一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法与应用，其C

【技术实现步骤摘要】
一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于化学功能材料合成领域，具体涉及一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备与在二氧化碳吸附方面的应用。

技术介绍

[0002]多孔炭材料是指一类含有一定数量互相贯通或封闭的孔洞并且介质为碳的固体材料。多孔炭材料具有化学稳定性高、导电性好、生物相容性好、价格低廉等；与此同时，其还具有高比表面积，孔径可调，孔结构可控和易修饰等特点。因此多孔炭材料在气体吸附和分离、水处理、催化及能量储存等领域已得到广泛的应用。目前，制备多孔炭材料的方法大多是以有机小分子或聚合物为前驱体，采用活化法或模板法进行炭化。然而，上述制备方法均存在弊端，即当采用活化法时，所制得的多孔炭孔道十分无序同时由于活化剂的作用机理较为复杂，一般很难对多孔道结构和孔径大小进行可控设计，且难以获得对气体、离子等客体物质具备吸附性能的缺陷位点和杂原子位点，吸附容量有限；而当采用传统模板法时，虽然通过模板剂可以有效调控多孔炭的孔结构，从而制备得到结构有序、孔径均一的多孔炭材料，但采用该方法所需步骤较为烦琐，需要采用额外的模板剂，且反应条件苛刻。

技术实现思路

[0003]针对上述常规多孔炭制备的不足和挑战，本专利技术的目的是在于提供一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法与应用，并具备良好气体吸附性能。其通过调控含氮微孔有机聚合物，并以此作为前驱体在气体气氛作用以及不同炭烧温度下进行炭烧，以提供一种新的含氮缺陷位多孔炭制备方法。解决了传统制备方法存在的反应条件苛刻、步骤烦琐以及难以对孔道进行可控设计等问题。并且可通过不同的炭烧温度来调控多孔炭的比表面积和孔道结构，并获得氮杂原子缺陷位点，具有一定的可设计性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个目的是保护一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法，其是通过C
‑
N偶联反应将中心子与连接子聚合形成含氮微孔有机聚合物，然后以含氮微孔有机聚合物为前驱体在气氛模板作用下直接进行炭化，并通过调控炭烧温度，以有效调控聚合物网络的孔道结构，构筑出一类基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭材料。
[0005]其具体包括以下步骤：1）将中心子与连接子、催化剂、无机盐、配体和碱加入到溶剂中，混合均匀，一定温度下反应一段时间，再将产物经抽滤、洗涤、干燥，制得含氮微孔有机聚合物；2）在气体气氛模板作用下，将步骤1）所得含氮微孔有机聚合物为前驱体在不同炭烧温度下进行炭烧，得到系列不同表面积和孔道结构的含氮缺陷位多孔炭。
[0006]进一步地，步骤1）中所述无机盐为含有钠离子的无机盐，包括氟化钠、氯化钠、溴
化钠、碘化钠。
[0007]进一步地，步骤1）中所述中心子为含有三个及以上偶联基团的化学物质，其选自芳基化合物，如三（4
‑
溴苯基）胺。
[0008]进一步地，所述连接子选自具有两个及以上偶联基团的化学物质，其选自胺基化合物，如4,4
’‑
二氨基二苯胺、对苯二胺、三（4
‑
氨基苯基）胺；进一步地，所述催化剂选自钯类催化剂，如双(二亚芐基丙酮)钯；所述配体为2
‑
二环己基磷
‑2’
,4
’
,6
’‑
三异丙基联苯；所述碱为叔丁醇钠；进一步地，所述溶剂选自四氢呋喃、1,4
‑
二氧六环或甲苯。
[0009]进一步地，所用连接子与中心子的摩尔比为1:0.1
‑
1:1。
[0010]进一步地，所述的反应时间为48
‑
72 h。
[0011]进一步地，所述的反应温度为50
‑
200
º
C。
[0012]进一步地，步骤2）中所述气体气氛模板为氮气或二氧化碳等气体。
[0013]进一步地，步骤2）中所述不同的炭烧温度为800
‑
1000℃。
[0014]本专利技术的第二个目的是保护上述方法制备的基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭材料。
[0015]本专利技术的第三个目的是保护所述基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭在二氧化碳吸附方面的应用。
[0016]本专利技术采用C
‑
N偶联反应将中心子与连接子聚合形成含氮微孔有机聚合物。并在气体气氛模板的作用以及不同炭烧温度下，以含氮微孔有机聚合物作为炭化前驱体直接进行炭化，以实现对基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭材料的比表面积和孔道结构的调控，并且利用其微孔可有效提高含氮缺陷位多孔炭材料对CO2的吸附能力。
[0017]本专利技术的显著优势在于：本专利技术操作简单、条件温和、效果显著、绿色环保，在无需进行任何复杂操作的条件下即可实现对含氮缺陷位多孔炭的制备，并且本专利技术基于微孔有机聚合物所制备的含氮缺陷位多孔炭在CO2的吸附中吸附容量可以增强126%，因而具有广泛的应用前景。
[0018]本专利技术以含氮微孔有机聚合物为前驱体直接炭化制备含氮缺陷位多孔炭，该方法具有如下优势：（1）多孔炭的比表面积可以通过对微孔有机聚合物的比表面积的调控进行精准控制；（2）孔结构可以根据微孔有机聚合物的孔结构进行设计；（3）形貌可以得到很好的保持。并且本专利技术的含氮微孔有机聚合物通过共价键将刚性芳香族基团耦合连接，从而形成具有π
‑
共轭单元以及丰富微孔的网络结构，因此，其不仅具有可观的比表面积、高热稳定性和化学稳定性等重要特点，同时还具有丰富的杂原子，在煅烧后获得含氮缺陷位点。这为制备含有杂原子的多孔炭材料，并提高其对CO2的吸附量提供了可能性。
附图说明
[0019]图1为实施例1中连接子、中心子与聚合得到的PTDPA的红外光谱图；图2为实施例1中PTDPA在不同炭烧温度下得到的含氮缺陷位多孔炭材料PTDPA
‑
X（X=800℃、900℃、1000℃）的拉曼谱图；图3为实施例1中PTDPA与在不同炭烧温度下得到的含氮缺陷位多孔炭材料PTDPA
‑
X（X=800℃、900℃、1000℃）的氮气吸脱附曲线图和孔径分布图；
图4为PTDPA与在不同炭烧温度下得到的含氮缺陷位多孔炭材料PTDPA
‑
X（X=800℃、900℃、1000℃）的CO2吸附量曲线图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0021]实施例1：以1.0 mmol三（4
‑
溴苯基）胺作为中心子，与1.5 mmol 4,4
’‑
二氨基二苯胺进行混合，并将其与6 mol%双二亚苄基丙酮钯, 9 mol% 2
‑
二环己基磷
‑2’
,4
’
,6
’‑
三异丙基联苯，7 eq本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法，其特征在于：首先通过C
‑
N偶联反应将中心子与连接子聚合形成含氮微孔有机聚合物，再以此聚合物为前驱体，在气氛模板作用下直接进行炭化，并通过调控炭化温度，以有效调控多孔炭的比表面积和孔道结构，构筑出一类基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭材料。2.根据权利要求1所述的基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将无机盐加入到含有中心子、连接子、催化剂、配体、碱和溶剂的反应管中，并混合均匀，一定温度下反应一段时间后，再将产物经抽滤、洗涤、干燥，制得含氮微孔有机聚合物；2）在气体气氛模板作用下，将步骤1）所得含氮微孔有机聚合物为前驱体进行炭化，得到系列不同比表面积和孔道结构的含氮缺陷位多孔炭材料。3.根据权利要求2所述的基于微孔有机聚合物的含氮缺陷位多孔炭的制备方法，其特征在于：所述无机盐为含有钠离子的无机盐，包括氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠；所述中心子为三（4
‑
溴苯基）胺；所述连接子为对苯二胺、三（4
‑
氨基苯基）胺或4,4
’‑
二氨基二苯胺；所述催化剂为双(二亚芐基丙酮)钯；所述配体为2
‑
二环己基磷
‑2’
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱挺，纳吉姆，
申请(专利权)人：清源创新实验室，
类型：发明
国别省市：