技术特征：
1.一种吡咯氮掺杂碳材料的制备方法及应用，其特征在于，包括以下步骤：(1)均一溶液混合：以黏土材料为模板材料，以纤维素、尿素、三聚氰胺中的任意一种为原料，将原料与盐类催化剂溶解在水中形成均一溶液，再与模板材料混合，得到均匀分散液；(2)水热反应：将步骤(1)的分散液置于均相反应器中的水热反应釜中，加热一定时间，自然冷却至室温，得到反应溶液；(3)离心洗涤：将步骤(2)的反应溶液离心，对离心产物进行洗涤，干燥，后得到固体粉末材料；(4)冷冻干燥：将步骤(3)的固体粉末材料进行冷冻干燥得到干燥固体粉末；(5)高温热处理：将步骤(4)的干燥固体粉末进行高温热处理得到产物样品；(6)去除模板：将步骤(5)的产物样品先后置于酸液1和酸液2中，得到吡咯氮掺杂碳样品；(7)离心洗涤：将步骤(6)的吡咯氮掺杂碳样品进行离心洗涤干燥，得到吡咯氮掺杂碳材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中黏土材料为高岭土、蒙脱土、凹凸棒中的一种，黏土材料在均匀分散液中的浓度为20～50mg/ml，盐类催化剂为铁盐、钴盐、锰盐、镍盐中的一种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热温度为120～220℃，加热时间为6～24h。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中干燥温度为50～80℃。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中冷冻干燥温度为<-10℃，真空度为<10pa。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中热处理温度为500～800℃，热处理时间为1～6h，热处理气氛为氮气、氩气、氢/氩混合气体中一种。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中酸液1为0.5～3.0mol/l的硫酸，反应时间为5～24h，反应温度为25～60℃，酸液2为氢氟酸,质量分数10～50％，反应时间0.5～2.0h，反应温度为25～40℃。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中干燥温度为50～80℃。
技术总结
本发明公开了一种吡咯氮掺杂碳材料的制备方法及应用，该方法包括以天然黏土材料为模板，混合原料与盐类催化剂形成均一溶液后采用水热、冷冻干燥与高温热处理相结合的方式形成初步产物，后通过酸液1与酸液2去除模板材料，经过离心洗涤，干燥后得到吡咯氮掺杂碳材料。本发明采用水热、冷冻干燥与高温热处理相结合的方式，实现了吡咯氮掺杂碳材料的制备，同时采用两步法可有效去除黏土模板，保障了吡咯氮掺杂碳材料的完整结构。本发明显著的特点是使用的模板材料为天然黏土材料，有助于吡啶氮的形成，可使吡咯氮的含量为59-84％，得到的吡咯氮掺杂碳材料用于氧气还原反应中呈现出较高的催化活性。本发明的材料均采用非贵金属元素，降低了使用成本，有助于催化剂的规模化生产，为其广泛使用提供了前提条件。为其广泛使用提供了前提条件。为其广泛使用提供了前提条件。
技术研发人员：孙雍荣 谢东 李发勇 王青 刘海露
受保护的技术使用者：广东省科学院生物与医学工程研究所
技术研发日：2022.10.18
技术公布日：2023/1/31