[发明专利]氮掺杂复合碳材料及其应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂复合碳材料，通过以下方法制备得到：1)将醋酸铜、乙酰丙酮镍、丙烯晴、3‑氨基苯酚以及氯化锌加入到乙醇中，搅拌，超声分散真空干燥，得到固体混合物研磨至粉末，得到中间产物A；2)将中间产物A于惰性气体气氛中加热，碳化；3)将步骤2)得到的产物用酸冲洗，然后浸泡于酸中，最后用去离子水清洗至中性，干燥，得到氮掺杂复合碳材料。本发明还提供了该氮掺杂复合碳材料在去除二氧化碳中的应用。不同于传统材料仅藉由吸附作用去除CO₂，本发明提供的氮掺杂复合碳材料，还具备光催化转化作用，通过双重作用可实现CO₂的高效去除；能提高氮掺杂复合碳材料对CO₂的吸附率上限，为二氧化碳的去除提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及新型碳材料领域，特别涉及一种氮掺杂复合碳材料及其应用。

背景技术

化石燃料的过度使用在大气中排放了大量的CO₂，CO₂浓度的不断增加导致全球气候变暖，降低大气中的CO₂浓度已成为当务之急。目前，二氧化碳减排技术主要包括：1、二氧化碳捕集、存储；2、二氧化碳转化利用。二氧化碳捕集主要通过吸附材料进行特异性吸附，二氧化碳转化利用则是通过化学方法将二氧化碳转化为其他物质。

碳材料应用日益广泛，许多碳材料具有发达的微孔结构，应用于气体吸附具有天然的优势。但纯碳材料的亲水性低、化学活性差，难以直接用于二氧化碳吸附。而通过掺杂氮能改变碳材料的性质，有望增强其对二氧化碳的特异性吸附。例如专利CN110078046A公开的一种氮掺杂多孔碳材料的制备与应用，其提供了一种氮掺杂多孔碳材料，通过发达的孔隙结构可实现二氧化碳的吸附。专利CN110451509A公开了一种以硝酸锌为活化剂制备用于二氧化碳吸附的氮掺杂多孔碳材料的方法，其同样提供了可吸附二氧化碳的多孔碳材料。这些碳材料能实现二氧化碳的去除，但均是通过碳材料的多孔结构进行吸附这一单一作用，吸附量的大小取决于孔隙率，而显然孔隙率是有一定上限无法一直提高的，所以藉由吸附作用这一单一性能实现二氧化碳的去除必然会在吸附率上遇到一定的瓶颈和不足，现在有必要提供更可靠的方案，为二氧化碳的去除提供更多的思路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氮掺杂复合碳材料及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氮掺杂复合碳材料，其通过以下方法制备得到：

1)将醋酸铜、乙酰丙酮镍、丙烯晴、3-氨基苯酚以及氯化锌加入到乙醇中，搅拌，超声分散真空干燥，得到固体混合物研磨至粉末，得到中间产物A；

2)将中间产物A于惰性气体气氛中加热，碳化；

3)将步骤2)得到的产物用酸冲洗，然后浸泡于酸中，最后用去离子水清洗至中性，干燥，得到氮掺杂复合碳材料。

优选的是，所述步骤1)为：将醋酸铜、乙酰丙酮镍、丙烯晴、3-氨基苯酚以及氯化锌加入到乙醇中，500-1000r/min搅拌3-10min，超声分散5-30min，于60-95℃下真空干燥10-30h,得到固体混合物研磨至粉末，得到中间产物A。

优选的是，所述步骤1)为：将醋酸铜、乙酰丙酮镍、丙烯晴、3-氨基苯酚以及氯化锌加入到乙醇中，600r/min搅拌5min，超声分散15min，于70℃下真空干燥15h,得到固体混合物研磨至粉末，得到中间产物A。

优选的是，所述步骤2)为：将中间产物A置于石英舟中，惰性气体气氛中加热至200-250℃，然后于空气中恒温1-3h；再于惰性气体气氛中加热至500-800℃，恒温2-6h，冷却至室温，得到中间产物B。

优选的是，所述步骤2)为：将中间产物A置于石英舟中，惰性气体气氛中加热至200-250℃，然后于空气中恒温1-3h；再于惰性气体气氛中加热至500-800℃，恒温2-6h，冷却至室温，得到中间产物B；