一种多孔碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例涉及复合材料技术领域，具体公开了一种多孔碳复合材料及其制备方法和应用，本发明专利技术实施例提供的多孔碳复合材料通过胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛是在催化条件下进行反应后再碳化制得所述多孔碳复合材料，在MOF表面生长COF，方法简单，无需在微波反应器设备下操作，解决了现有多孔碳复合材料存在制备条件比较苛刻的问题。而且，本发明专利技术实施例提供的多孔碳复合材料的制备方法中通过以吡咯烷为催化剂，在温和条件下短时间内获得了产率高的产品，相比现有技术中的方法简单高效，污染性小，具有广阔的市场前景。具有广阔的市场前景。具有广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术实施例属于复合材料
，具体为一种多孔碳复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展和科技的不断进步，人们对于材料的性能要求也越来越高。为了满足生产和研发需要，越来越多类型的复合材料被设计出来，例如，金属有机框架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)等新型多孔材料，具有高结晶度、大表面积、高孔隙率、更好的化学和机械稳定性等优点，在催化、储能、气体分离和纳米医学等领域得到了广泛应用。
[0003]目前，基于MOF、COF等新型多孔材料，通过金属掺杂等手段复合制备的MOF复合材料或COF复合材料可以在保持原材料的多孔结构等自身特性的基础上具有良好的气体吸附、催化等性能，应用前景广泛。这些新型混合材料结合了MOF和COF结构的突出特点，在催化、储能、气体分离和纳米医学等领域具有广阔的应用前景。因此，对基于MOF、COF等新型多孔材料所制备的性能优异的多孔碳复合材料的研发成为研究热点。
[0004]但是上述中的现有技术方案存在以下缺陷：虽然现有多孔碳复合材料存在一些制备方法，但是其一般存在制备条件比较苛刻的问题，影响了实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种多孔碳复合材料，通过以吡咯烷为催化剂，在温和的条件下，短时间内获得了产率高的核壳复合材料，再高温无氧碳化后制成多孔碳复合材料，以解决上述
技术介绍
中提出的现有多孔碳复合材料存在制备条件比较苛刻的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0007]一种多孔碳复合材料，具体是一种在金属有机框架材料(MOF)表面长共价有机框架材料(COF)的复合材料，包括以下的原料：胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛；其中，所述胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛是在催化条件下进行反应后再碳化制得所述多孔碳复合材料。
[0008]在本专利技术实施例中，通过简单的溶剂热方法合成双金属MOF，再胺基化改性形成胺基功能化双金属MOF(即胺基化的MOF)，以胺基化的MOF为核，通过席夫碱反应原位构建共价连接的核壳复合材料，同时改变掺杂的金属种类、比例，使复合材料具有高比表面积、高导电性、同时含有微孔、介孔和大孔的多级孔隙结构，相比现有技术中的方法简单高效，通过在MOF表面生长COF，无需在微波反应器设备下操作，污染性小，在实际应用中有广泛前景。
[0009]优选的，所述胺基功能化双金属MOF是以双金属MOF为原料加入乙二胺进行胺基功能化后制得。其中，所述双金属MOF是以金属盐与2,5
‑
二羟基对苯二甲酸为原料加入脱质子剂进行溶剂热反应制得。
[0010]作为上述技术方案的优选，在MOF@COF核壳复合材料制备中，胺基功能化双金属MOF表面进行异质界面生长过程中的反应温度为70
‑
100℃，反应时间为12
‑
24小时，所述三聚氰胺、对苯二甲醛、双金属MOF的重量比为2
‑
8：1.5
‑
5：1，进一步优选的是2.6
‑
7.8：1.63
‑
4.89：1。
[0011]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种多孔碳复合材料的制备方法，所述的多孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]1)按比例将胺基功能化双金属MOF加入到二甲基亚砜溶液中混合均匀，依次加入三聚氰胺、对苯二甲醛和催化剂吡咯烷，混合后进行脱气，再在密封条件下于70
‑
100℃反应12
‑
24h，离心、洗涤、干燥，得到核壳复合材料；
[0013]2)将所述核壳复合材料与KOH混合均匀后在氮气氛围中碳化，洗涤至中性、干燥，得到所述多孔碳复合材料。
[0014]在本专利技术一个实施例中，所述多孔碳复合材料具体的制备流程如下所示：
[0015][0016]具体的，本专利技术以2,5
‑
二羟基对苯二甲酸为配体，六水合硝酸钴和四水合氯化锰为金属盐，N,N
‑
二甲基甲酰胺、无水乙醇、去离子水作为混合溶剂，三乙胺作为脱质子剂，采用溶剂热法制备粉末状钴锰双金属MOF材料；
[0017]制备双金属MOF材料后，与乙二胺进行功能化，形成胺基功能化的MnCo
‑
MOF
‑
NH2；
[0018]利用三聚氰胺、对苯二甲醛为原料，加入胺基功能化的MnCo
‑
MOF
‑
NH2，吡咯烷作为催化剂，在钴锰双金属有机框架材料表面进行异质界面生长，制备出具有核壳结构的核壳复合材料；
[0019]得到的核壳复合材料与KOH混合均匀后在N2氛围中煅烧，以5℃
·
min
‑1的升温速率从室温升温至特定温度(600、700和800℃)进行煅烧，煅烧时间为2小时，洗涤至中性、干燥，得到所述多孔碳复合材料。
[0020]即所述多孔碳复合材料的制备方法包括钴锰双金属MOF的制备、对钴锰双金属MOF进行胺基功能化、核壳复合材料的制备、高温无氧碳化制备多孔碳复合材料四个步骤。
[0021]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制得的多孔碳复合材料以及这种多孔碳复合材料在气体吸附与分离、催化和储能中的应用，其中在储能中的应用中，所述的多孔碳复合材料可以用于制备电极材料。
[0022]与现有技术相比，本专利技术实施例的有益效果是：
[0023]本专利技术实施例提供的多孔碳复合材料通过胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛是在催化条件下进行反应后再碳化制得所述多孔碳复合材料，在MOF表面生长COF，方法简单，无需在微波反应器设备下操作，所制备的多孔碳复合材料具有高比表面积、高导电性、且同时含有微孔、介孔和大孔的多级孔隙结构，解决了现有多孔碳复合材料存在制备条件比较苛刻的问题。而且，本专利技术实施例提供的多孔碳复合材料的制备方法中使用脱质子剂加速了成核速率，且晶粒尺寸可以调控，通过以吡咯烷为催化剂，在温和条件下短时间内获得了产率高的产品，相比现有技术中的方法简单高效，污染性小，可以更好的实现成果转化，具有广阔的市场前景。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。
[0025]图1为本专利技术实施例1制备得到的粉末状钴锰双金属MOF材料扫描电镜(SEM)照片。
[0026]图2为本专利技术实施例1制备得到的核壳复合材料扫描电镜(SEM)照片。
[0027]图3为本专利技术实施例1制备得到的核壳复合材料700℃碳化后的扫描电镜(SEM)照片。
[0028]图4为本专利技术实施例1制备的多孔碳复合材料的低温氮气等温吸脱附线。
[0029]图5为本专利技术实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳复合材料，其特征在于，所述多孔碳复合材料的制备采用以下的原料：胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛；其中，所述胺基功能化双金属MOF、三聚氰胺、对苯二甲醛是在催化条件下进行反应后再碳化制得所述多孔碳复合材料。2.根据权利要求1所述的多孔碳复合材料，其特征在于，在所述多孔碳复合材料的原料中，所述胺基功能化双金属MOF是以双金属MOF为原料加入乙二胺进行胺基功能化后制得。3.根据权利要求2所述的多孔碳复合材料，其特征在于，所述三聚氰胺、对苯二甲醛、双金属MOF的重量比为2
‑
8：1.5
‑
5：1。4.根据权利要求2所述的多孔碳复合材料，其特征在于，所述双金属MOF是以金属盐与2,5
‑
二羟基对苯二甲酸为原料加入脱质子剂进行溶剂热反应制得。5.根据权利要求4所述的多孔碳复合材料，其特征在于，所述脱质子剂的浓度为0.012
‑
0.024mol/L。6.一种如权利要求1
‑
5任一所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫兵，魏冬，傅诗韵，马海红，任凤梅，周正发，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：