[发明专利]一种多级孔氮杂碳材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多级孔氮杂碳材料及其制备方法，属于材料化学领域。本发明所述多级孔氮杂碳材料包括以下原料组分及质量比：金属有机骨架材料、结构导向剂、酚、醛、尿素以及碱催化剂的质量比是：1：（1‑30）：（0.5‑20）：（0.5‑20）：（0.1‑10）：（0.5‑2）。本发明的多级孔氮杂碳材料的介孔壳结构有利于气体在孔道内的快速扩散，而内部的微孔核有利于增强气体的吸附，同时介孔壳和微孔核中的氮原子掺杂同样也会进一步的提高孔道表面与气体分子之间的吸附强度。通过上述三者之间的共同作用，本发明所提供的多级孔氮杂碳材料相比现有的单独核以及单独壳碳材料都体现了增强的气体吸附性能。

技术领域

本发明涉及属于材料化学领域，具体涉及一种多级孔氮杂碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳材料因比表面积高、孔道丰富、表面易修饰、耐高温、耐酸碱、导电、传热、成本低廉等优点而备受国内外研究人员的追捧，并在存储、精制、分离、净化、催化、传感、医药等领域得到广泛的应用。

多孔碳材料作为吸附剂时具有较好的吸附性能和循环稳定性，但吸附选择性却比较差。为了提高其吸附选择性，研究者多采用将杂原子氮掺杂进碳骨架以提高多孔碳材料的表面极性和碱性位数量，进而提高多孔碳材料的吸附性能和吸附选择性，但同时氮原子的掺杂也会导致多孔材料的比表面积降低、堵塞孔道等问题。除此之外，研究者还通过制备微孔碳材料来提高碳材料的吸附性能和选择性。虽然微孔有利于气体吸附，但气体在微孔道中的扩散性能比较差，而介孔却拥有比较好的气体扩散性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多级孔氮杂碳材料及其制备方法，克服现有技术中存在的多孔碳材料用于吸附剂时吸附选择性较差，或扩散性能差、孔道易堵塞等问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明第一方面提供了一种多级孔氮杂碳材料，所述多级孔氮杂碳材料包括以下原料组分：金属有机骨架材料、结构导向剂、酚、醛、尿素、碱催化剂。

进一步地，所述金属有机骨架材料、结构导向剂、酚、醛、尿素、碱催化剂的质量比为：1：(1-30)：(0.5-20)：(0.5-20)：(0.1-10)：(0.5-2)。

进一步地，所述金属有机骨架材料选自IRMOFs、ZIFs、CPL、MILs、PCN或UiO中的任意一种；所述IRMOFs、ZIFs、CPL、MILs、PCN或UiO是本领域公知的金属有机骨架材料的简称，该些骨架材料具有相应的晶型结构，没有中文名称。

更优选地，所述金属有机骨架材料由金属盐和有机配体制备得到。所述金属盐和有机配体都是制备金属有机骨架材料的必要反应物，通过加入一定量的金属盐和有机配体进行合成，从而形成具有特定的晶型结构的金属有机骨架材料，金属盐和有机配体种类的不同，所得到的金属有机骨架材料的种类和结构也不同，在本发明中，可根据需要选择合适的金属盐和有机配体，采用常规技术手段进行制备金属有机骨架材料。

较佳地，所述金属盐选自硝酸铜、硝酸铬、硝酸锌、氯化锆中的任意一种。最优选地，所述有机配体选自均苯三甲酸、对苯二甲酸、2-甲基咪唑中的任意一种。

进一步地，所述结构导向剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂中的一种。

所述非离子表面活性剂选自聚氧乙烯类表面活性剂，吐温系列表面活性剂，二嵌段、三嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物，以及有机胺类表面活性剂C_nH_2n+1NH₂、H₂NC_nH_2nNH₂(n＝6～20)中的一种。

所述聚氧乙烯类表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯胺、聚氧乙稀酰胺。