[发明专利]一种粒径可控的纳米金复合介孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明一种粒径可控的纳米金复合介孔碳材料及其制备方法和应用，本发明以酚醛树脂作为碳源，硫醇作为配位剂，F127为模板剂，正硅酸四乙酯作为造孔剂，氯金酸作为金源，采用直接一步碳化的方法在惰性气体保护下程序升温碳化，冷却后研磨，经碱液刻蚀掉二氧化硅，然后用水和乙醇洗至溶液为中性，干燥后得高比表面积介孔碳材料。本发明合成工艺操作简单、操作容易，制备的介孔碳材料具有1440‑1603m²/g的高比表面积和2‑5.7nm的孔径结构以及3.7‑12.9nm的金纳米粒子镶嵌其中；其用于重金属检测电极材料，具有较高的检测性能。

技术领域

本发明涉及一种粒径可控的纳米金掺杂介孔碳材料的制备方法及其电化学检测重金属离子，属于材料合成及能源环境技术领域。

背景技术

金纳米粒子催化剂由于其高的过电压、良好的导电性和可逆性，被广泛应用于电化学传感器的电极材料中。以往的研究已经报道了对含有相对较小金纳米粒子的电极的重金属离子的良好的电化学检测性能。然而，由于纳米材料表面吉布斯自由能高，金纳米粒子易发生烧结团聚，催化活性显著降低。因此，经常用一些多孔材料对金纳米粒子进行分散，其中，碳材料是最常用的载体，因为它具有较高的稳定性(无论在酸性或碱性环境下)和较大的比表面积(从而增加了活性位点数量)。

多种方法被用于制备金碳复合材料，如，浸渍法：先分别制备好碳材料和纳米金溶胶，通过浸渍完成负载，但该方法制备的金碳材料反应后易发生团聚；碳材料表面功能化分散金纳米粒子：制备氨基功能化的碳材料，通过氨基和纳米金的静电吸附作用，制备出材料，但该方法仍然需要分两步进行，使得实验操作复杂。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种高性能金掺杂介孔碳材料的简单、有效的制备方法。以此制作的金掺杂介孔碳，具有碳材料孔径可控、纳米金粒径可调、用于电极材料时检测限低的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种粒径可控的纳米金复合介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

以酚醛树脂作为碳源，F127为模板剂，硫醇作为配位剂，正硅酸四乙酯作为造孔剂，氯金酸作为金源，在100℃下热聚合而成，并在惰性气体保护下程序升温碳化，冷却后研磨，经碱刻蚀掉二氧化硅后，用水和乙醇洗至溶液为中性，干燥后得高比表面积介孔碳材料。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的粒径可控的纳米金复合介孔碳材料的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述方法包含如下步骤：

(1)预成型酚醛树脂的制备：将苯酚熔融，搅拌下加入氢氧化钠溶液，继续搅拌至混匀，然后加入甲醛，升温继续搅拌，然后冷却至室温，用稀盐酸溶液调至中性，30～50℃下除水，再用乙醇稀释为20wt％的溶液备用；

(2)纳米金掺杂介孔碳的制备：

将无水乙醇加入正硅酸四乙酯和巯基丙基三甲氧基硅烷的混合液中，室温下搅拌得到溶液A，同时另取乙醇中加F127和盐酸的混合液中，搅拌均匀后加入氯金酸溶液，搅拌均匀后得到溶液B，将溶液A和溶液B混合，再加入预成型酚醛树脂，搅拌均匀后真空干燥，然后热聚合，热聚合得到的产物在惰性气体保护焙烧，自然降温至室温即得金碳硅复合体纳米材料，然后用碱液浸泡刻蚀掉二氧化硅，即得纳米金掺杂的介孔碳材料。

作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)为，苯酚在42～45℃下熔融，搅拌下加入20wt％的氢氧化钠溶液，搅拌10分钟，加入37％的甲醛，升温至70℃继续搅拌1小时，然后冷却至室温，用2mol/L的稀盐酸溶液调至pH＝6～8，30～50℃下除水5小时以上，再用乙醇稀释为20wt％的溶液备用；所述苯酚、甲醛和氢氧化钠的摩尔比为1:1.5～3:0.1。