一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体及其制备方法与流程

文档序号:12100594阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体,所述单分散氮掺杂中空碳纳米多面体是由核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物经高温炭化直接得到,所述单分散氮掺杂中空碳纳米多面体粒径为250-350nm,中空芯直径为100-250nm,壳层碳的厚度为10-20nm;所述核壳结构的ZnO@ZIF-8前驱物粒径为250-400nm;

所述核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物是以ZnO纳米球为核,以ZIF-8为壳形成的多面体材料;所述ZnO纳米球的粒径为100-250nm;所述ZIF-8的壳层厚度为30-70nm;所述ZIF-8代表类沸石咪唑酯骨架材料。

2.一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,包括以下步骤:

1)ZnO纳米球的制备

在反应瓶中加入40mL浓度为0.1mol/L醋酸锌水溶液,200mL浓度为0.1-0.2mol/L的三乙醇胺水溶液,室温下搅拌30min,然后在20-50℃的水浴中反应20min后,静置12h;通过离心收集、洗涤、真空干燥,得到粒径范围为100-250nm的ZnO纳米球;

2)核壳结构ZnO@ZIF-8前驱体的制备

将步骤1)得到ZnO纳米球加入到DMF/水的混合溶剂中,室温下超声10min使其充分扩散,然后加入2-甲基咪唑,超声5min后置于50-70℃烘箱中反应4-12h,反应结束后产物通过离心分离、洗涤、真空干燥,得到核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物;

3)单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备

将步骤2)得到的核壳结构ZnO@ZIF-8前驱物置于高温炉中,在惰性气氛中升温至800-900℃;在800-900℃恒温煅烧进行炭化,然后自然冷却至室温,得到的产物即是单分散氮掺杂中空碳纳米多面体。

3.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤1)中20-50℃的水浴中反应在超声辐射条件下进行。

4.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤2)中DMF/水体积比为2-3:1。

5.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤2)中2-甲基咪唑与ZnO的摩尔比为2-32:1。

6.根据权利要求2所述的一种单分散氮掺杂中空碳纳米多面体的制备方法,其特征在于:步骤3)所述惰性气体可为高纯氮气或氩气,惰性气体流速为50-150mL/min,在惰性气氛中升温至800-900℃的升温速率为3-5℃/min,炭化时间为1-3h。

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