软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用超声空化作用过程中产生的能量使壳寡糖长链状结构上的1位和4位连接的糖苷键段断裂降解，再采用软模板法水热自组装策略来制备孔径均一可调的原位N掺杂有序介孔碳材料。本发明专利技术以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用软模板法制备出了有序介孔碳材料，扩展了大分子生物质壳寡糖在有序介孔碳制备中的应用，制备的有序介孔碳具有润湿性和分散性好，孔径均一可调的特点。

【技术实现步骤摘要】
软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法
本专利技术涉及一种制备有序介孔碳的制备方法，特别是一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法。
技术介绍
有序介孔碳(OMCs，Orderedmesoporouscarbons)是指孔径在2～50nm范围的微观上具有有序结构的碳材料。不仅具有比表面积高、孔容大、孔径可调、表面易于修饰等优点，而且还具有较高的化学惰性、优异的导电性能以及良好的生物相容性等优势备受青睐。近年来的研究表明，氮掺杂有序介孔碳材料在生物医学方面有良好的应用前景，比如药物传递、生物检测、基因转染、光热治疗、光动力治疗、生物传感器等领域。壳寡糖(COS，分子量≤3200Da)因其来源广泛、含碳氮量高，可作为一种制备原位氮掺杂有序介孔碳的优选碳氮源前驱体材料。利用壳寡糖丰富的氮、氧基团，使其制备的材料原位掺氮，改善有序介孔碳表面亲水性能，解决目前介孔碳润湿性和分散性差的问题。软模板水热碳化(HTC)合成介孔碳材料是一种的经济且可持续的技术。该方法因其选择合成的原料来源广范、易于操作等等优点而备受关注。但是由于壳寡糖等大分子生物质碳前驱体与模板剂之间相互连接作用力弱，因此，要在纳米尺度上以生物质大分子碳前驱体来制备孔径、结构和形貌精准调控十分困难，因此，极大的限制了大分子生物质在软模板法制备有序介孔碳中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法。本专利技术以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用软模板法制备出了有序介孔碳材料，扩展了大分子生物质壳寡糖在有序介孔碳制备中的应用，制备的有序介孔碳具有润湿性和分散性好，孔径均一可调的特点。本专利技术的技术方案：一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用超声空化作用过程中产生的能量使壳寡糖长链状结构上的1位和4位连接的糖苷键段断裂降解，再采用软模板法水热自组装策略来制备孔径均一可调的原位N掺杂有序介孔碳材料。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤如下：1)将F127溶解在水中，在水浴条件下加热搅拌至完全溶解形成澄清溶液，得A品；2)取壳寡糖加入A品中，继续搅拌至混合均匀，然后超声处理，形成介孔聚合物，得B品；3)将B品倒入水热釜中进行水热老化反应，反应结束后得C品；4)将C品取出，依次水洗、醇洗和烘干，得D品；5)取D品在惰性气氛下低温焙烧除去模板剂，然后转高温焙烧形成稳定的有序介孔碳材料即可。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤1)所述加热的温度为55-65℃。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，所述步骤2)中，添加的壳寡糖与A品中F127的质量比为1：0.5-1：1.5。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤2)所述超声的时间为10-20min。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤3)所述水热老化的温度为200-220℃，老化时间为10-15h。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤4)所述烘干是在70-90℃干燥10-15h。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤5)所述惰性气体为N2。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤5)所述低温焙烧的温度330-370℃，保温时间为1-3h，升温速率为1℃/min。前述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，步骤5)所述高温焙烧的温度780-820℃，保温时间为1-3h，升温速率为3℃/min。本专利技术的有益效果本专利技术以大分子生物质壳寡糖为碳氮源前驱体，通过软模板法制备出了有序介孔碳，扩展了壳寡糖在有序介孔碳制备中的应用，同时也扩展了软模板法制备有序介孔碳的材料来源；同时，由于壳寡糖本身的成分优势，使得制备的有序介孔碳具有原位氮掺杂的优点，具有较好的润湿性和分散性，省去了后序掺氮的工艺，工艺更加简单；此外，通过本专利技术的工艺可以对有序介孔碳的孔径进行调控，具有孔径均一可调的优点。本专利技术相应实验过程及结论如下：1、壳寡糖COS与F127的质量比对NMC材料N2吸附/脱附影响准确称取1.5g、1.8g、2.0g的三嵌段共聚物F127分别放入100mL的原地烧瓶中，加入75mL蒸馏水于60℃缓慢搅拌至溶解，等待F127完全溶解后加入1.8g的壳寡糖在60℃缓慢搅拌至溶解，完全溶解后将混合液超声15min，之后将混合物倒入100mL的聚四氟乙烯水热釜中于210℃烘箱中静置12h，冷却后收集固体产物，蒸馏水和醇洗，直到溶液清澈为止，将所得的固体产物放于80℃烘箱中干燥过夜，取出在N2保护下于1℃/min升温到350℃保温2h，之后以3℃/min升温到800℃保温2h，冷却取出得壳寡糖基原位N掺杂介孔碳材料，命名为：NMC-x，其中x(x＝1.2、1.0、0.9)代表COS与F127的质量比，以此来探究COS与F127不同质量比对NMC材料N2吸附/脱附影响。为了探究F127与COS的质量比对NMC材料N2吸附/脱附影响，分别对不同三嵌段共聚物与碳前驱体的质量比进行探究。图2列出了1.5g、1.8g、2.0g的三嵌段共聚物F127与1.8g碳前驱体制备NMC-x的N2吸附-脱附等温线(图2a)及BJH模型计算的孔径分布(图2b)。由图2a的N2吸附-脱附等温线数据可见，所有样品均表现出典型的IV型曲线，且都具有清晰的滞后回线，表明存在中孔。且当COS与F127的质量比为1:1时，N2吸附量最大(图2a)。表明不同的COS与F127的质量比对材料的孔径形成中起重要作用。我们注意到，在低压区时，NMC-x材料的吸附和脱附等温线是不闭合的，这是典型的聚合物的等温线的特征。图2b中的孔径分布进一步表明随着COS与F127的质量比不同，NMC-x孔径也相应的在改变，分别集中在3.3-4.2nm处。改变COS与F127的质量比可以略微调节介孔孔径。这是由于过多的F127未能与壳寡糖自组装，在高温碳化时形成了不均一的孔径的缘故，造成孔径比NMC-1.2和NMC-1.0较大，并且COS与F127质量比为1:1时制备的NMC-1.0的孔径分布只有一个单峰图(图2b)，表明制备的NMC-1.0的孔径均一。表1列出了COS与F127不同质量比制备的NMC-x材料的物理特性，包括比表面积、孔径和孔体积等。从表1中可知，当壳寡糖的质量为1.8g时，随着F127的质量递增，制备的NMC-x的比表面积及介孔孔容先增大后变小，这是由于更多的表面活性剂在水热时自组装不完全造成的，从而使形成的碳材料结构不牢固，以至于在800℃高温碳化时结构坍塌使形成的孔径不均一造成的。而当COS与F127的质量比为1:1时，得到的介孔材料的比表面积和孔容分别达到370.19m2g-1和0.37cm3g-1，该样品的介孔孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于：以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用超声空化作用过程中产生的能量使壳寡糖长链状结构上的1位和4位连接的糖苷键段断裂降解，再采用软模板法水热自组装策略来制备孔径均一可调的原位N掺杂有序介孔碳材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于：以壳寡糖为碳氮源前驱体，利用超声空化作用过程中产生的能量使壳寡糖长链状结构上的1位和4位连接的糖苷键段断裂降解，再采用软模板法水热自组装策略来制备孔径均一可调的原位N掺杂有序介孔碳材料。


2.根据权利要求1所述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)将F127溶解在水中，在水浴条件下加热搅拌至完全溶解形成澄清溶液，得A品；
2)取壳寡糖加入A品中，继续搅拌至混合均匀，然后超声处理，形成介孔聚合物，得B品；
3)将B品倒入水热釜中进行水热老化反应，反应结束后得C品；
4)将C品取出，依次水洗、醇洗和烘干，得D品；
5)取D品在惰性气氛下低温焙烧除去模板剂，然后转高温焙烧形成稳定的有序介孔碳材料即可。


3.根据权利要求2所述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于：步骤1)所述加热的温度为55-65℃。


4.根据权利要求2所述的软模板法制备壳寡糖基原位N掺杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，添加的壳寡糖与A品中F12...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红艳，林倩，曹建新，田洪松，何顺武，孙富豪，邓梅雪，祖鑫，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52