[发明专利]一种原位自生长模板水热合成“类海胆状”氮掺杂空心碳微球的方法

说明书

一种原位自生长模板水热合成“类海胆状”氮掺杂空心碳微球的方法，属于材料制备技术领域。具体步骤如下：将葡萄糖、硝酸锌、乌洛托品、柠檬酸三钠，以一定比例加入去离子水中，搅拌均匀，然后将上述悬浊液转入自压釜中进行水热处理，得棕色粉末固体，再在惰性气氛中焙烧，盐酸溶液脱除模板，得到“类海胆状”氮掺杂空心碳微球材料。

技术领域

本发明涉及一种原位自生长模板水热合成“类海胆状”氮掺杂空心碳微球的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

多孔碳材料因其具有比表面积大、孔径和表面化学性质易调控、化学稳定性好、原料来源广泛等特点，在催化、能源存储与转换、吸附等领域均表现出良好的应用前景，受到了科研人员广泛的关注。经过不断地研究探索，人们已经可以对多孔碳材料进行有效的结构设计和物化改性，实现多孔碳材料的孔径调控和杂原子掺杂改性。多孔碳材料的制备方法有多种，如：以黏土、沸石和介孔硅等为模板的“硬模板法”(Puthusseri D.,et al.,EnergyEnvironmental Science,2014,7(2):728-735)；以有机超分子为模板剂的“软模板法”(Meng Y.,et al.,Chemistry of Materials,2006,18(18):4447-4464)，以及“乳液聚合法”(Ouyang,Y.,et al.,Scientific Reports，2013，3,1430)等。这些方法因为制备过程繁琐或者碳的前驱体价格昂贵难以实现工业化。

多孔碳材料的表面化学性质对其应用性能有显著影响，而对其进行化学掺杂改性是常用的表面修饰方法。杂原子掺杂对多孔碳材料的影响主要有：1)杂原子的引入会增加多孔碳材料表面亲水性，提高润湿能力；2)杂原子的引入会影响多孔碳材料的表面电子结构，从而改善其导电性和电化学特性；3)杂原子可与金属活性组分作用，提高活性组分分散度和催化性能。常见的掺杂原子有：氮、硫、硼等。如：Zuo等(Zuo S,et al.,Carbon,2018,129:199-206)以坡缕石为模板，聚苯胺凝胶为前驱体，制备了氮掺杂的多孔碳纳米管；Yeh等(Yeh M.H.,et al.,Energy Procedia,2014,61:1764-1767)采用硼酸对碳纳米管进行预处理，得到硼掺杂的碳纳米管；Liu等(Liu S.,et al.,Journal of Power Sources,2017,360:373-382)以葡萄糖作为碳源，单质硫为硫源，通过高温水热碳化等过程，制备了硫掺杂的多孔纳米碳球。这些杂原子掺杂的碳材料均表现出优异的性能。

本发明以葡萄糖为碳源，采用原位自生长模板法，一步水热合成制备了一种氮掺杂的空心碳微球材料，其具有典型的介孔结构。另外，与传统的硅基模板法相比，避免了使用强腐蚀性氢氟酸溶液。以此种碳材料为载体制备的Pd(OH)₂/C催化剂在六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)氢解脱苄中显示出优异的活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位自生长模板水热合成“类海胆状”氮掺杂空心碳微球的制备方法。

为实现上述发明的目的，本实验采用的技术方案如下：

一种原位自生长模板水热合成“类海胆状”氮掺杂空心碳微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将硝酸锌、乌洛托品、柠檬酸三钠和碳前驱体，加入去离子水中，搅拌，形成悬浊液；

(2)将步骤(1)中得到的悬浊液加入到聚四氟乙烯内衬中，并将内衬装入不锈钢自压釜中，在一定温度下进行水热合成，得到棕色粉末固体；

(3)将步骤(2)中所得到的棕色粉末在管式炉中惰性气体下焙烧一定时间；

(4)将步骤(3)中得到的产物置于盐酸溶液中，搅拌3-6h，以除去模板剂。然后过滤、洗涤、烘干，得预期碳材料。