[发明专利]一种单晶氮杂介孔碳材料、制备方法及应用

说明书

本发明属于材料化学领域，涉及一种单晶氮杂介孔碳材料、制备方法及应用。所述方法包括如下步骤：1)提供结构导向剂的水溶液；2)向步骤1)中所述的水溶液中加入酚、醛缓释剂、催化剂和尿素，水热反应即得单晶聚合物；3)将所述步骤2)得到的单晶聚合物进行碳化和/或活化，即得单晶氮杂介孔材料。本发明制备的单晶氮杂介孔碳材料，具有完整的单晶形貌、纳米尺寸、三维多级孔交叉孔道、高比表面积以及碱性含氮基团，从而使其具有优秀的二氧化碳吸附性能和分离性能。

技术领域

本发明属于材料化学领域，涉及一种单晶氮杂介孔碳材料、制备方法及应用。

背景技术

介孔碳材料因比表面积高、孔道丰富、孔径可调、表面易修饰、耐高温、耐酸碱、导电、传热、成本低廉等优点而备受国内外研究人员的追捧，并在存储、精制、分离、净化、催化、传感、医药等领域得到广泛的应用。相比介孔碳材料，单晶介孔碳材料具有较小的颗粒尺寸、规整的单晶形貌、高度发达的三维交叉孔道、较短的传输路径以及较高的可利用表面积，从而在集成电路、纳米器件以及分子催化等领域展现巨大的应用潜力。

然而，由于在材料合成过程中极易形成缺陷，从而导致介孔碳材料很难形成单晶形貌，因而合成的介孔碳材料颗粒尺寸较大，往往呈现不规则的块状形貌。目前所报道的单晶介孔碳材料的制备条件比较严苛、过程复杂、周期冗长等。除此之外，单晶介孔碳材料的形貌也比较单一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单晶氮杂介孔碳材料的制备方法。用于解决现有制备方法中存在的合成条件苛刻、制备过程繁杂、合成周期冗长以及材料单晶形貌单一等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一方面提供一种单晶氮杂介孔碳材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供结构导向剂的水溶液；

2)向步骤1)中所述的水溶液中加入酚、醛缓释剂、催化剂和尿素，水热反应即得单晶聚合物；

3)将所述步骤2)得到的单晶聚合物进行碳化和/或活化，即得单晶氮杂介孔材料。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中结构导向剂的水溶液是将结构导向剂溶于温度为5～30℃的水溶液中制得。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤1)中结构导向剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表明活性剂中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述结构导向剂、酚、醛缓释剂、催化剂和尿素的质量比为1：(0.2-0.8)：(0.2-0.8)：(0.01-1)：(0.1-0.5)。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中酚选自苯酚、间苯二酚、均苯三酚、对氟苯酚、邻氟苯酚、间氟苯酚、间氯苯酚中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中醛缓释剂选自六亚甲基四胺。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中催化剂选自碱性催化剂、酸性催化剂、盐类催化剂中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素、硫脲中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述酸催化剂选自盐酸、碳酸、柠檬酸、赖氨酸中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述盐类催化剂选自碳酸钠、碳酸性钠、氯化锌中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤2)中水热反应温度为60～120℃，水热时间为2-36h。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤3)中碳化和/或活化温度为400-1200℃。