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专利号: 2018115266345
申请人: 安徽大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种金属单原子/N共掺杂的3D结构纳米多孔碳的制备方法,其特征在于:其是采用瓶刷状纤维素聚丙烯腈嵌段聚合物为模板吸附金属离子所制备而成的,其包括以下步骤:A、将纤维素溶解在离子液体中形成均匀的溶液,再加入卤化试剂后进行升温反应,将反应液反复沉淀提纯,得到卤化纤维素聚合物;

B、将卤化纤维素聚合物溶解在极性有机溶剂中,采用原子转移自由基聚合法依次进行丙烯腈单体和第二单体的接枝聚合,得到瓶刷状纤维素聚丙烯腈嵌段聚合物;

C、将金属离子溶液加入到瓶刷状纤维素聚丙烯腈嵌段聚合物的溶液中,充分吸附后,离心提纯,干燥后高温碳化,得到金属单原子/N共掺杂的3D结构纳米多孔碳。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤A中的离子液体为甲基咪唑卤盐;

所述卤化试剂为2-溴-2-甲基丙酰溴、2-溴异丁酰溴、4-氯丁酰氯、2-溴-2-甲基丙酰氯或4-溴丁基氯酸。

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述甲基咪唑卤盐包括1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丙烯基-3-甲基咪唑氯盐或1-乙基-3-甲基咪唑溴盐。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤A中卤化试剂与纤维素中羟基的摩尔比为0.5-5;

所述升温反应的温度为30-70℃、时间为6-24小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤B中的原子转移自由基聚合法具体为:将卤化纤维素聚合物溶解在极性有机溶剂中,再加入丙烯腈单体、卤化铜和有机配体混合均匀;然后通入氮气除氧,并用液氮将反应瓶冷冻后,加入卤化亚铜,密封后升温至40-90℃,进行原子转移自由基聚合反应;最后加入第二单体继续反应,得到瓶刷状纤维素聚丙烯腈嵌段聚合物。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述卤化纤维素聚合物、丙烯腈/第二单体、卤化铜、卤化亚铜和有机配体的摩尔比为1:200-1000: 0.1-1.0:0.9-10:2-20;所述丙烯腈和第二单体的摩尔比为1:0.2-1:10;

所述卤化铜为氯化铜或溴化铜;

所述卤化亚铜为氯化亚铜或溴化亚铜;

所述极性有机溶剂优选为溶于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜或硝酸亚乙基酯;

所述有机配体为4,4'-二壬基-2,2'-联吡啶、2,2'-联吡啶,三(2-吡啶基甲基)胺、三(2-二甲氨基乙基)胺或五甲基二乙烯三胺;

所述原子转移自由基聚合反应的时间为5-48小时。

7.根据权利要求1或5或6所述的制备方法,其特征在于:所述第二单体选自丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯、N-异丙基丙烯酰胺、乙烯吡咯烷酮、寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺中的一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤C中的金属离子溶液为Au、Ag、Pt、Ba、Cd、Pb、Ti、Al、Sn、Zr、Cr、Ni、Co、Cu、Pd、Eu、Mn、Ca、Zn和Fe中的任一种可溶性高氯酸盐、氯化物、硝酸盐或硫酸盐溶液;其浓度为0.01-1.0M。

9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤C中所述的将金属离子溶液加入到瓶刷状纤维素聚丙烯腈嵌段聚合物的溶液中,充分吸附的时间为2-48小时;高温碳化的工艺为:先在空气氛中预氧化,其温度为250-300℃、时间为1-3小时;然后再在惰性气氛下进行碳化,其温度为450-1000℃、时间为0.5-4小时。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法所制备的金属单原子/N共掺杂的3D结构纳米多孔碳,其特征在于:其中金属原子的原子个数百分含量为0.1-3.0%、氮的原子个数百分含量为3-12%。