[发明专利]一种多孔碳/贵金属纳米杂化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔碳/贵金属纳米杂化材料及其制备方法，先以多氨基化合物分别与3,4‑二羟基苯甲醛、4‑甲酰苯硼酸反应，合成出具有邻苯二酚基团、苯硼酸基团的单体，然后借助邻苯二酚与硼酸间的缩合反应制备含氮、硼元素的硼酸酯聚合物微球，再向其中添加贵金属配合物，利用邻苯二酚基团与贵金属离子的配位作用，贵金属离子取代了硼酸基团而在交联网络中留下了孔洞；接着利用高温煅烧的方式碳化，以热还原的方式将微球中的贵金属配合物还原成贵金属纳米颗粒，最终形成了多孔碳/贵金属纳米杂化材料。该方法不仅在碳纳米微球中负载了贵金属纳米颗粒，且协同掺杂了硼、氮元素，在提升碳纳米材料的电容和电催化性能等方面具有潜在优势。

技术领域

本发明属于杂化纳米材料领域，特别涉及了一种多孔碳/贵金属纳米杂化材料及其制备方法。

背景技术

燃料电池因其高效的能量转换、较低的工作温度以及符合现代人类可持续发展的要求，被认为是21世纪最有前景的车载及便携式电源装置。而它的性能好坏主要取决于其电催化剂的电化学活性，即正极的燃料氧化反应(如甲醇氧化反应，MOR)和负极的氧还原反应(ORR)。通常来说，贵金属纳米颗粒是这些燃料电池中最为有效的电催化剂。但是，在实际使用过程中，过高的贵金属用量以及不理想的化学稳定性成为了限制此类催化剂商业化进程的壁垒。因此，研究者们将目光放在了开发新型高性能的电催化剂上，例如多孔贵金属纳米结构、贵金属合金纳米颗粒、碳基底贵金属复合材料和一些非金属催化剂。其中，多孔碳与贵金属杂化形成的纳米复合材料由于多方面的优点成为了研究热点。综合来说，作为贵金属纳米颗粒的衬底，多孔碳一方面拥有特殊的多孔结构加速物质交换，另一方面因其优异的电传导性而在电催化过程中起到了关键性的作用。近年来，对于此类碳基底贵金属复合材料的研究在国内外引起了广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔碳/贵金属纳米杂化材料及其制备方法，首先利用含邻苯二酚基团单体与含苯硼酸基团单体缩合反应形成交联网络状结构的硼酸酯纳米微球，由于邻苯二酚基团与贵金属配合物(如AuCl₄^-、PdCl₆^2-、PtCl₆^2-、Ag⁺)可以产生较强的配位作用，故贵金属配合物取代了硼酸基团而在微球表面刻蚀出孔洞，形成贵金属配合物刻蚀的硼酸酯聚合物微球，随后再经由碳化原位还原，最终合成出多孔碳纳米微球/贵金属杂化纳米材料，为负载有贵金属纳米颗粒的氮、硼掺杂多孔碳纳米微球，且贵金属纳米颗粒稳定包埋在碳球当中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一为：

一种多孔碳/贵金属纳米杂化材料的制备方法，包括：

1)硼酸酯聚合物微球的制备：

将多氨基化合物及4-甲酰苯硼酸按照摩尔比1:2～4的比例溶于第一溶剂中，在10～50℃、避光、搅拌速率200～600rpm的条件下进行席夫碱形成反应12～48h，得到含苯硼酸基团单体；

将多氨基化合物及3,4-二羟基苯甲醛按照摩尔比1:2～4的比例溶于第二溶剂中，在10～50℃、避光、搅拌速率200～600rpm的条件下进行席夫碱形成反应12～48h，得到含邻苯二酚基团单体；

将所述含苯硼酸基团单体与所述含邻苯二酚基团单体按照摩尔比1:0.5～2的比例溶于第三溶剂中，在10～50℃、避光、搅拌速率200～600rpm的条件下进行有机成络反应1～12h，反应完成后，固液分离，固体部分洗涤，得到硼酸酯聚合物微球；

2)多孔碳/贵金属纳米杂化材料的制备：