[发明专利]一种炭凝胶催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种炭凝胶催化剂，其特征在于：

以含氮的芳香族化合物和醛为反应前驱体，反应单体经碱催化发生加成和缩聚反应的同时添加金属元素，制得掺杂金属的水凝胶，然后经干燥、高温裂解，最终得到金属掺杂的含氮炭凝胶纳米炭材料。

2.按照权利要求1所述炭凝胶催化剂，其特征在于：制得掺杂金属的水凝胶，经干燥、高温裂解后，还需要进行二次氮化，最终得到金属掺杂的含氮炭凝胶纳米炭材料。

3.按照权利要求1或2所述炭凝胶催化剂，其特征在于：

其制备过程为：

(1).将含氮芳香族化合物与溶剂按物质的量比为1∶0～1的比例混合，室温～95℃搅拌，使其充分溶解，形成透明溶液A；

(2).向溶液A中加入醛溶液，继续搅拌，使之形成均匀的溶液B，其中含氮芳香族化合物与醛的物质的量比为1∶1～6；

(3).向溶液B中滴加碱液，调PH为7～12，形成溶液C；

(4).向溶液C中加入金属盐溶液，继续搅拌，形成透明溶液，在室温～95℃环境中持续搅拌直至反应形成凝胶D；

(5).将凝胶D干燥老化处理后粉碎，得到固体粉末E；

(6).将固体粉末E于500～1200℃惰性气体保护条件下炭化处理至少1小时，得到固体粉末F。

4.按照权利要求3所述炭凝胶催化剂，其特征在于：其制备过程还包括步骤(7)将固体粉末F在600～1200℃氮化气氛下氮化处理至少1小时后得到固体粉末G。

5.按照权利要求1或2所述炭凝胶催化剂，其特征在于：

含氮芳香族化合物为芳环上含1～3氮原子的五元或六元芳环化合物或它们被-NR₁R₂取代的衍生物，其中R₁，R₂分别选自H-、-CH₂OH或-SO₃H中一种。

6.按照权利要求5所述炭凝胶催化剂，其特征在于：

最佳的含氮芳香族化合物为式(1)所示化合物：

式(1)中，R₁，R₂分别选自-H、-CH₂OH或-SO₃H中一种。

7.一种权利要求1所述炭凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：以含氮的芳香族化合物和醛为反应前驱体，反应单体经碱催化发生加成和缩聚反应的同时添加金属元素，制得掺杂金属的水凝胶，然后经干燥、高温裂解，最终得到金属掺杂的含氮炭凝胶纳米炭材料；

其制备过程为：

(1).将含氮芳香族化合物与溶剂按物质的量比为1∶0～1的比例混合，室温～95℃搅拌，使其充分溶解，形成透明溶液A；

(2).向溶液A中加入醛溶液，继续搅拌，使之形成均匀的溶液B，其中含氮芳香族化合物与醛的物质的量比为1∶1～6；

(3).向溶液B中滴加碱液，调PH为7～12，形成溶液C；

(4).向溶液C中加入金属盐溶液，继续搅拌，形成透明溶液，在室温～95℃环境中持续搅拌直至反应形成凝胶D；

(5).将凝胶D干燥老化处理1～7天，取出后粉碎，得到固体粉末E；

(6).将固体粉末E于500～1200℃惰性气体保护条件下炭化化处理至少1小时，得到固体粉末F。

8.按照权利要求7所述的制备方法，其特征在于：制得掺杂金属的水凝胶，经干燥、高温裂解后，还需要进行二次氮化，最终得到金属掺杂的含氮炭凝胶纳米炭材料；

即其制备过程还包括步骤(7)将固体粉末F在600～1200℃氮化气氛下氮化处理至少1小时后得到固体粉末G。