[发明专利]一种金属有机框架衍生氮掺杂碳纳米片及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片，其特征在于，所述氮掺杂碳纳米片的比表面积为100-1500 cm^-2 g^-1，平均孔径尺寸为3-20 nm。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳纳米片，其特征在于，所述氮掺杂碳纳米片由以下成分组成：C 86.0-97.8 at.%、N 0.2-5.5 at.%和O 2.0-8.5 at.%。

3.一种权利要求1或2所述的金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

（1）金属有机框架纳米片的合成：

将配体、表面活性剂和锌盐加入有机溶剂中，然后将溶液进行溶剂热反应，反应结束冷却到室温，洗涤、干燥，得金属有机框架氮掺杂碳纳米片；

（2）金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片的制备：

将步骤（1）中得到的金属有机框架氮掺杂碳纳米片置于陶瓷舟内部，将陶瓷舟在保护气下同时进行碳化和活化，得到氮掺杂碳纳米片。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的锌盐为硝酸锌；所述配体为氨基对苯二甲酸或对苯二甲酸；所述表面活性剂为氨三乙酸或氨水；所述有机溶剂为N，N~二甲基甲酰胺溶液。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述金属盐、配体、表面活性剂和有机溶剂的质量体积比为（0.45-2.0） g：（0.3-2.0） g：（0.03-1.0） g：（30-50） mL。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）溶剂热反应的温度为90~200℃，反应时间为2~15小时；洗涤采用的溶剂为乙醇；干燥的温度为60 ℃，干燥时间为24小时以上。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中保护气为氮气或氩气；步骤（2）碳化和活化温度均为800-1500 ℃，升温速率为1-10 ℃/min，处理时间为1~10小时。

8.根据权利要求3-7任一项所述的方法，其特征在于，具体的制备方法采用以下步骤：

（1）取N,N~二甲基甲酰胺30 mL溶液于烧杯中，加入0.03-1.0 g的氨三乙酸或氨水，0.45-2.0 g的锌盐和0.3-2.0 g的氨基对苯二甲酸或对苯二甲酸，用磁力搅拌器搅拌20-120 min；

（2）将步骤（1）制备的溶液转移至聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜置于90~200 ℃的烘箱中，保温2~15小时，自然冷却到室温，用乙醇将产物清洗干净，将清洗后，得到的粉末于60 ℃的烘箱中，保温24小时以上，获得金属有机框架纳米片；

（3）将步骤（2）制备的金属有机框纳米片置于磁陶瓷舟内，将陶瓷舟在保护气下置于管式炉中，以1-10 ℃/min的升温速率，升至800~1500 ℃，保温1~10小时，自然冷却后，获得金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片体。

9.一种权利要求8所述的金属有机框架衍生的氮掺杂碳纳米片应用，其特征在于：所述氮掺杂碳纳米片用于超级电容器或水系锌空电池领域。