300～320℃，在300～320℃的温度下保持3～5小时，再以5～8℃/min的升温速度从300～320℃加热到600～1000℃，并保持4～7小时，之后自然冷却到室温。