【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔碳材料制备，具体涉及一种氮掺杂多孔碳纳米棒及其制备方法和应用。
技术介绍
1、石墨化碳材料具有优异的导电性，能够提高甲醇电氧化的活性和稳定性，其中一维的碳材料具有轴向电子传输快和离子扩散路径短等优点，作为电催化剂的载体材料更具优势。高温热解金属有机框架(metal-organic frameworks，mofs)材料是一种制备多孔碳的创新方法，但以此方法制备碳纳米棒仅有极少数报道(如cn108976818a)。在高温的惰性气体中热解单金属的fe-mofs纳米棒，可以制备石墨化的碳材料，但该热解产物难以保持棒状结构，因此，通过高温热解fe-mofs制备结构完整、边界清晰的石墨化碳纳米棒是一个挑战。
2、混合金属mofs的结构单元中包含两种或两种以上的金属离子，其制备方法包括直接合成法和后合成交换法。直接合成法是将不同金属的前驱体按比例混合在反应溶液中，通过一步法合成，该方法步骤少，操作简单。后合成交换法是预先制备好单一金属mofs，再进行阳离子交换，该方法通常需要数天至数周的时间才能完成。因此，利用直接合成法制备混合金属mofs更为高效。但同样地，通过高温热解混合金属mofs制备结构完整、边界清晰的石墨化碳纳米棒也是一个挑战。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高温热解mofs制备结构完整、边界清晰的一维石墨化碳材料的方法和应用，得到氮掺杂多孔碳纳米棒的石墨化程度高、比表面积大、分散性好、轴向电子传输快和离子扩散路径
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种氮掺杂多孔碳纳米棒，其由一维的znfe-bmofs纳米棒通过高温热解和酸处理工艺制备而成。
4、第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的氮掺杂多孔碳纳米棒的制备方法，其包括以下步骤：
5、s1、将一维的znfe-bmofs纳米棒在惰性气氛下高温热解；
6、s2、将经过步骤s1处理后的材料浸渍在过量的酸性溶液中，反应预定时间后固液分离，洗涤干燥后得到所述氮掺杂多孔碳纳米棒。
7、第三方面，本专利技术提供一种第一方面所述的氮掺杂多孔碳纳米棒的应用，所述氮掺杂多孔碳纳米棒应用于包括甲醇电氧化、电解水、氧气还原反应、超级电容器的电化学领域中。
8、本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术的znfe-bmofs纳米棒在高温惰性的气氛中热解，由于znfe-bmofs纳米棒中zn2+的存在，降低了znfe-bmofs中fe3+的含量，使其热解产物能够继续保持纳米棒的结构，所得热解产物中包含fe和fe3c纳米颗粒，进一步经过酸处理刻蚀去除fe和fe3c纳米颗粒，最终得到氮掺杂多孔碳纳米棒。具体来说，本专利技术具有如下优点：
9、(1)本专利技术以znfe-bmofs纳米棒高温热解制备了结构完整、边界清晰的氮掺杂多孔碳纳米棒；
10、(2)本专利技术提供的氮掺杂多孔碳纳米棒的石墨化程度高、比表面积大、分散性好、轴向电子传输快和离子扩散路径短，其中，石墨化程度高使其具有优异的导电性，比表面积大和分散性好可提高负载金属颗粒的分散度，一维结构轴向电子传输快和离子扩散路径短可加快催化反应中电荷转移和物质传递的速率；
11、(3)本专利技术提供的氮掺杂多孔碳纳米棒作为载体负载pt颗粒，在应用于甲醇电氧化时具有较高的催化活性和稳定性。
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1.一种氮掺杂多孔碳纳米棒，其特征在于，由一维的ZnFe-BMOFs纳米棒通过高温热解和酸处理工艺制备而成。
2.一种权利要求1所述的氮掺杂多孔碳纳米棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的惰性气氛为氮气、氩气中的至少一种；步骤S1中所述高温热解的温度在800℃以上，优选地，步骤S1中所述高温热解的温度在1200℃以下。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的酸性溶液为盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、氢氟酸、醋酸中的至少一种；步骤S2中的反应时间为24h以上。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S0中所述的Fe3+金属盐为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种；步骤S0中所述的Zn2+金属盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的至少一种。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S0中的Fe3+金属盐和Zn2+金属盐中，Fe3+/Zn2+的摩尔比为1/16-
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当步骤S0中的所述氮源为具有预定摩尔比的2-氨基对苯二甲酸与对苯二甲酸的混合物时，2-氨基对苯二甲酸/对苯二甲酸的摩尔比为1/4-4。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S0所述的反应釜的温度为80-250℃；反应时间为20h以上。
10.一种权利要求1所述的氮掺杂多孔碳纳米棒的应用，其特征在于，所述氮掺杂多孔碳纳米棒应用于包括甲醇电氧化、电解水、氧气还原反应、超级电容器的电化学领域中。
...【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂多孔碳纳米棒，其特征在于，由一维的znfe-bmofs纳米棒通过高温热解和酸处理工艺制备而成。
2.一种权利要求1所述的氮掺杂多孔碳纳米棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述的惰性气氛为氮气、氩气中的至少一种；步骤s1中所述高温热解的温度在800℃以上，优选地，步骤s1中所述高温热解的温度在1200℃以下。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述的酸性溶液为盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、氢氟酸、醋酸中的至少一种；步骤s2中的反应时间为24h以上。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s0中所述的fe3+金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：黎维彬，司月雷，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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