[发明专利]一种纳米球形聚吡咯及其制备方法、氮掺杂碳材料及其应用

说明书

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种纳米球形聚吡咯及其制备方法、氮掺杂碳材料及其应用。其中纳米球形聚吡咯的制备方法包括以下步骤：将丙酸加入到容器中，加热至130‑160℃，另取吡咯与丙酸混合得到吡咯丙酸溶液，在搅拌下将吡咯丙酸溶液加入到加热130‑160℃后的容器中的丙酸中，利用氧气作为氧化剂反应至少1.5h得到黑色混合液；该产物用乙醇和水洗分离，最后烘干，得到纳米球形聚吡咯。本发明直接利用空气中的氧气为氧化剂，无需额外添加氧化剂，在丙酸溶剂中直接聚合吡咯，合成了纳米球形聚吡咯，尺寸均匀，通过高温煅烧形成了氮掺杂碳材料，其具有球形结构和孔道结构，可以作为金属捕获剂制备合金催化剂。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种纳米球形聚吡咯及其制备方法、氮掺杂碳材料及其应用。

背景技术

高分子聚合物在技术与社会的变革中实现了完美蜕变，完成了从绝缘态到具有导电性质身份的转变。目前在已发现的导电高分子聚合物中，具有诸多优势（优良的热稳定性和高的电导率、形貌多样且易于掺杂）的聚吡咯深受人们的喜爱和关注，并成功的将聚吡咯应用到诸多领域，如：传感器的制造、生物医学领域、二次电池、抗腐蚀性等。然而，目前的化学氧化合成法都需要加入氧化剂，如：过氧乙酸，过硫酸铵，三氯化铁等，这些氧化剂的加入毫无疑问会提升成本，且过硫酸铵等强氧化剂在工业化生产中有很大的危险性，对设备的腐蚀也不容忽视。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种纳米球形聚吡咯及其制备方法、氮掺杂碳材料及其应用。

本发明所提供的技术方案如下：一种纳米球形聚吡咯的制备方法，包括以下步骤：将丙酸加入到容器中，加热至130-160℃，另取吡咯与丙酸混合得到吡咯丙酸溶液，在搅拌下将吡咯丙酸溶液加入到加热130-160℃后的容器中的丙酸中，利用氧气作为氧化剂反应至少1.5h得到黑色混合液；该产物用乙醇和水洗分离，最后烘干，得到纳米球形聚吡咯。

优选的，所述吡咯丙酸溶液缓慢加入到加热130-160℃后的容器中的丙酸中，且该步骤加料时间为5-10 min。

优选的，搅拌速度为450-550 rpm。

优选的，反应时间为180 min。

优选的，丙酸总体积量与吡咯质量的比值为15:19-57。

优选的，丙酸总体积量与吡咯质量的比值为15: 57。

如上所述的纳米球形聚吡咯的制备方法制备得到的纳米球形聚吡咯。

一种氮掺杂碳材料，其制备过程如下：如上所述的纳米球形聚吡咯于氩气氛围下煅烧，最终获得氮掺杂碳材料。

优选的，所述纳米球形聚吡咯于氩气氛围下于700-800℃下煅烧。

如上所述的氮掺杂碳材料作为金属捕获剂制备合金催化剂的应用。

本发明的有益效果如下：本发明直接利用空气中的氧气为氧化剂，无需额外添加氧化剂，在丙酸溶剂中直接聚合吡咯，合成了纳米球形聚吡咯，尺寸均匀，通过高温煅烧形成了氮掺杂碳材料，其具有球形结构和孔道结构，可以作为金属捕获剂制备合金催化剂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为不同加料时间所制备聚吡咯的扫描电子显微镜照片：（a）0 min；（b）5 min；（c）10 min；（d）15min；