[发明专利]ZIF基氮掺杂多孔碳材料及其制备方法

权利要求书

1.一种ZIF基氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）球形碳酸钙的合成：

分别配置氯化钙水溶液490 mL，碳酸钠水溶液490 mL，聚乙烯吡咯烷酮水溶液20 mL；在35℃温度条件下，三种溶液密封充分搅拌均匀；将聚乙烯吡咯烷酮溶液均匀分成两份，分别加入到CaCl₂溶液和Na₂CO₃溶液中，保持35℃水浴搅拌30 min使其充分搅拌均匀；将CaCl₂溶液快速倾倒入搅拌的Na₂CO₃溶液中，保持搅拌1 h，整个反应过程在恒温水浴中进行；将白色沉淀从母液中分离出来，所得产物经过滤，无水乙醇和蒸馏水反复洗涤后，放入80 ℃烘箱干燥5 h，研磨后收集样品；

（2）CaCO₃@PDA复合材料的制备：

分别配制多巴胺盐水溶液100-200 mL，球形碳酸钙悬浊液50-100 mL，在充分搅拌后，将多巴胺盐溶液倒入球形碳酸钙悬浊液中，在搅拌转速150-300 r·min^-1的条件下反应15分钟，将配制好的碱性溶液加入到上述多巴胺盐混合溶液中；保持反应温度与转速不变，反应20h；将反应后浆液进行抽滤，用去离子水与乙醇洗涤，在80 ℃条件下真空干燥5h，制得CaCO₃@PDA前驱体材料；

（3）含氮前驱体CaCO₃@PDA@ZIF-8的制备

分别配置浓度为3 g·L^-1 CaCO₃@PDA的甲醇溶液80 mL，浓度为4 g·L^-1二甲基咪唑的甲醇溶液80-150 mL；添加0.1-0.5 g六水合硝酸锌晶体至CaCO₃@PDA溶液中，室温搅拌1h；取0.3 mL三乙胺加至二甲基咪唑溶液中，室温搅拌30分钟；将混合均匀的二甲基咪唑溶液逐滴加入到CaCO₃@PDA溶液中，室温下以550 r·min^-1条件搅拌1h；将反应后的浆液进行抽滤，用乙醇洗涤，在80 ℃下真空干燥5h，制得CaCO₃@PDA@ZIF-8复合材料；

（4）ZIF基氮掺杂多孔碳材料S-NGPC-ZIF-8的制备

称取CaCO₃@PDA @ZIF-8样品置于管式炉中，在氮气保护下，进行700-900℃高温碳化，获得中间产物 CaO@S-NGPC-ZIF-8，水洗、干燥，获得ZIF基氮掺杂多孔碳材料S-NGPC-ZIF-8；

高温碳化程序包括以下步骤：

（1）升温过程：以2-10 ℃·min^-1的速度将CaCO₃@PDA@ZIF-8样品从室温升至700-900℃；

（2）恒温过程：将CaCO₃@PDA@ZIF-8样品在700-900℃保持1 ~3 h；

（3）降温过程：将前驱体从700-900℃自然冷却至室温；

水洗程序包括以下步骤：

（1）中间产物 CaO@S-NGPC-ZIF-8配置成1 g·L^-1水溶液，搅拌30 min，溶液通过有机滤膜进行抽滤；

（2）将抽滤产物溶于去离子水中，加入浓度为0.1 mol·L^-1盐酸溶液，搅拌6 h，用水洗涤溶液至中性；

（3）加入甲醇于中性溶液溶中，搅拌1 h，用甲醇反复洗涤抽滤。

2.根据权利要求1所述的ZIF基氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述氯化钙水溶液的浓度为0.4 mol·L^-1。

3.根据权利要求1所述的ZIF基氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述碳酸钠水溶液的浓度为0.4 mol·L^-1。

4.根据权利要求1所述的ZIF基氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为2 g·L^-1。