CN104860296A - 一种硫掺杂碳材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫掺杂碳材料的制备方法，属于碳材料的制备技术领域。具体制备方法为在密闭容器中，加入糖类化合物、高聚物、硫源和有机溶剂，在150～250℃反应后，经干燥得到硫掺杂碳材料。本发明方法制备过程简易，条件可控，凝胶状态稳定，且成本较低；所制备的硫掺杂碳材料具有良好的电催化性能，可用于燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫掺杂碳材料的制备方法，属于碳材料的制备技术领域。
背景技术
氮掺杂的碳材料表现出良好的电化学性能，其他比氮元素电负性低的硼、磷或与其电负性相似的硫元素等掺杂的碳材料的电催化活性研究也备受关注。胡征等利用苯、三磷酸硼为前驱体，二茂铁为催化剂，通过化学气相沉积法成功的合成硼掺杂碳纳米管((BCNTs)，并发现BCNTs表现出了良好的电催化活性、稳定性、抗毒性，且BCNTs的电催化活性随着硼含量的增加而增大；靳志萍等证实了硫或碘掺杂的石墨烯也具有良好的电催化性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硫掺杂碳材料的制备方法。
本发明的实现过程如下：
一种硫掺杂碳材料的制备方法：在密闭容器中，加入糖类化合物、高聚物、硫源和有机溶剂，在150～250℃反应后，经干燥得到硫掺杂碳材料，所述糖类化合物、高聚物、硫源和有机溶剂的质量比为1：1：0.5：5～1：0.05：0.05：0.5；所述的糖类化合物选自单糖或二糖；所述的高聚物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇；所述硫源为硫粉、含硫氨基酸、硫醇、硫酚、硫醚、二硫化碳。
所述糖类化合物选自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。
所述的有机溶剂选自甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、乙腈、二氯甲烷、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯亚砜、N-甲基吡咯烷酮。
上述反应温度为160～230℃，干燥方式采用冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥。
本发明使用糖类化合物作为碳源，高聚物为模板剂，溶剂热合成得到凝胶状碳材料。在没有高聚物存在时，仅能得到微米级碳球。本发明在制备过程中添加硫源可得到碳颗粒尺寸小于100纳米的硫掺杂碳气凝胶。
本发明的优点：制备过程简易，条件可控，凝胶状态稳定，且成本较低；所制备的硫掺杂碳材料具有良好的电催化性能，可用于燃料电池。
附图说明
图1为实施例1、13所制备的圆柱状凝胶照片。
具体实施方式
实施例1
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.3g硫粉和3mL冰乙酸，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1（a），然后用水和乙醇洗涤，经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料，元素分析结果显示S 含量为4.58%。
实施例2
在密闭反应釜中，加入1g果糖、0.1g聚丙烯酸、0.1g半胱氨酸和0.5mL甲酸，在160℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经二氧化碳超临界干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例3
在密闭反应釜中，加入1g麦芽糖、0.1g聚丙烯酰胺、0.5g乙硫醇和3mL乙二醇，在150℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例4
在密闭反应釜中，加入1g乳糖、0.5g聚乙烯醇、0.05g苯硫酚和3mL乙醇，在250℃下反应4 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例5
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.05g 硫粉和3mL丁醇，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例6
在密闭反应釜中，加入1g半乳糖、0.1g聚丙烯酸、0.1g 苯硫酚和3mL丙酸，在180℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例7
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.2g 半胱氨酸和3mL乙腈，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例8
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.07g 二烯丙基硫醚和3mL二氯甲烷，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例9
在密闭反应釜中，加入1g 蔗糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.4g 二硫化碳和3mL氯仿，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料，元素分析结果显示S 含量为2.61%。
实施例10
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.5g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.2g 二烯丙基硫醚和3mL N，N-二甲基甲酰胺，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例11
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.1g二硫化碳和3mL N，N-二甲基乙酰胺，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例12
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.1g 硫粉和3mL二甲基亚砜，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例13
在密闭反应釜中，加入1g蔗糖、1g聚丙烯酰胺、0.1g 硫粉和2mL甲醇，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1（b），凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例14
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.2g 半胱氨酸和3mL N-甲基吡咯烷酮，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
实施例15
在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.3g硫粉和5mL异丙醇，在150℃下反应10 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后得到硫掺杂碳材料。
Claims (5)
1.一种硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：在密闭容器中，加入糖类化合物、高聚物、硫源和有机溶剂，在150～250℃反应后，经干燥得到硫掺杂碳材料，
所述糖类化合物、高聚物、硫源和有机溶剂的质量比为1：1：0.5：5～1：0.05：0.05：0.5；所述的糖类化合物选自单糖或二糖；所述的高聚物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇；所述硫源为硫粉、含硫氨基酸、硫醇、硫酚、硫醚、二硫化碳。
2.根据权利要求1所述的硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：所述糖类化合物选自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。
3.根据权利要求1 所述的硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂选自甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、乙腈、二氯甲烷、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯亚砜、N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1 所述的硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：反应温度为160～230℃。
5.根据权利要求1 所述的硫掺杂碳材料的制备方法，其特征在于：采用冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥。
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