[发明专利]一种由共价有机框架衍生的纳米碳管材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由共价有机框架衍生的纳米碳管材料及其制备方法，属于材料领域。本发明所述的COFs衍生纳米碳管材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选择金属纳米线作为模板，真空环境下通过溶剂热反应在其表面原位生长COFs，得到复合材料；(2)将复合材料置于瓷舟中，升温至800‑1000℃保温3h；之后冷却至室温，得到碳化材料；(3)将碳化材料置于玻璃瓶中，加入配制好的酸溶液搅拌均匀；之后经过过滤、洗涤得到COFs衍生纳米碳管。本发明的纳米碳管由COFs衍生而来，规整可控的掺金属原子或杂原子有利于应用在不同的催化体系，拓宽了COFs衍生材料的制备方式及应用前景。

技术领域

本发明涉及一种由共价有机框架衍生的纳米碳管材料及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

COFs是由有机单体以原子精度的形式构筑而成的有序结构，由共价键连接，具有良好的热稳定性、较大的比表面积和较低的骨架密度，大的π-π共轭体系和开放规整的孔道，有利于电子在材料中传递，同时微观多孔的结构有利于气体的捕获。基于COFs的规整结构，通过选择不同类型的有机单体可精确调控官能团或杂原子的插入和排列，或将提供不同的金属配位点如吡啶、卟啉位点等。

源于COFs的有序排列、可控掺杂和微观多孔等特点，由COFs衍生的碳材料也受到了一定的关注。现有的报道的主要有无规则、片状和球状的COFs衍生碳材料，通过掺金属原子(如Co、Ni、Fe、Pt等)或杂原子(N、S、B、P等)在不同的应用体系中展现出不俗的性能，但比表面积不能达到最佳水平仍是制约其性能表现的主要因素之一。如何提高衍生碳材料的比表面积和形貌的规整性、可控性从而优化性能受到了广泛关注。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种COFs衍生纳米碳管材料及其制备方法，本发明的制备方法工艺简单、巧妙，制备的碳材料规整、可控、比表面积大。

本发明的第一个目的是提供一种制备COFs衍生纳米碳管材料的方法，包括以下步骤：

(1)选择金属纳米线作为模板，真空环境下通过溶剂热反应在其表面原位生长COFs，得到复合材料；

(2)将步骤(1)得到的复合材料置于反应容器中，升温至800-1000℃进行碳化；之后冷却得到碳化材料；其中，整个过程都处于惰性气体保护下；

(3)将步骤(2)得到的碳化材料置于容器中进行酸洗，之后经过过滤、洗涤、干燥得到COFs衍生纳米碳管材料。

在本发明的一种实施方式中，所述的制备COFs衍生纳米碳管材料的方法，包括以下步骤：

(1)选择金属纳米线作为模板，真空环境下通过溶剂热反应在其表面原位生长COFs，得到复合材料；

(2)将步骤(1)得到的复合材料置于反应容器中，升温至800-1000℃保温2-5h；之后冷却至室温，得到碳化材料；其中，整个过程都处于惰性气体保护下；

(3)将步骤(2)得到的碳化材料置于容器中，加入配制好的酸溶液搅拌均匀；之后经过过滤、洗涤、干燥得到COFs衍生纳米碳管。

在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(1)为：

在容器中加入金属纳米线和氨基类COFs单体，并加入混合有机溶剂，混合均匀；之后加入催化剂，继续混合均匀，得到混合溶液；将醛类COFs单体溶解在混合溶剂中，超声混合均匀，得到醛类COFs单体溶液；之后将醛类COFs单体溶液滴加于混合溶液中，混合均匀，再进行原位生长反应；之后洗涤、离心、干燥；即得到复合材料。

在本发明的一种实施方式中，所述的步骤(1)具体为：