一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法与流程

本发明属于金属有机骨架衍生碳材料领域，具体涉及一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法。

背景技术：

1、金属有机骨架材料(mofs)由无机金属离子与有机配体通过配位作用自组装构筑而成的一种新型的多孔晶体材料，与传统的多孔无机材料相比，具有诸多独特的性能，因此mofs被选为制备多孔碳材料的前驱体。先前的研究集中在设计和合成多形貌、结构和功能的金属有机骨架材料方面。近年来，mofs材料作为前驱体在一定条件下转化为金属氧化物和多孔碳材料成为研究者们的研究热点。

2、多孔碳材料由于具有特殊的比表面积、良好的导电性、良好的热稳定性和化学稳定性而受到广泛关注，其不仅可以作为吸附剂用于污水处理和气体净化，也可以作为催化剂用于各种催化反应。目前，较为常用的碳材料主要包括石墨烯、活性炭等，随着科学研究的迅速发展，研究学者们也在不断探索具有更多性能的新型碳材料。传统意义上可以通过模板法、聚合物前驱体碳化法、物理和化学活化法等多种方法制备多孔碳材料。然而，通过这些方法获得的碳材料虽然具有较好的性能，但是由于这些方法的合成路线较为复杂，甚至有可能发生不必要的转化，因此，这些方法不利于大规模生产，同时限制了这些方法的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，提高金属有机骨架衍生碳材料的电化学活性、传质效率和应变调节能力。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，包括：

4、s1、将间二苯酚溶于去离子水中，完全溶解后加入戊二醛，得到溶液a，搅拌一段时间后，加入乙二胺溶液反应，得到溶液b；

5、s2、将s1中得到的溶液b油浴老化，先用去离子水冲洗，再用甲醇溶液冲洗后，得到聚合物c；

6、s3、将s2中得到的聚合物c溶于甲醇溶液中，加入2-甲基咪唑甲醇溶液，室温反应一段时间后，加入六水硝酸钴溶液室温下反应一段时间，得到产物d，再用甲醇溶液将产物d冲洗干净；

7、s4、取一份s3中冲洗干净的产物d，置于瓷舟，在通入氩气条件下，在一定温度下进行炭化，得到负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600。

8、s5、将s4中制备得到空心炭球hs-600置于瓷舟中，在另一瓷舟中放入三聚氰胺，两瓷舟同时置于管式炉中，升至一定温度，恒温，冷却至室温后，得到负载碳纳米管和钴金属颗粒的空心炭球hs-600-cnt。

9、优选的，将s1中溶液a在20-25℃下搅拌25-35min。

10、优选的，s1中加入乙二胺溶液后反应20-30min，得到溶液b。

11、优选的，所述s1中间二苯酚添加量为0.44g，去离子水添加量为200ml，戊二醛添加量为800μl，乙二胺溶液用量为0.98-1.02ml。

12、优选的，所述s1中乙二胺溶液中水与乙二胺体积比为20ml：2.68ml。

13、优选的，s2中油浴老化温度为85-95℃，时间为18-20h。

14、优选的，s2中溶液b油浴老化后，先用去离子水冲洗，再用甲醇溶液冲洗。

15、优选的，s2中去离子水用量为20-30ml；甲醇溶液用量为50-75ml，分25次冲洗，每次用量2-3ml。

16、优选的，s3中加入2-甲基咪唑甲醇溶液反应30min。

17、优选的，s3中加入六水硝酸钴后反应时间为22-25h。

18、优选的，s3中甲醇溶液添加量为90ml；2-甲基咪唑甲醇溶液添加量为15ml；六水硝酸钴溶液添加量为15ml。

19、优选的，s3中2-甲基咪唑甲醇溶液中2-甲基咪唑与甲醇配比为0.984g：15ml。

20、优选的，s3中六水硝酸钴溶液中六水硝酸钴与甲醇配比为450mg：15ml。

21、优选的，s3中冲洗产物d甲醇溶液用量为10-15ml。

22、优选的，s4中通入氩气条件下，升温速率为4-7℃/min。

23、优选的，s4中，将s3中冲洗干净的产物d，置于瓷舟，在通入氩气条件下，在600℃下进行炭化，得到负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600。

24、优选的，s4中，将s3中冲洗干净的产物d，置于瓷舟，在通入氩气条件下，在600℃下进行炭化2h，得到负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600。

25、优选的，s5中，将两瓷舟同时置于管式炉中，室温下以5℃/min升至600℃，恒温5h。

26、优选的，s5中，负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600与三聚氰胺的质量比为1:37.5。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、本发明提供了一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，该制备方法工艺简单易行，通用且反应产率高，其中氮碳纳米管组装的空腔结构在氧化还原反应过程中表现出优异的电化学性能。在实验分析中，适当的石墨氮掺杂和碳纳米管中受限的金属纳米粒子之间的协同效应提高了材料的氧化还原反应性能，并且提高了金属有机骨架衍生碳材料的电化学活性、传质效率和应变调节能力。本发明使用时易于实现规模化、产业化生产具有较好的工业发展前景。

29、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，将s1中溶液a在20-25℃下搅拌25-35min。

3.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s1中加入乙二胺溶液后反应20-30min，得到溶液b。

4.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s2中油浴老化温度为85-95℃，时间为18-20h。

5.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s3中加入2-甲基咪唑甲醇溶液反应30min。

6.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s3中加入六水硝酸钴后反应时间为22-25h。

7.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s4中通入氩气条件下，升温速率为4-7℃/min。

8.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s4中，将s3中冲洗干净的产物d，置于瓷舟，在通入氩气条件下，在600℃下进行炭化，得到负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600。

9.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s4中，将s3中冲洗干净的产物d，置于瓷舟，在通入氩气条件下，在600℃下进行炭化2h，得到负载钴金属颗粒的空心炭球hs-600。

10.根据权利要求1所述的一种负载碳纳米管和钴金属颗粒的金属有机骨架衍生碳材料的制备方法，其特征在于，s5中，将两瓷舟同时置于管式炉中，室温下以5℃/min升至600℃，恒温5h。