[发明专利]一种金属氮化物＠含氮介孔碳纳米碳球及其制备方法

说明书

本发明属于有机合成技术领域。具体涉及一种金属氮化物＠含氮介孔碳纳米碳球及其制备方法。本发明涉及的金属氮化物＠含氮介孔碳催化材料是由含氮介孔碳包裹的金属氮化物组成的花状氮化物纳米碳球。所涉及金属为Ni，Co，Fe，W等。含氮介孔碳包裹的作用有利于金属氮化物的高度分散，在提高金属氮化物含量的同时还可以使金属氮化物的颗粒大小保持在1nm左右。本发明的制备方法简单，金属氮化物分布均匀，具有很高的分散度和稳定性，且催化材料寿命长，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种金属氮化物＠含氮介孔碳纳米碳球及其制备方法。

背景技术

纳米碳材料存在多种形貌，如膜、单片、棒、纤维、单晶和球等。而不同形貌的纳米碳材料有不同的应用。例如：粒径均一的球形碳材料可以应用到色谱中；具有较好界面效应的碳薄膜或透明的碳单片可以应用到传感器和分离应用中；质地均匀、体积密度大、强度高的整体块状碳可以做光学和电化学应用。

在不同形貌的多孔碳材料中，球形纳米碳材料因其丰富的孔隙结构、较大的比表面积和孔体积、开放的孔道结构、可调节的直径及特殊的球形形貌等特征，一跃成为形貌研究中最受关注的热点之一。由于球形纳米碳材料的应用价值离不开它优越的物理、化学性能，如良好的电导率、热导率以及优越的化学稳定性、吸附性等。因此，为了更好发挥球形纳米碳材料的最优特性和高效应用，研究人员从材料的化学性质、孔隙结构等方面入手，通过不断的改进优化已有的制备方法和探索并提出新的合成手段，人们已经在球形纳米碳材料的制备技术方面有了明显的发展。但是现有的球形纳米碳材料的制备方法还比较单一，制备的纳米碳球比面积比较小，不易负载活性组分。

金属氮化物，被认为是一种金属间充型化合物，它是由N原子、C原子插入到金属晶格中形成的。当这些原子插入到金属晶格中形成化合物时，金属晶格会发生扩伸，金属原子间距和晶胞常数会相对变大，而金属原子间的相互作用力会变小，这会使金属原子d带发生收缩修饰和Fermi能级附近价电子密度发生重新排列，从而导致价电子数增加，结构发生变化。这种金属间充型化合物使得这类化合物具有独特的物理和化学特性。它拥有比纯金属更高的硬度，和热稳定性。

现有技术中纳米碳负载金属氮化物的方法主要为浸渍法，但是浸渍法制备的金属氮化物，比表面积低，负载量严重不足，活性中心颗粒大小无法达到理想的状态。

发明内容

本发明提供了一种新型的金属氮化物＠含氮介孔碳纳米碳球的制备方法。成功的制备出了花瓣状的纳米碳球，活性中心均匀的分布在碳球的花瓣上，提高了纳米碳球的比表面积，极大地提高了负载量。

本发明采用以下技术方案：采用一步合成的方法原位制备金属氮化物＠含氮介孔碳纳米碳球，具体制备方法步骤如下：

(1)、按照体积比量取乙醇和水，得到乙醇水溶液，并将F127溶于其中，以300～1000r/min的转速搅拌后加入多巴胺，再经300～1000r/min的固定转速搅拌后，得到a溶液待用；

(2)、称取金属盐溶于浓盐酸中，得到b溶液待用；

(3)、将b溶液逐滴加入a溶液中，以300～1000r/min转速搅拌后滴加均三甲苯，得到c溶液，再次搅拌；

(4)、向搅拌好的c溶液中缓慢滴加(每秒一到两滴)浓氨水溶液，得到d溶液，再次持续搅拌反应(转速为300～1000r/min)；

(5)、将反应后的d溶液离心洗涤，进行烘干、还原。

其中，步骤(1)乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为0.5～1.5，F127在乙醇水溶液中的浓度为0.8～1.2g/L，第一次搅拌的时间为0.5～2h，多巴胺的用量为F127质量的1/3～2/3，继续搅拌的时间在2h以上。

步骤(2)中金属盐为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、钨酸铵等，金属盐的物质的量是步骤(1)多巴胺物质量的5％～75％，浓盐酸的用量是金属盐质量的30～50％。