[发明专利]一种磷-氮异原子掺杂多孔碳材料及其合成方法

权利要求书

1.一种磷-氮异原子掺杂多孔碳材料，其特征在于，所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料是通过化学键合方式将磷原子和氮原子共同引入到多孔碳材料中，使多孔碳材料中碳六元环结构中的碳原子被磷原子、氮原子共同取代的一种功能性多孔碳材料；所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料具有多孔纳米碳结构；以所述多孔磷-氮共掺杂碳材料的总质量为百分之百计，其中磷原子的质量百分比为0.1～1％、氮原子的质量百分比为0.1～30％。

2.一种如权利要求1所述磷-氮异原子掺杂多孔碳材料的合成方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

A.将含磷有机物溶解到含氮导电高分子单体中，或将含磷有机物和含氮高分子单体溶解于易挥发的溶剂中，得到混合溶液1，将混合溶液1加入到酸性溶剂中，混合均匀，得到悬浊液1，之后将硅基硬模板与金属催化剂加入到悬浊液1，混合均匀得到悬浊液2，最后向悬浊液2中加入引发含氮导电高分子单体聚合的氧化剂，在0～80℃下，搅拌聚合得到前期聚合物1；

B.将上述前期聚合物1干燥，得到固体1，将固体1在氮气或者氩气保护下煅烧，具体为先以1～10℃/min的速度升温至600～1000℃，在此温度下保温0～1h，待降到25℃，取出，得到固体2；

C.将固体2研磨成粉末之后，加入硅基硬模板的刻蚀剂溶液，在25℃下反应1～48h，用水清洗干净，过滤干燥；随后加入酸性溶液，在25℃下反应1～48h，用水清洗干净，过滤干燥后，得到本发明所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料。

3.根据权利要求2所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步骤A中所述含磷有机物为三苯基磷、三苯基氧化磷和三苯基磷衍生物中的一种以上；

步骤A中所述含氮导电高分子单体为苯胺、间二苯胺、对二苯胺、邻苯二胺和吡咯中的一种以上；

步骤A中所述易挥发溶剂为乙醇、甲醇、四氢呋喃或丙酮；

步骤A中所述酸性溶剂为H₂SO₄、HCl、H₃PO₄和CH₃COOH的酸溶液中的一种以上；

步骤A中所述硅基硬模板材料为二氧化硅纳米球和介孔二氧化硅分子筛材料中的一种；

步骤A中所述金属催化剂为铁盐和钴盐中的一种以上；

步骤A中所述引发含氮导电高分子单体聚合的氧化剂为H₂O₂溶液、FeCl₃溶液、(NH₄)₂S₂O₈溶液和KMnO₄溶液中的一种；

步骤C中所述硅基硬模板的刻蚀剂溶液为质量含量为1～63％的氟化氢胺水溶液、质量含量为1～48％的氢氟酸溶液、质量含量为1～50％的氢氧化钾和质量含量为1～50％的氢氧化钠溶液中的一种；

步骤C中所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中一种以上，这些酸性溶液的浓度均为0.1～8mol/L。

4.根据权利要求3所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步骤A中所述金属催化剂为硝酸铁和硝酸钴中的一种以上。

5.根据权利要求2所述的磷-氮异原子掺杂多孔碳材料的合成方法，其特征在于，步骤A中所述含氮导电高分子单体和含磷有机物的质量比为1：(0.05～6)；

步骤A中所述酸性溶剂的浓度范围是0.1～2mol/L，酸性溶剂和含氮导电高分子单体的摩尔比为(1～8)：1；

步骤A中所述硅基硬模板和含磷有机物的质量比为(0.5～6)：1；

步骤A中所述引发含氮导电高分子单体聚合的氧化剂与含氮导电高分子单体的摩尔比为(0.125～3)：1；

步骤A中以含磷有机物、含氮导电高分子单体和金属催化剂的总质量为百分之百计，其中金属催化剂的含量是0.14～30wt％；

步骤A中所述易挥发溶剂的用量以能够将含磷有机物和含氮高分子单体充分溶解为准；

步骤C中硅基模版刻蚀剂的加入量以能够充分溶液固体2为准；

步骤C中酸性溶液的加入量以能够充分溶解步骤A中金属催化剂经高温煅烧之后产生的残余金属物质为准。