[发明专利]一种氮杂化球形介孔碳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔碳的制备方法，具体涉及一种直接通过软模板法合成氮杂化球形介孔碳的方法。

背景技术

目前，介孔碳球作为一类新颖的碳材料引起了研究者广泛重视，该材料的制备方法主要采用硬模板法，介孔硅球、胶质晶体等为模板，首先需要制备硬模板，然后注入碳源，碳化后用强酸溶去模板，该方法具有过程复杂繁琐、耗时、环境不友好等缺点。而对于氮杂化介孔碳球的制备过程更为繁琐，还需要在热处理过程中通入氨气作为氮源，该方法得到的含N功能团不稳定并且仅分布在碳的表面，没有进入主体碳骨架。考虑到硬模板方法过程复杂又不经济、耗时等限制了其大规模的生产和应用的这些缺点，嵌段共聚物的自组装成为一种用来制备孔型材料非常有效的方法。尽管软模板法已经成功合成出介孔膜、介孔块状碳材料，但在对材料的微观结构进行控制合成的同时，考虑到具有不同形貌的碳材料也有很多特殊的用途。球形的介孔碳材料更是在色谱柱填料、催化剂载体、储氢和电极材料等许多方面有着不可估量的潜在应用价值。到目前为止，直接通过软模板法合成球形介孔碳报道非常罕见。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接通过软模板法合成氮杂化球形介孔碳的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一、称取0.1~0.3g间苯二酚(R)和0.05~0.2g三聚氰胺(M)加入到250ml烧瓶中，然后加入20~60ml去离子水和0.1~0.5g甲醛溶液（质量浓度37%），20~60℃下搅拌0.5~1h；

二、称取0.1~0.5g两亲性表面活性剂F127（聚乙氧基-丙氧基-乙氧基三嵌段共聚物）溶入到20~100ml去离子水中配成溶液，将F127水溶液加入到步骤一的烧瓶中继续搅拌2~12h，得无色透明溶液；

三、将无色透明溶液装入聚四氟乙烯衬套高压釜中100~180℃下水热反应2~24h，得到絮状砖红色沉淀，离心水洗、干燥后，得到树脂纳米材料；

四、将树脂纳米材料在高纯氮气保护下的石英管式炉中600~1000℃焙烧2~6h，得到纳米碳材料（氮杂化球形介孔碳）。

本发明具有如下优点：

1、采用软模板法合成了介孔间苯二酚-三聚氰胺复合树脂材料，模板易于除去，解决了硬模板法过程繁琐的难题。

2、在水热条件下合成了具有形貌的单分散球形介孔树脂，直径分布在200~400nm之间，热处理后得到氮功能化的球形介孔碳，解决了合成球形介孔碳的难的问题。

3、800℃下热处理得到的球形介孔碳直径分布在60~250nm之间，具有介孔孔道结构，介孔孔径约为4.7nm；介孔碳球中氮杂原子质量含量为1.5%，氧含量为7%。

附图说明

    图1为实施例2中样品的树脂的SEM照片。

    图2为实施例2中样品树脂的TEM照片。

    图3为实施例3中样品的球形介孔碳的SEM照片。

    图4为实施例3中样品树脂的球形介孔碳的TEM照片。

    图5为实施例3中样品球形介孔碳的氮气吸附脱附曲线。

图6为实施例3中样品球形介孔碳的广角XRD谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1：

1、主要合成原料：

间苯二酚、三聚氰胺、甲醛、嵌段共聚物F127、水。F127的质量浓度为0.3~1.0wt%，间苯二酚：三聚氰胺摩尔比为2：0.34~2：2，间苯二酚：甲醛摩尔比为1：2~1：5。上述材料中，间苯二酚、三聚氰胺、甲醛、嵌段共聚物F127是必需的，反应物的混合水溶液的质量浓度为0.2~3wt%。

2、工艺过程：

一、称取0.1~0.3g间苯二酚(R)和0.05~0.2g三聚氰胺(M)加入到250ml烧瓶中，然后加入20~60ml去离子水和0.1~0.5g甲醛溶液(37%)，20~60℃下搅拌0.5~1h；

二、称取0.1~0.5g两亲性表面活性剂F127溶入到20~100ml去离子水中配成溶液，将F127水溶液加入到步骤一的烧瓶中继续搅拌2~12h，得无色透明溶液；

三、将无色透明溶液装入聚四氟乙烯衬套高压釜中100~180℃下水热反应2~24h，得到絮状砖红色沉淀，离心水洗三次后，80℃干燥后，得到树脂纳米材料；