[发明专利]一步法制备含镍有序介孔碳材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔材料技术，具体地说是一步法制备含镍有序介孔碳的方法。

技术背景

由于有序介孔碳材料具有孔径均一、比表面积大和孔体积大的特性，使得介孔碳材料在吸附、分离、催化剂载体、电子器材等技术领域有着广阔的应用。现有技术将活性金属引入到有序介孔碳材料，采用后合成法制备含活性金属的有序介孔碳材料：先以介孔硅材料为模板制得介孔碳材料，然后通过浸渍、吸附或离子交换将活性金属引入到介孔碳材料中。这种方法的缺点是：制备工艺复杂、过程繁琐、时间长、制备成本高；同时引入的活性金属分散度差、含量低，在高温条件下容易团聚等。现有制备金属有序介孔碳材料方法的缺点，限制了有序介孔碳材料的应用。因此发明一种工艺简单、制备成本低、活性金属含量高、分散度好的一步法制备含镍有序介孔碳材料的方法是必要的。

本发明采用一步合成法在合成介孔碳材料的过程中引入金属源，使活性金属很好的分布与固定在介孔碳材料中。本发明利用含镍的金属源、甲阶酚醛树脂，与表面活性剂进行溶剂挥发自组装合成含氧化镍的介孔碳，再通过还原得到了含镍的介孔碳材料。这种含镍的介孔碳材料具有高度有序的介观结构，大比表面积，均一的孔径分布，而且金属镍的含量高。经广泛检索专利文献和查阅国内外公开出版物，均未见有与本发明技术方案完全相同的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、制备成本低；活性金属含量高、分散度好的一步法制备含镍有序介孔碳材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种一步法制备含镍有序介孔碳材料的方法，步骤如下：

(1)将非离子表面活性剂和六水合硝酸镍溶解于有机溶剂中，镍源与非离子表面活性剂摩尔比为1～20；温度20～40℃，时间30～120分钟；

(2)向步骤(1)产物中加入甲阶酚醛树脂，搅拌，温度20～40℃，时间10～60分钟；

(3)将步骤(2)产物40～100℃条件下低温热固12～36小时；

(4)将步骤(3)产物在氮气气氛下350℃焙烧5小时，升温速率1℃/min，除去表面活性剂；

(5)去除表面活性剂后在惰性气氛中进行高温碳化，碳化温度350-900℃，升温速率为1-5℃/分钟，惰性气体为氮气或氩气

(6)将步骤(5)产物在氢气与氮气的混合气体中还原，温度350～900℃，优选为200～500℃；升温速率1～5℃/分钟；还原时间120-300分钟，制得含镍有序介孔碳材料。

步骤(1)中非离子表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷嵌段共聚物或烷烃-聚环氧乙烷二嵌段共聚物表面活性剂，通式为C_aH_2a+1EO_b、EO_cPO_dEO_c，其中a数值范围为10～18，b为5～25，c为5～135，d为25～135。

步骤(1)中有机溶剂为C1-C4的醇类、苯、甲苯、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷或乙醚。

本发明制备的含镍有序介孔碳材料，金属Ni含量为1～20wt％，比表面积为400～700m²/g，孔容为0.30～0.60cm³/g，孔径为3.0～6.0nm，二维六方的介观结构。

本发明的要点是利用有机溶剂的挥发诱导自组装的方法，将碳源与镍源引入表面活性剂自组装体系，通过碳化与还原，制备高度有序、孔径均一、大比表面积的含镍有序介孔碳材料。

本发明方法，首先将非离子表面活性剂与六水合硝酸镍溶解于有机溶剂中，待其完全溶解后，再加入碳源甲阶酚醛树脂，分子量为300～500。搅拌并使溶剂挥发诱导自组装；待溶剂挥发完全后，低温固化，所得固体产物经由溶液回流萃取或惰性气氛下高温焙烧除去非离子表面活性剂，再经氢气或氮气还原处理即得到高度有序的含镍介孔碳材料。

本发明使用的有机溶剂选自醇类，如甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇；苯类，如苯和甲苯；乙醚，四氢呋喃，氯仿或者二氯甲烷中的一种或几种，优选为四氢呋喃、乙醇或乙醚。

本发明中，镍源与非离子表面活性剂的摩尔比为1-20，优选为1-8。反应温度为20-40℃；反应时间优选为30-120分钟，也可以为10分钟-10天。