一种介孔碳基电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)进行氨基化合物和芳香醛的反应，得到席夫碱；2)进行席夫碱和过渡金属盐的反应，得到过渡金属席夫碱配合物；3)进行过渡金属席夫碱配合物的红外预碳化和碳化，即得介孔碳基电催化剂。本发明专利技术无需添加模板剂，过程简单、耗时短，可以制备含有大量介孔、较大比表面积、活性金属化合物的种类可调、适用于多种电催化反应的介孔碳基电催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种介孔碳基电催化剂的制备方法
本专利技术涉及电催化剂
，具体涉及一种介孔碳基电催化剂的制备方法。
技术介绍
介孔碳材料是一类新型纳米结构材料，具有孔道结构规则、孔隙率高、比表面积和孔容较大、热稳定性和化学稳定性良好等众多优点，在吸附、催化、储氢及电化学等众多领域都有潜在的应用前景。介孔碳材料的介孔结构使其具有高比表面积，用作电催化剂有利于电解液的渗透和催化活性位点的暴露，可以增加电催化反应活性和电催化剂的耐久性。因此，介孔碳基电催化剂成为了国际上电催化的研究热点之一。介孔碳材料的合成往往需要添加模板或模板剂，合成过后还需除去模板，合成过程繁琐、耗时，合成效率不高。而且，介孔碳材料在制备过程中一般需要进行预碳化(用于防止材料因升温过快而迅速分解，最终达不到预期的碳化效果)和碳化，现有的预碳化工艺是在相对较低的温度(≤500℃)下对材料进行煅烧预碳化，升温速度慢，预碳化时间长。因此，亟需开发一种简单、高效、可控的无模板法制备介孔碳基电催化剂的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种介孔碳基电催化剂的制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)进行氨基化合物和芳香醛的反应，得到席夫碱；2)进行席夫碱和过渡金属盐的反应，得到过渡金属席夫碱配合物；3)进行过渡金属席夫碱配合物的红外预碳化和碳化，即得介孔碳基电催化剂。优选的，一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将氨基化合物和芳香醛置于溶剂体系中，升温至120～150℃进行反应，得到席夫碱；2)将席夫碱和过渡金属盐置于溶剂体系中进行反应，得到过渡金属席夫碱配合物；3)将过渡金属席夫碱配合物置于红外照射下进行红外预碳化，再以5～10℃/min的速率升温至600～900℃进行碳化，即得介孔碳基电催化剂。优选的，所述氨基化合物、芳香醛、过渡金属盐的质量比为1：(1～5)：(1～6)。优选的，步骤1)所述氨基化合物为壳聚糖、硫脲、尿素、氨基硫脲、甲基脲、二氧化硫脲、氨基脲、三聚氰胺、盐酸胍、甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸中的至少一种。进一步优选的，步骤1)所述氨基化合物为壳聚糖、硫脲、尿素、氨基硫脲、甲基脲、三聚氰胺、盐酸胍、谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸中的至少一种。壳聚糖、硫脲、尿素、氨基硫脲、甲基脲、三聚氰胺、盐酸胍、谷氨酰胺、赖氨酸和精氨酸属于多氨基化合物，它们与芳香醛反应不仅可以增加制备的席夫碱及其金属配合物本身的特性基团(-RC＝N-)，而且还可以使席夫碱及其金属配合物具有更长的共轭链、更高的不饱和度，可以使分子的最大吸收波长向长波方向移动(即发生红移)，对长波红外线的吸收率变大，使得红外预碳化效率更高。更进一步优选的，步骤1)所述氨基化合物为硫脲。优选的，步骤1)所述芳香醛为糠醛、水杨醛、苯甲醛、香草醛、丁香醛、邻香草醛、异香草醛、对苯二甲醛、对羟基苯甲醛、肉桂醛中的至少一种。进一步优选的，步骤1)所述芳香醛为香草醛。优选的，步骤2)所述过渡金属盐为铁盐、镍盐、钴盐、锰盐、铜盐、锌盐中的至少一种。进一步优选的，步骤2)所述过渡金属盐为氯化铁、硝酸铁、乙酸铁、硫酸铁、乙酰丙酮铁、氯化镍、硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、乙酰丙酮镍、氯化钴、硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴、乙酰丙酮钴、氯化锰、硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰、氯化铜、硝酸铜、乙酸铜、硫酸铜、氯化锌、硝酸锌、乙酸锌、硫酸锌中的至少一种。更进一步优选的，步骤2)所述过渡金属盐为硝酸镍。优选的，步骤1)所述反应的时间为0.5～1h。优选的，步骤3)所述红外预碳化的时间为15～30min。本专利技术的有益效果是：本专利技术无需添加模板剂，过程简单、耗时短，可以制备含有大量介孔、较大比表面积、活性金属化合物的种类可调、适用于多种电催化反应的介孔碳基电催化剂。具体来说：1)本专利技术通过芳香醛的席夫碱反应和配位反应来制备席夫碱配合物，增加了席夫碱的不饱和度，使其对长波的吸收率变大，进而可以进行高效率的红外预碳化，缩短了预碳化时间，节约了能源；2)本专利技术无需添加模板，不需要进行去除模板的操作，制备工艺更加简单，制备时间更短；3)本专利技术通过调节氨基化合物和过渡金属盐的种类，便可以制备出不同用途和性能的电催化剂。附图说明图1为实施例1～4的介孔碳基电催化剂的X射线粉末衍射图。图2为实施例1的介孔碳基电催化剂的场发射电子扫描显微镜图。图3为实施例2的介孔碳基电催化剂的场发射电子扫描显微镜图。图4为实施例3的介孔碳基电催化剂的场发射电子扫描显微镜图。图5为实施例4的介孔碳基电催化剂的场发射电子扫描显微镜图。图6为实施例1～2的介孔碳基电催化剂、对比例1的铂碳催化剂和对比例2的介孔碳基电催化剂的电催化乙醇氧化的循环伏安曲线。图7为实施例3～4的介孔碳基电催化剂、对比例1的铂碳催化剂和对比例2的介孔碳基电催化剂的电催化氧析出的线性扫描伏安曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1：一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将半胱氨酸溶液(由半胱氨酸和水按照质量比1:8组成)滴加到等质量的苯甲醛溶液(由苯甲醛和乙醇按照质量比1:5组成)中，加热至120℃回流反应0.5h，得到含席夫碱的反应液；2)将氯化镍溶液(由氯化镍和乙醇按照质量比1:8组成)滴加到等质量的含席夫碱的反应液中，搅拌均匀，再加热至120℃进行蒸馏，得到过渡金属席夫碱配合物；3)将过渡金属席夫碱配合物置于红外干燥箱中进行20min红外预碳化，再置于充有氮气气氛的管式炉中，以5℃/min的速率升温至700℃，碳化2h，即得介孔碳基电催化剂。实施例2：一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将精氨酸溶液(由精氨酸和水按照质量比1:8组成)滴加到3倍质量的水杨醛溶液(由水杨醛和乙醇按照质量比1:7组成)中，加热至130℃回流反应1h，得到含席夫碱的反应液；2)将硝酸钴溶液(由硝酸钴和乙醇按照质量比1:12组成)滴加到0.5倍质量的含席夫碱的反应液中，搅拌均匀，再加热至130℃进行蒸馏，得到过渡金属席夫碱配合物；3)将过渡金属席夫碱配合物置于红外干燥箱中进行15min红外预碳化，再置于充有氮气气氛的管式炉中，以8℃/min的速率升温至800℃，碳化0.5h，即得介孔碳基电催化剂。实施例3：一种介孔碳基电催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将硫脲溶液(由硫脲和水按照质量比1:10组成)滴加到2倍质量的香草醛溶液(由香草醛和乙醇按照质量比1:10组成)中，加热至135℃回流反应1h，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔碳基电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)进行氨基化合物和芳香醛的反应，得到席夫碱；/n2)进行席夫碱和过渡金属盐的反应，得到过渡金属席夫碱配合物；/n3)进行过渡金属席夫碱配合物的红外预碳化和碳化，即得介孔碳基电催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种介孔碳基电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)进行氨基化合物和芳香醛的反应，得到席夫碱；
2)进行席夫碱和过渡金属盐的反应，得到过渡金属席夫碱配合物；
3)进行过渡金属席夫碱配合物的红外预碳化和碳化，即得介孔碳基电催化剂。


2.根据权利要求1所述的介孔碳基电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将氨基化合物和芳香醛置于溶剂体系中，升温至120～150℃进行反应，得到席夫碱；
2)将席夫碱和过渡金属盐置于溶剂体系中进行反应，得到过渡金属席夫碱配合物；
3)将过渡金属席夫碱配合物置于红外照射下进行红外预碳化，再以5～10℃/min的速率升温至600～900℃进行碳化，即得介孔碳基电催化剂。


3.根据权利要求1或2所述的介孔碳基电催化剂的制备方法，其特征在于：所述氨基化合物、芳香醛、过渡金属盐的质量比为1：(1～5)：(1～6)。


4.根据权利要求1或2所述的介孔碳基电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)所述氨基化合物为壳聚糖、硫脲、尿素、氨基硫脲、甲基脲、二氧化硫脲、氨基脲、三聚氰胺、盐酸胍、甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、精氨酸中的至少一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐常威，屈俊任，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44