一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法
2023-08-05 07:29:36 2
一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法
【專利摘要】本發明公開了一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法，屬於碳材料領域。所述的碳材料是通過化學鍵合方式將磷原子和氮原子共同引入到多孔碳材料中，使多孔碳材料中碳六元環結構中的碳原子被磷原子、氮原子共同取代的一種功能性多孔碳材料。合成方法為A.製備含氮導電高分子、含磷有機物、矽基硬模板、金屬催化劑的前期聚合物；B.前期聚合物經煅燒得到固體；C.固體經過刻蝕、清洗後得到本發明所述的碳材料。所述碳材料氮、磷含量較高，比表面積和產率均較高，且製備方法步驟簡單，容易操作。
【專利說明】一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料及其合成方法，屬於碳材料領域。【背景技術】
[0002]多孔碳材料不但具有化學穩定性高、導電性好等優點，而且，由於多孔結構的引入，還具有比表面積高、孔徑可調等優點，在催化、吸附、電化學等諸多領域中有著廣泛的應用。但是，由於多孔碳材料製備過程中表面生成的大量含氧功能基團，這些含氧功能基團與碳材料導電通路不相容，導致隨著多孔碳材料比表面積的增大，材料的導電性發生遞減，進而影響多孔碳材料的電化學性能。因此，如何根據多孔碳材料的功能需要，設計新型的碳材料結果，解決多孔材料難以同時具有高的比表面積和導電性這一問題，已經成為大家關注的問題。
[0003]在碳材料中摻雜非碳的元素(如氮和磷)等相關的研究，已經引起人們的廣泛關注。近年來，人們發現氮、硫、磷等異原子摻雜的碳材料具有不同於常規碳材料的電子輸運、化學和物理等性質。例如，氮摻雜碳材料相對於非摻雜碳材料而言，具有更優良的催化、電催化、電容等性能以及更高的導電性。摻雜碳材料已經在平板電腦、微電子器件、燃料電池、超級電容器、鋰離子電池等方面有著廣泛的應用。然而，由於氮、磷等異原子具有不同於碳原子的原子半徑和電負性，異原子摻雜所形成的N-C，P-C等鍵合形式的鍵長和鍵角不同於常規碳材料的C-C鍵合形式，增加了碳材料六邊形框架結構的不穩定性，氮、磷等異原子很難摻雜到碳材料中，導致碳材料所摻雜的異原子濃度較低，所形成的異原子-碳原子鍵合形式類型繁多，無法研究不同濃度雜原子和具有特定異原子-碳原子鍵合形式對碳材料結構，物理化學性質、性能的影響。因而，合成具有高濃度的異原子(氮、磷)摻雜的碳材料，及製備具有特定異原子-碳 原子鍵合形式為主導的摻雜碳材料，特別是異原子摻雜的多孔碳材料是非常重要的。
[0004]國內專利申請「一種磷-氮碳納米管的製備方法」(申請號:201210187143.9)，採用Fe/Y作為催化劑，赤磷作為磷源，乙二胺作為氮源，氬氣作為保護氣體，採用化學沉積法製備磷氮摻雜的碳納米管；國內專利申請「一種氮磷共摻雜多壁碳納米管的製備方法」，採用FeMoAl2O3催化劑(申請號:201010528675.5)，以甲苯為碳源，三苯磷為磷源，氮氣為氮源，採用化學沉積法製備氮-磷摻雜多壁碳納米管。
[0005]前驅體的選擇在磷-氮異原子摻雜碳材料的製備工藝中是非常重要的因素。目前，製備氮、磷-氮異原子摻雜碳材料選用的氮源一般為乙二胺、吡啶、氮氣等化合物，而磷源一般為磷酸、單質磷、磷酸銨等化合物，這些氮源和磷源存在諸如氮和磷含量較低，氮源與氮源具有較弱的結合力等問題，所製備的氮、磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的磷含量和氮含量較低，且無法調控異原子-碳原子的鍵合方式，因而，開發新的氮源、磷源及合成方法，用於製備具有高的氮含量，磷含量、和具有特定的特定異原子-碳原子鍵合形式為主導的，磷-氮異原子碳材料材料是有必要的。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法。所述碳材料氮、磷含量較高，比表面積和產率均較高，且製備方法步驟簡單，容易操作。
[0007]本發明的目的由以下技術方案實現:
[0008]一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料，所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料是通過化學鍵合方式將磷原子和氮原子共同引入到多孔碳材料中，使多孔碳材料中碳六元環結構中的碳原子被磷原子、氮原子共同取代的一種功能性多孔碳材料；所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料具有多孔納米碳結構；以所述多孔磷-氮共摻雜碳材料的總質量為百分之百計，其中磷原子的質量百分比為0.1~I %、氮原子的質量百分比為0.1~30%。
[0009]本發明所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，步驟如下:
[0010]A.將含磷有機物溶解到含氮導電高分子單體中，或將含磷有機物和含氮高分子單體溶解於易揮發的溶劑中，得到混合溶液1，將混合溶液I加入到酸性溶劑中，混合均勻，得到懸濁液I，之後將矽基硬模板與金屬催化劑加入到懸濁液1，混合均勻得到懸濁液2，最後向懸濁液2中加入引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑，在O~80°C下，攪拌聚合得到前期聚合物I ;
[0011]B.將上述前期聚合物I乾燥，得到固體1，將固體I在氮氣或者氬氣保護下煅燒，具體為先以I~10°c /min的速度升溫至600~1000°C，在此溫度下保溫O~lh，待降到25°C，取出，得到固體2 ;
[0012]C.將固體2研磨成粉末之後，加入矽基硬模板的刻蝕劑溶液，在25°C下反應I~48h，用水清洗乾淨，過濾乾燥；隨後加入酸性溶液，在25°C下反應I~48h，用水清洗乾淨，過濾乾燥後，得到本發明所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料；
[0013]步驟A中所述含磷有機物為三苯基磷、三苯基氧化磷和三苯基磷衍生物中的一種以上；
[0014]步驟A中所述含氮導電高分子單體為苯胺、間二苯胺、對二苯胺、鄰苯二胺和吡咯中的一種以上；
[0015]步驟A中所述易揮發溶劑為乙醇、甲醇、四氫呋喃或丙酮，主要是用於溶解含磷有機物；
[0016]步驟A中所述易揮發溶劑的用量以能夠將含磷有機物和含氮高分子單體充分溶解為準；
[0017]步驟A中所述酸性溶劑為H2S04、HCl、H3PO4和CH3COOH的酸溶液中一種以上；
[0018]步驟A中所述矽基硬模板材料為二氧化矽納米球和介孔二氧化矽分子篩材料中的一種；
[0019]步驟A中所述金屬催化劑為鐵鹽和鈷鹽中的一種以上，優選硝酸鐵和硝酸鈷中的一種以上；
[0020]步驟A中所述引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑為H2O2溶液、FeCl3溶液、(NH4) 2S208溶液和KMnO4溶液中的一種；
[0021]步驟C中所述矽基硬模板的刻蝕劑溶液為質量含量為I~63%的氟化氫胺水溶液、質量含量為I~48%的氫氟酸溶液、質量含量為I~50%的氫氧化鉀和質量含量為I~50%的氫氧化鈉溶液中的一種；[0022]步驟C中所述酸性溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中一種以上，這些酸性溶液的濃度均為
0.1 ~8mol/L ；
[0023]步驟A中所述含氮導電高分子單體和含磷有機物的質量比為1: (0.05~6);
[0024]步驟A中所述酸性溶劑的濃度範圍是0.1~2mol/L，酸性溶劑和含氮導電高分子單體的摩爾比為(I~8):1 ；
[0025]步驟A中所述矽基硬模板和含磷有機物的質量比為(0.5~6):1 ；
[0026]步驟A中所述引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑與含氮導電高分子單體的摩爾比為(0.125~3):1 ；
[0027]步驟A中以含磷有機物、含氮導電高分子單體和金屬催化劑的總質量為百分之百計，其中金屬催化劑的含量是0.14~30wt% ；
[0028]步驟C中矽基模版刻蝕劑的加入量以能夠充分溶液固體2為準；
[0029]步驟C中酸性溶液的加入量以能夠充分溶解步驟A中金屬催化劑經高溫煅燒之後產生的殘餘金屬物質為準。
[0030]有益效果
[0031]在本發明所述方法選用含氮有機高分子為氮源、含磷有機化合物為磷源，克服了現有磷-氮異原子摻雜多孔碳用前驅體的氮含量、磷含量較低，氮源與氮源結合力較弱等問題。此外，採用硬模板技術來製備磷-氮異原子摻雜多孔碳，可實現通過調控硬模板實現製備孔徑可控的碳材料；這樣就使得合成的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料具有較高磷、氮含量和較高的比表面積以及較高產率，且工藝簡單，易於操作，是一類極具推廣價值的碳材料的合成方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為實施例5中製備的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的氮氣吸脫附曲線；
[0033]圖2為實施例5中製備的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的孔徑分布圖；
[0034]圖3為實施例5中製備的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的透射電鏡圖；
[0035]圖4為實施例6中製備的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的元素分析光電子能譜(XPS)。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和具體實施例來詳述本發明，但不限於此。
[0037]實施例1
[0038]A.將12.0g三苯基磷溶解於2ml苯胺中，使用攪拌手段使其均勻的溶入苯胺中，溶解均勻後，加入到10ml、2mol/L的鹽酸溶劑中，攪拌或超聲使其分散混合均勻，再依次加入5g 二氧化娃納米球的娃基硬模版(Ludox-HS40,由Sigma-Aldrich公司購買)、0.025g金屬催化劑混合物(硝酸鐵與硝酸鈷的摩爾比為2.88:1)，攪拌均勻，在攪拌下加入20ml/lmol/L的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨和苯胺的摩爾比為1:1)，並使用冰水浴使溫度維持在(TC下聚合24h。
[0039]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以IO0C /min升溫至800°C煅燒30min，爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0040]C.將上述固體2研磨成粉末稱重，稱取Ig固體2加入到50ml4mol/L的氟化氫銨水溶液中刻蝕二氧化矽納米球，再用1000mL2.0moI/L的鹽酸溶液，在25°C下反應12h，使用去離子水清洗乾淨，70°C乾燥12h，得到本發明所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0041]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為204.1lm2g'孔徑大小主要為5.59nm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳 81.86%，氧 2.51%，氮 14.92%，磷 0.71%。
[0042]實施例2
[0043]A.將0.70g三苯基磷溶解於2ml吡咯中，使用攪拌手段使其均勻的溶入吡咯中，溶解均勻後，加入到10ml、lmol/L的磷酸溶劑中，攪拌或超聲使其分散混合均勻，再依次加入5g 二氧化娃納米球的娃基硬模版(Ludox_HS40,由Sigma-Aldrich公司購買)、0.025g金屬催化劑混合物(硝酸鐵與硝酸鈷的摩爾比為2.88:1)，攪拌均勻，在攪拌下加入20ml、
1.5mol/L的氯化鐵溶液(氯化鐵和苯胺的摩爾比為1:1)，並使用冰水浴使溫度維持在0°C下聚合24h。
[0044]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以5°C /min升溫至700°C煅燒lOmin，爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0045]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0046]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為311.1llm2g'孔徑大小主要為5.85nm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳 75.71%，氧 20.32%，氮 3.79%，磷 0.17%。
[0047]實施例3
[0048]A.使用SBA-15分子篩替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷為0g，其他同實施例1。
[0049]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以IO0C /min升溫至900°C煅燒60min，爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0050]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0051]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為596.Sm2g'孔徑大小主要為2.4nm的孔；元素分析光電子能譜圖顯示所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料中各原子百分比為碳83.31 %，氧12.01 %，氮3.04%.[0052]實施例4
[0053]A.使用SBA-15分子篩替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷0.4g，其他同實施例1。
[0054]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以IO0C /min升溫至900°C 煅燒60min，爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0055]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0056]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為476.1m2g'孔徑大小主要為2.3nm的孔；元素分析光電子能譜圖顯示所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料中各原子百分比為碳82.25%，氧10.96%，氮3.24%，磷0.15%.[0057]實施例5
[0058]A.使用SBA-15替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷0.6g，其他同實施例1。
[0059]B.同實施例4。
[0060]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0061]氮氣吸脫附分析、透射鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為628.71!!?'孔徑大小主要為1.88nm的孔；元素分析光電子能譜圖顯示所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料中各原子百分比為碳85.75 %，氧8.93 %，氮3.86 %，磷0.13 %。
[0062]如圖1所示，氮氣吸脫附等溫線為VI型，所得磷-氮異原子摻雜多孔碳比表面積為628.71m2.g—1 ;圖2的孔徑分布圖證明磷_氮異原子摻雜多孔碳孔徑為1.88nm，屬於微孔為主導的碳材料。從圖3的透射電鏡圖可以看出磷-氮異原子摻雜多孔碳具有規則排列的有序孔道結構，還可以看出硬模板法合成的有序介孔碳的形貌和構型與SBA-15相似。
[0063]實施例6 [0064]A.使用SBA-15替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷0.8g，其他同實施例1。
[0065]B.同實施例4。
[0066]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0067]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為524.--'孔徑大小主要為2.24nm的孔；元素分析光電子能譜圖(見圖4)顯示所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料中各原子百分比為碳81.39%,氧8.93%,氮4.18%,磷
0.56%,說明磷、氮原子已經摻雜碳結構中。。
[0068]實施例7
[0069]A.使用SBA-15替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷0.lg，其他同實施例1。
[0070]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以IO0C /min升溫至600°C煅燒60min，爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0071]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0072]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為327.79!!?'孔徑大小主要為4.84nm的孔；光電子能譜圖顯示所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料中各原子百分比為碳78.21%，氧1.9%，氮19.61%，磷0.12%。
[0073]實施例8
[0074]A.使用SBA-15替代實施例1中的二氧化矽納米球，其中SBA-15用量為0.5g，且三苯基磷Ig,不添加金屬催化劑,其他同實施例1。
[0075]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以IO0C /min升溫至800°C，隨即爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。[0076]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0077]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為320.78!!?'孔徑大小主要為4.6Inm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳 77.01%，氧 3.34%,M 19.00%，磷 0.67%。
[0078]實施例9
[0079]A.依次將2.0g三苯基磷、2.0g對苯二胺加入到10ml、0.5mol/L的硫酸溶劑中，攪拌或超聲使其分散混合均勻，再依次加入0.5g SBA-15,0.025g金屬催化劑混合物(硝酸鐵與硝酸鈷的摩爾比為2.88:1)，攪拌均勻，在攪拌下加入20ml、0.925mol/L的雙氧水溶液，並使用冰水浴使溫度維持在0°C下聚合24h。
[0080]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以50C /min升溫至700°C 60min,爐子自然降溫到25°C取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0081]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0082]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為493.58!!?'孔徑大小主要為3.5nm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳 70.03%，氧 5.14%，氮 24.81%，磷 0.31%。
[0083]實施例10
[0084]A.依次將2.0g三苯基磷、2.0g鄰苯二胺加入到10ml、0.5mol/L的硫酸溶劑中，攪拌或超聲使其分散混合均勻，再依次加入0.5g SBA-15,0.025g金屬催化劑混合物(硝酸鐵與硝酸鈷的摩爾比為2.88:1)，攪拌均勻，在攪拌下加入20ml、0.925mol/L的雙氧水溶液，並使用冰水浴使溫度維持在0°C下聚合24h。
[0085]B.同實施例9。
[0086]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為422.93!!!?-1,孔徑大小主要為
4.7nm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳63.12%，氧14.70%，氮21.75%，磷 0.43%。
[0087]實施例15
[0088]A.依次將1.0g三苯基磷、2.0g間苯二胺加入到10ml、l.5mol/L的硫酸溶劑中，攪拌或超聲使其分散混合均勻，再依次加入0.5g SBA-15,0.025g金屬催化劑混合物(硝酸鐵與硝酸鈷的摩爾比為2.88:1)，攪拌均勻，在攪拌下加入20ml、0.925mol/L的雙氧水溶液，並使用冰水浴使溫度維持在0°C下聚合24h。
[0089]B.將反應物在80°C水浴下乾燥，得固體產物，將該固體產物在氮氣保護下，以l°C/min升溫至1300°C煅燒4h，爐子自然降溫到25°C取出，取出，該固體為磷-氮摻雜碳材料和二氧化矽的混合物。
[0090]C.同實施例1，得到磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
[0091]氮氣吸脫附分析、掃描電子顯微鏡檢測所得磷-氮異原子摻雜多孔碳材料比表面積為388.21!!?'孔徑大小主要為2.9nm的孔；掃描電子顯微鏡能譜圖顯示原子百分比為碳 48.2%，氧 28.70%，氮 22.7%，磷 0.38%。
[0092]本發明包括但不限於以上實施例，凡是在本發明精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種磷-氮異原子摻雜多孔碳材料，其特徵在於，所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料是通過化學鍵合方式將磷原子和氮原子共同引入到多孔碳材料中，使多孔碳材料中碳六元環結構中的碳原子被磷原子、氮原子共同取代的一種功能性多孔碳材料；所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料具有多孔納米碳結構；以所述多孔磷-氮共摻雜碳材料的總質量為百分之百計，其中磷原子的質量百分比為0.1~1%、氮原子的質量百分比為0.1~30%。
2.一種如權利要求1所述磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特徵在於，所述方法步驟如下: A.將含磷有機物溶解到含氮導電高分子單體中，或將含磷有機物和含氮高分子單體溶解於易揮發的溶劑中，得到混合溶液1，將混合溶液I加入到酸性溶劑中，混合均勻，得到懸濁液I，之後將矽基硬模板與金屬催化劑加入到懸濁液1，混合均勻得到懸濁液2，最後向懸濁液2中加入引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑，在O~80°C下，攪拌聚合得到前期聚合物I ; B.將上述前期聚合物I乾燥，得到固體1，將固體I在氮氣或者氬氣保護下煅燒，具體為先以I~10°c /min的速度升溫至600~1000°C，在此溫度下保溫O~lh，待降到25°C，取出，得到固體2; C.將固體2研磨成粉末之後，加入矽基硬模板的刻蝕劑溶液，在25°C下反應I~48h，用水清洗乾淨，過濾乾燥；隨後加入酸性溶液，在25°C下反應I~48h，用水清洗乾淨，過濾乾燥後，得到本發明所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料。
3.根據權利要求2所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特徵在於，步驟A中所述含磷有機物為三苯基磷、三苯基氧化磷和三苯基磷衍生物中的一種以上； 步驟A中所述含氮導電高分子單體為苯胺、間二苯胺、對二苯胺、鄰苯二胺和吡咯中的一種以上； 步驟A中所述易揮發溶劑為乙醇、甲醇、四氫呋喃或丙酮； 步驟A中所述酸性溶劑為H2S04、HCl、H3PO4和CH3COOH的酸溶液中的一種以上； 步驟A中所述矽基硬模板材料為二氧化矽納米球和介孔二氧化矽分子篩材料中的一種； 步驟A中所述金屬催化劑為鐵鹽和鈷鹽中的一種以上； 步驟A中所述引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑為H2O2溶液、FeCl3溶液、(NH4) 2S208溶液和KMnO4溶液中的一種； 步驟C中所述矽基硬模板的刻蝕劑溶液為質量含量為I~63%的氟化氫胺水溶液、質量含量為I~48%的氫氟酸溶液、質量含量為I~50%的氫氧化鉀和質量含量為I~50%的氫氧化鈉溶液中的一種； 步驟C中所述酸性溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中一種以上，這些酸性溶液的濃度均為0.1 ~8mol/L。
4.根據權利要求3所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特徵在於，步驟A中所述金屬催化劑為硝酸鐵和硝酸鈷中的一種以上。
5.根據權利要求2所述的磷-氮異原子摻雜多孔碳材料的合成方法，其特徵在於，步驟A中所述含氮導電高分子單體和含磷有機物的質量比為1: (0.05~6); 步驟A中所述酸性溶劑的濃度範圍是0.1~2mol/L，酸性溶劑和含氮導電高分子單體的摩爾比為(I~8):1 ； 步驟A中所述矽基硬模板和含磷有機物的質量比為(0.5~6):1 ; 步驟A中所述引發含氮導電高分子單體聚合的氧化劑與含氮導電高分子單體的摩爾比為(0.125 ~3):1 ； 步驟A中以含磷有機物、含氮導電高分子單體和金屬催化劑的總質量為百分之百計，其中金屬催化劑的含量是0.14~30wt% ； 步驟A中所述易揮發溶劑的用量以能夠將含磷有機物和含氮高分子單體充分溶解為準； 步驟C中矽基模版刻蝕劑的加入量以能夠充分溶液固體2為準； 步驟C中酸性溶液的加入量以能夠充分溶解步驟A中金屬催化劑經高溫煅燒之後產生的殘餘金屬物 質為準。
【文檔編號】B82Y40/00GK104003367SQ201410188525
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】楊文 , 張小玲, 田亞芬, 李孟瑤, 倪梅, 張俏 申請人:北京理工大學