【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔碳材料领域，尤其涉及一种mofs衍生梯度多孔碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、梯度材料是指一类组成、结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合材料。梯度材料具有分层结构，通过各层之间的组合来控制特定的物理性能，使其可以根据需求而发挥多种功能。其中，梯度多孔碳材料是梯度材料中的重要组成之一，指的是孔径、孔隙度和碳骨架等结构沿某一方向呈现出梯度渐变的碳素材料。与传统的多孔碳相比，梯度多孔碳材料表现出结构的多样性，以较低的成本就可以实现多种功能的集成化，从而展现新颖的性能，弥补传统材料的不足。因此，梯度多孔碳材料具有极大的应用潜力，可以满足许多特殊应用场合的需要，如高效分子/粒子鉴定与筛分、层次化催化剂载体和多功能储能材料等。
2、金属有机框架(mofs)是由金属离子与有机配体通过配位键连接而形成的一种新型多孔晶体材料，具有良好的结构可修饰特性。mofs衍生物不仅能较好地保持前驱体的高比表面积和多孔性的特点，而且通过对前驱体mofs进行高温碳化或者化学处理可以实现杂原子掺杂、缺陷构造、2d/1d的构造以及碳包覆等。因此基于mofs衍生物在电极材料、催化剂载体、超级电容器等多个方面都具有非常广阔的应用前景。目前以金属有机骨架化合物为前驱体煅烧制备规则孔径分布的多孔碳材料的报道较少。
3、目前，梯度多孔碳材料的制备方法仍然较少，主要是以制备传统多孔碳材料的方法为基础，配合其他先进的技术手段，构筑具有梯度结构的前驱体，随后通过热处理将其转化为梯度多孔碳材料。现有技术中，文献(
4、针对上述的难题，迫切的需要开发一种具有高比表面积和多孔性，同时制备方法简单、结构和组成可控、低成本的梯度多孔碳材料。
技术实现思路
1、为了解决现有的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种mofs衍生梯度多孔碳材料及其制备方法和应用，所述梯度多孔碳材料以mofs粉末为前驱体，经过粉末成形和热处理之后形成由内而外呈现梯度变化孔结构和骨架结构的多孔碳材料。所述多孔碳材料具有高的杂原子掺杂、高的堆积密度和高的机械强度，在物质分离与存储和能源存储与转化等领域具有广泛的应用潜质。
2、本专利技术第一目的在于提供的一种mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1称取一定量的有机配体和金属盐溶解于甲醇中，搅拌至均匀后，得到混合溶液，将混合溶液进行陈化、离心和烘干处理，得到第一mofs前驱体；
4、s2将所述第一mofs前驱体经过粉末成形处理，得到第二mofs前驱体；
5、s3将第二mofs前驱体进行干燥处理后，在惰性气氛下进行第一热处理，并保温，得到中间体材料；
6、s4将中间体材料在惰性气氛下进行第二热处理，并保温，得到第一碳材料；
7、s5将第一碳材料浸泡于盐酸溶液中，经过洗涤和烘干处理后，得到mofs衍生梯度多孔碳材料。
8、具体地，步骤s1中所述有机配体和金属盐的摩尔比为(1:1)～(16:1)。
9、具体地，步骤s1中所述有机配体选自咪唑、2-甲基咪唑、4,4'-联吡啶、2,2'-联吡啶、苯甲酸和吡嗪中的至少一种；所述金属盐选自铜、锌、镍、钴或者铁金属盐中的至少一种。
10、具体地，步骤s1中所述陈化时间为12～24h。
11、具体地，步骤s2中所述粉末成形处理包括模压成形、粉浆浇注成形、离心成形和挤压成形中的至少一种。
12、具体地，步骤s3中第一热处理的温度为300～700℃，所述第一热处理的升温速率为0.5～20℃/min，所述的保温时间为0.1～10h。
13、具体地，步骤s4中第二热处理的温度为650～1200℃，所述第二热处理的升温速率为0.5～30℃/min，所述的保温时间为0.1～10h。
14、具体地，所述惰性气氛为氩气、氮气或氦气中的任意一种；所述惰性气氛的气体流速为1～100ml/min。
15、本专利技术第二目的在于提供的一种mofs衍生梯度多孔碳材料，采用上述的制备方法制备而得；所述梯度多孔碳材料的孔和碳骨架结构沿着由内而外的方向具有渐变的梯度性；所述孔的孔径由内而外逐渐减小，孔隙度逐渐增大；所述碳骨架结构由内而外，逐渐纤细；所述孔径范围为15～300nm，孔隙度范围为10～80％。
16、本专利技术第三目的在于提供一种上述mofs衍生梯度多孔碳材料作为光催化剂在有机染料的光降解反应或作为氧化还原反应催化剂在锌空电池中的应用。
17、本专利技术通过两个梯度的热处理温度改变体系的相分离条件，从而赋予多孔碳材料渐变梯度孔隙结构，即孔隙结构的孔隙率、孔径和比表面积均从多孔碳材料的一端到另一端逐渐变化。本专利技术中通过第一阶段的热处理先诱导mofs前驱体颗粒分解，使颗粒间相互连接融并，进行向碳结构的转化，再进行第二热处理时释放的气体在碳结构内部逐渐向外扩散，进行定向固化形成由内而外具有渐变梯度的孔隙结构的多孔碳材料。
18、本专利技术具有如下优点和有益效果：
19、(1)本专利技术提供的mofs衍生梯度多孔碳材料制备方法简单有效，且不需要额外的非均匀电场或者压力场，可以大大降低成本，产率高，便于工业化生产。
20、(2)本专利技术通过调整mofs前驱体、粉末成形方法和热处理程序，在实现对梯度碳材料内部孔尺寸和骨架结构调节的同时，使其由内而外的方向呈现出渐变的结构梯度性。
21、(3)本专利技术得到的梯度多孔碳材料不但具有丰富的多尺度孔结构，还具有高比表面积、高电子导电性、高的杂原子掺杂率、高堆积密度和高机械强度的特点。在物质分离与存储和能源存储与转化领域具有较大的应用前本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述有机配体和金属盐的摩尔比为(1:1)～(16:1)。
3.根据权利要求1所述的MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述有机配体选自咪唑、2-甲基咪唑、4,4'-联吡啶、2,2'-联吡啶、苯甲酸和吡嗪中的至少一种；所述金属盐选自铜、锌、镍、钴或者铁金属盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述陈化时间为12～24h。
5.根据权利要求1所述的MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述粉末成形处理包括模压成形、粉浆浇注成形、离心成形和挤压成形中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的MOFs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中第一热处理的温度为300～700℃，所述第一热处理的升温速率为0.5～20℃/min，所述的保温时间为0.1～10h。<...
【技术特征摘要】
1.一种mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述有机配体和金属盐的摩尔比为(1:1)～(16:1)。
3.根据权利要求1所述的mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述有机配体选自咪唑、2-甲基咪唑、4,4'-联吡啶、2,2'-联吡啶、苯甲酸和吡嗪中的至少一种；所述金属盐选自铜、锌、镍、钴或者铁金属盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述陈化时间为12～24h。
5.根据权利要求1所述的mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述粉末成形处理包括模压成形、粉浆浇注成形、离心成形和挤压成形中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的mofs衍生梯度多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中第一热处理的温度为300～700℃，所述第一热处理的升温速...
【专利技术属性】
技术研发人员：范壮军，耿迪，张苏，魏彤，冯静，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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