到79.6%，体现了比贵金属催化剂Pt/C更好的稳定性。
[0035]实施例2
[0036]一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤:
[0037]I)室温下，按质量比4:1称取孔径为20nm的介孔氧化钛和卟啉铁，在玛瑙研钵中研磨混合均匀；
[0038]2)在惰性气体保护下，将步骤I)所得混合粉末置于氧化铝瓷舟中，放入管式炉中，首先在室温下以200mL/min的高纯Ar气流吹扫2h，然后将气流减小至50mL/min，以3°C/min的速率升温至800°C，保温3h，随炉冷却至室温，得到黑色粉末，即为杂原子掺杂炭填充的纳米多孔无机氧化物；
[0039]3)将步骤2)所得黑色粉末浸泡于1wt % HF溶液中24h，离心分离沉淀；将所得固体沉淀水洗多次至中性，80°C真空干燥过夜，得到杂原子掺杂多孔炭材料。
[0040]所得杂原子掺杂多孔炭材料可以证实为有序规整排列的多孔结构，这种长程有序的结构提高了催化剂应用中的气体、离子和电子的传质效率。
[0041]所得杂原子掺杂多孔炭材料经氮气吸附-脱附测试得其比表面积为1039.6m2/g ;经电化学阻抗测试，计算得到其电导率为687S/m。
[0042]所得杂原子掺杂多孔炭材料作为氧化还原催化剂，在三电极体系中，其中工作电极为负载催化剂样品的铂电极，载量为0.4mg/cm2，参比电极为标准氢电极，对电极为铂电极，在0.1M KOH溶液中，O2饱和条件下1600rpm测试，起峰电位为1.036V，极限电流为
6.06mA/cm2，体现了比贵金属催化剂Pt/C更高的氧化还原活性，经30000s的加速循环后，其电流衰减到81.9%，而贵金属催化剂Pt/C在相同条件下衰减到79.6%，体现了比贵金属催化剂Pt/C更好的稳定性。
[0043]实施例3
[0044]一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤:
[0045]I)室温下，按质量比3:1称取孔径为10nm的天然沸石和三氰胺，在玛瑙研钵中研磨混合均匀；
[0046]2)在惰性气体保护下，将步骤I)所得混合粉末置于氧化铝瓷舟中，放入管式炉中，首先在室温下以200mL/min的高纯Ar气流吹扫2h，然后将气流减小至50mL/min，以30C /min的速率升温至1000°C，保温4h，随炉冷却至室温，得到黑色粉末，即为杂原子掺杂炭填充的纳米多孔无机氧化物；
[0047]3)将步骤2)所得黑色粉末浸泡于20wt% HF溶液中lh，离心分离沉淀；将所得固体沉淀水洗多次至中性，80°C真空干燥过夜，得到杂原子掺杂多孔炭材料。
[0048]所得杂原子掺杂多孔炭材料可以证实为有序规整排列的多孔结构，这种长程有序的结构提高了催化剂应用中的气体、离子和电子的传质效率。
[0049]所得杂原子掺杂多孔炭材料经氮气吸附-脱附测试得其比表面积为1251.lm2/g ;经电化学阻抗测试，计算得到其电导率为702S/m。
[0050]所得杂原子掺杂多孔炭材料作为氧化还原催化剂，在三电极体系中，其中工作电极为负载催化剂样品的铂电极，载量为0.4mg/cm2，参比电极为标准氢电极，对电极为铂电极，其在0.1M KOH溶液中，O2饱和条件下1600rpm测试，起峰电位为0.947V，极限电流为5.49mA/cm2，体现了比贵金属催化剂Pt/C更高的氧化还原活性，经30000s的加速循环后，其电流衰减到82.7%，而贵金属催化剂Pt/C在相同条件下衰减到79.6%，体现了比贵金属催化剂Pt/C更好的稳定性。
[0051]实施例4
[0052]一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，包括如下步骤:
[0053]I)室温下，称取30nm的介孔氧化硅和酞菁钴、卩卜啉钴、尿素、三氰胺，在玛瑙研钵中研磨混合均匀；其中，可升华的杂化有机小分子材料酞菁钴、B卜啉钴、尿素、三氰胺的质量比为1: 1: 1: 1，介孔氧化硅与可升华的杂化有机小分子材料总量的质量比为4:1 ;
[0054]2)在惰性气体保护下，将步骤I)所得混合粉末置于氧化铝瓷舟中，放入管式炉中，首先在室温下以200mL/min的高纯Ar气流吹扫2h，然后将气流减小至50mL/min，以3°C/min的速率升温至900°C，保温6h，随炉冷却至室温，得到黑色粉末，即为杂原子掺杂炭填充的纳米多孔无机氧化物；
[0055]3)将步骤2)所得黑色粉末浸泡于1wt % HF溶液中lh，离心分离沉淀；将所得固体沉淀水洗多次至中性，80°C真空干燥过夜，得到杂原子掺杂多孔炭材料。
[0056]所得杂原子掺杂多孔炭材料可以证实为有序规整排列的多孔结构，这种长程有序的结构提高了催化剂应用中的气体、离子和电子的传质效率。
[0057]所得杂原子掺杂多孔炭材料经氮气吸附-脱附测试，得到其比表面积为1147.1m2/g ;经电化学阻抗测试，计算得到其电导率为659S/m。
[0058]所得杂原子掺杂多孔炭材料作为氧化还原催化剂，在三电极体系中，其中工作电极为负载催化剂样品的铂电极，载量为0.4mg/cm2，参比电极为标准氢电极，对电极为铂电极，在0.1M KOH溶液中，O2饱和条件下1600rpm测试，起峰电位为0.958V，极限电流为5.75mA/cm2，体现了比贵金属催化剂Pt/C更高的氧化还原活性，经30000s的加速循环后，其电流衰减到80.8%，而贵金属催化剂Pt/C在相同条件下衰减到79.6%，体现了比贵金属催化剂Pt/C更好的稳定性。
[0059]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种杂原子掺杂多孔炭材料，其特征在于它是以纳米多孔无机氧化物为硬模板、可升华的杂化有机小分子材料为前驱体，通过热处理、炭化、去除模板得到的。
2.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料，其特征在于所述纳米多孔无机氧化物选自氧化硅、氧化钛或天然沸石中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料，其特征在于所述可升华的杂化有机小分子材料为金属酞菁、金属卟啉、尿素、三氰胺中的一种或几种按任意比例的混合物。
4.权利要求1所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤: 1)室温下，将硬模板纳米多孔无机氧化物与前驱体可升华的杂化有机小分子材料固相均匀混合，得到纳米多孔无机氧化物与可升华的杂化有机小分子材料的混合物； 2)在惰性气体保护下，将步骤I)所得混合物在惰性气体保护下加热升温，当升温至可升华的杂化有机小分子材料的升华温度，形成可升华的杂化有机小分子材料填充纳米多孔无机氧化物的结构；继而继续在惰性气体保护下升温，使杂化有机小分子材料炭化，形成杂原子掺杂炭填充的纳米多孔无机氧化物的结构； 3)将步骤2)所得产物去除纳米多孔无机氧化物硬模板，过滤、干燥后得到杂原子掺杂多孔炭材料。
5.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于所述纳米多孔无机氧化物的孔径为0.5-100nm。
6.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于所述纳米多孔无机氧化物选自氧化硅、氧化钛或天然沸石中的一种。
7.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于所述可升华的杂化有机小分子材料为金属酞菁、金属卟啉、尿素、三氰胺中的一种或几种按任意比例的混合物。
8.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于步骤I)中所述纳米多孔无机氧化物与可升华的杂化有机小分子材料质量比为1:1?4:1。
9.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于步骤2)中升温速率为0.5?10°C /min，炭化温度为600?1000°C，炭化时间为3?6h。
10.根据权利要求4所述的一种杂原子掺杂多孔炭材料的制备方法，其特征在于步骤3)中去除纳米多孔无机氧化物硬模板采用HF溶液，其浓度为10?40wt%。
【专利摘要】本发明旨在提供一种杂原子掺杂多孔炭材料，它是以纳米多孔无机氧化物为硬模板、可升华的杂化有机小分子材料为前驱体，通过热处理、炭化、去除模板得到的；所述纳米多孔无机氧化物选自氧化硅、氧化钛或天然沸石中的一种；所述可升华的杂化有机小分子材料，为金属酞菁、金属卟啉、尿素、三氰胺中的一种或几种按任意比例的混合物。本发明所述杂原子掺杂多孔炭材料比表面积大，孔径分布均匀，导电性好、电化学活性良好、稳定性好，尤其适用于批量快速合成，成本较低、污染小，在超级电容器和电化学催化等领域具有广阔的应用前景。
【IPC分类】B82Y30-00, H01G11-36, B01J23-75, B01J27-24, B01J35-10, B01J23-745
【公开号】CN104645989
【申请号】CN201510049758
【发明人】唐浩林, 曾燕, 王锐, 蔡世昌, 魏希, 潘牧
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月30日