[发明专利]高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料及其制备方法，该制备方法包括：将硝酸锌、2‑甲基咪唑于溶剂中进行接触反应得到前驱体，接着将前驱体进行洗涤、干燥、煅烧以制得高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料；其中，煅烧于氢气和惰性气体的混合气体氛围中进行，并且煅烧的最高温度为700‑900℃。该分级多孔氮掺杂碳材料具有高比表面积和高孔容，同时该制备方法具有条件简单、过程简易、可重复性好、污染较小的优点。

技术领域

本发明涉及氮掺杂碳材料，具体地，涉及一种高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳材料由于含有大量孔道，有利于电解液传输和气体扩撒，同时碳骨架具有优异的导电性，耐酸碱性，性质稳定，大量应用于气体分离、小分子吸附，储能等。同时多孔碳还是是优秀的催化剂载体和反应骨架，广泛应用于燃料电池，电催化等领域。

比表面积、高孔隙度对多孔碳材料的性能能够起到决定性的影响，但是现有技术中对提高多孔碳材料的比表面积、孔隙度具有难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料及其制备方法，该分级多孔氮掺杂碳材料具有高比表面积和高孔容，同时该制备方法具有条件简单、过程简易、可重复性好、污染较小的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了本发明提供了一种高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料的制备方法，该制备方法包括：将硝酸锌、2-甲基咪唑于溶剂中进行接触反应得到前驱体，接着将前驱体进行洗涤、干燥、煅烧以制得高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料；其中，煅烧于氢气和惰性气体的混合气体氛围中进行，并且煅烧的最高温度为700-900℃。

本发明还提供了一种高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料，该高比表面积和高孔容的分级多孔氮掺杂碳材料通过上述的制备方法制备而得。

在上述技术方案中，本发明首先通过硝酸锌、2-甲基咪唑进行反应得到高比表面积、富含结构微孔的沸石咪唑型金属有机框架材料ZIF-8作为前驱体，接着进行煅烧得到高比表面积和高孔容分级多孔氮掺杂碳。

其中，提高多孔碳的比表面积有利用提供更高的催化活性位点，进而提高材料的催化活性；而提高孔容和控制孔径分布，有利于气体和小分子的传导和吸附；氮元素的参杂可以提供离域电子，提高材料的导电性，同时氮可以作为活性位点直接参与反应。此外，同时该分级多孔氮掺杂碳材料含有微孔，介孔和大孔，有利于电解质的渗透和气体扩散；进而使得该材料在储能和催化方面有重要的潜在价值

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1a是实施例1中制得的产物M1的SEM图；

图1b是实施例1中制得的产物M1的TEM图；

图1c是实施例1中制得的产物M1的XRD图；

图1d是实施例1中制得的产物M1的EDS(包含元素分析表)图；

图1e是实施例1中制得的产物M1的氮气吸附-解吸等温线图；

图1f是实施例1中制得的产物M1的孔径分布；

图2a是实施例2中制得的产物M2的SEM图；

图2b是实施例2中制得的产物M2的TEM图；

图2c是实施例2中制得的产物M2的XRD图；

图2d是实施例2中制得的产物M2的EDS(包含元素分析表)图；