CN105016324A - 一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米纤维的制备方法,尤其涉一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,属于碳材料技术领域。所述制备方法是指将蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,置入管式炉中,在保护气氛下以0.1~8oC/min的升温速率至700~900oC,将蚕丝纤维碳化2~4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。通过该方法制备的氮掺杂碳纳米纤维,所掺杂的氮元素是蚕丝本身带有的,不需要其他物质辅助提供,采用本技术方案将氮元素掺杂入碳纳米纤维中,不仅过程简单,而且避免了在混合时造成的不均,掺杂的氮元素在碳纳米纤维中均匀分布。氮元素掺杂,提高了碳纳米纤维的活性位点,使其在运用时能够表现出更好的性能。所述制备方法过程简单易操作,成本较低,适宜大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米纤维的制备方法,尤其涉一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,属于碳材料技术领域。
技术背景
碳材料在地壳中的分布非常广,在能源与材料领域占有非常重要的地位,活性炭材料是一种具有丰富孔隙结构和较大比表面积的碳材料,其具有化学稳定性好、力学性能高且可方便生产的特性,已被广泛用于气体分离、水净化出了力、催化色谱分析、能量储存以及难以加工的工程陶瓷制备等领域。功能化的活性炭材料除具有普通活性炭的性质之外,还具有其他更为转移和特殊的用途。由于氮掺杂能够改变碳材料的很多方面的性能,氮掺杂碳材料在许多领域有潜在的应用。
早在上世纪六七十年代,掺杂的碳材料就被认为是很好的氧化还原非贵金属催化剂。近几年,一些高活性的掺杂碳材料已经被报道。并且由于它的廉价和良好的抗甲醇中毒性能,掺杂碳材料被认为是有可能在将来替代贵金属催化剂的材料之一。在众多杂原子中,氮原子的掺杂最早被人们研究。目前,氮元素掺杂的碳材料主要有以下几种合成方式:现场掺杂法、后期活化法以及炭化活化法。现场掺杂法是采用含氮元素的有机小分子进行气相沉积生长获得氮元素掺杂的碳材料,该制备方法需要昂贵的仪器设备,且制备的样品量较少,仅能满足科学研究的需要,无法满足大规模的工业化生产。后期活化法则是将制备好的碳材料在含碳元素的活化气体中进行后期功能化,然而这一活化过程通常需要在较高的温度下完成,因此生产能耗和安全因素是制约其发展的两大重要问题。炭化活化法是将含氮元素的有机聚合物或生物质炭化后再进行活化作用。在上述三种制备但元素掺杂的碳材料方法中,谈活化法由于制备条件温和收到了研究者的关注,但是该方法往往比较需要进行多步反应,制备过程比较复杂,从而限制了其广泛应用。如中国专利公开号CN103985884 A,公开日期为2014年8月13日,发明名称为“一种氮掺杂碳纳米材料、其制备方法及应用”,将碳纳米材料与含氮络合物混合后,在保护气中进行碳化,得到氮掺杂碳纳米材料,采用以上技术方案制备氮掺杂碳纳米材料,需要使用其他物质作为氮源,不仅增加了成本,过程变的复杂,而且容易造成混合不均,致使氮掺杂也不均匀。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,目的在于提供一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,所述制备方法是指将蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,置入管式炉中,在保护气氛下以0.1~8oC/min的升温速率至700~900oC,将蚕丝纤维碳化2~4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。
所述的蚕丝纳米纤维直径为50~150nm,长度为100nm~100μm。
所述保护气氛为氮气或氩气或氩气与氢气混合气体或氩气与氨气混合气体或氮气与氢气混合气体或氮气与氨气混合气体中的一种。
所述氩气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
所述氩气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
所述氮气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
所述氮气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
所添加的蚕丝纳米纤维体积小于瓷舟体积的90%。
所述氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99%,氮掺杂率为3%~18%。
由于采用了以上技术方案,本发明的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,是将蚕丝纳米纤维在管式炉中,在保护气氛下以0.1~2oC/min的升温速率至700~900oC,将蚕丝纤维碳化2~4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。蚕丝中本身含有氮元素,碳化后氮元素不会被除去,仍保留在所形成的碳纳米纤维材料中,达到氮掺杂碳纳米纤维的目的。所掺杂的氮元素是蚕丝本身带有的,不需要其它物质辅助提供,采用本技术方案将氮元素掺杂入碳纳米纤维中,不仅过程简单,而且避免了在混合时造成的不均,掺杂的氮元素在碳纳米纤维中均匀分布。氮元素掺杂,提高了碳纳米纤维的活性位点,使其在运用时能够表现出更好的性能。所述制备方法过程简单易操作,成本较低,适宜大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。
一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,所述制备方法是指将蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,置入管式炉中,在保护气氛下以0.1~8oC/min的升温速率至700~900oC,将蚕丝纤维碳化2~4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。
所述的蚕丝纳米纤维直径为50~150nm,长度为100nm~100μm。
所述保护气氛为氮气或氩气或氩气与氢气混合气体或氩气与氨气混合气体或氮气与氢气混合气体或氮气与氨气混合气体中的一种。
所述氩气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
所述氩气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
所述氮气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
所述氮气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
所添加的蚕丝纳米纤维体积小于瓷舟体积的90%。
所述氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99%,氮掺杂率为3%~18%。
具体实施例
实施例1
取2g直径为50nm,长度为100nm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的90%,置入管式炉中,在氮气气氛下以2oC/min的升温速率至700oC,将蚕丝纤维碳化2h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率为99.1%,氮掺杂率为3%。
实施例2
取1.5g直径为100nm,长度为500nm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的70%,置入管式炉中,在氩气气氛下以1oC/min的升温速率至800oC,将蚕丝纤维碳化3h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.3%,氮掺杂率为10%。
实施例3
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的15%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为18%。
实施例4
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的10%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为13%。
实施例5
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的5%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为11%。
实施例6
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的5%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为14%。
实施例7
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的10%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为16%。
实施例8
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氮气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的15%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为18%。
实施例9
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的5%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为5%。
实施例10
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的10%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为5%。
实施例11
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氢气的混合气氛下,其中氢气占总体积的15%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为5%。
实施例12
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的5%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为9%。
实施例13
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的10%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为12%。
实施例14
取1g直径为150nm,长度为100μm的蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,蚕丝纳米纤维体积占瓷舟体积的50%,置入管式炉中,在氩气和氨气的混合气氛下,其中氢气占总体积的15%,以0.1oC/min的升温速率至900oC,将蚕丝纤维碳化4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99.5%,氮掺杂率为15%。
Claims (9)
1.一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述制备方法是指将蚕丝纳米纤维放入瓷舟中,置入管式炉中,在保护气氛下以0.1~8oC/min的升温速率至700~900oC,将蚕丝纤维碳化2~4h后,得到氮掺杂碳纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述的蚕丝纳米纤维直径为50~150nm,长度为100nm~100μm。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述保护气氛为氮气或氩气或氩气与氢气混合气体或氩气与氨气混合气体或氮气与氢气混合气体或氮气与氨气混合气体中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述氩气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
5.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述氩气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
6.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述氮气与氢气的混合气体中氢气的体积占总体积的5%~15%。
7.根据权利要求3所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:
所述氮气与氨气的混合气体中氨气的体积占总体积的5%~15%。
8.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所添加的蚕丝纳米纤维体积小于瓷舟体积的90%。
9.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳纳米纤维的制备方法,其特征在于:所述氮掺杂碳纳米纤维碳化率大于99%,氮掺杂率为3%~18%。
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---|---|
CN (1) | CN105016324A (zh) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105552372A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-05-04 | 太原理工大学 | 一种n掺杂碳微米纤维材料及其制备方法和应用 |
CN105780196A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-20 | 浙江理工大学 | 一种蚕丝衍生的氮掺杂碳纤维电催化析氢材料 |
CN106082169A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 太原理工大学 | 基于废旧纤维素纤维的碳材料制备方法 |
CN107602928A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-19 | 陈毅忠 | 一种氮掺杂纳米纤维素/碳纳米纤维复合材料的制备方法 |
CN109180991A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-11 | 四川理工学院 | 一种氮掺杂HCNFs/SA-Men+复合凝胶的制备方法 |
CN109289894A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-01 | 浙江大学 | 一种磷化钴/氮掺多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用 |
CN111604032A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-01 | 山东建筑大学 | 一种Janus氮掺杂碳纳米纤维薄膜及制备方法与应用 |
WO2021027491A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 广东石油化工学院 | 一种碳化蚕丝光催化剂的制备方法及其应用 |
CN113564726A (zh) * | 2020-04-28 | 2021-10-29 | 西南大学 | 一种高比电容的碳化蚕丝 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103265010A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-08-28 | 东华大学 | 一种三维碳纤维基气凝胶材料及其制备方法 |
CN103996545A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-20 | 上海大学 | 一种氮掺杂的有序介孔碳/碳纤维复合材料的制备方法 |
-
2015
- 2015-07-09 CN CN201510399394.7A patent/CN105016324A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103265010A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-08-28 | 东华大学 | 一种三维碳纤维基气凝胶材料及其制备方法 |
CN103996545A (zh) * | 2014-05-19 | 2014-08-20 | 上海大学 | 一种氮掺杂的有序介孔碳/碳纤维复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RUILI LIU ET AL: "An evaporation-induced tri-consistent assembly route towards nitrogen-doped carbon microfibers with ordered mesopores for high performance supercapacitors", 《PHYS.CHEM.CHEM.PHYS.》 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105552372A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-05-04 | 太原理工大学 | 一种n掺杂碳微米纤维材料及其制备方法和应用 |
CN105552372B (zh) * | 2016-01-27 | 2018-02-13 | 太原理工大学 | 一种n掺杂碳微米纤维材料及其制备方法和应用 |
CN105780196A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-20 | 浙江理工大学 | 一种蚕丝衍生的氮掺杂碳纤维电催化析氢材料 |
CN106082169A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 太原理工大学 | 基于废旧纤维素纤维的碳材料制备方法 |
CN107602928A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-19 | 陈毅忠 | 一种氮掺杂纳米纤维素/碳纳米纤维复合材料的制备方法 |
CN109180991A (zh) * | 2018-08-27 | 2019-01-11 | 四川理工学院 | 一种氮掺杂HCNFs/SA-Men+复合凝胶的制备方法 |
CN109180991B (zh) * | 2018-08-27 | 2021-02-02 | 四川理工学院 | 一种氮掺杂HCNFs/SA-Men+复合凝胶的制备方法 |
CN109289894A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-01 | 浙江大学 | 一种磷化钴/氮掺多孔碳复合催化材料及其制备方法和应用 |
WO2021027491A1 (zh) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | 广东石油化工学院 | 一种碳化蚕丝光催化剂的制备方法及其应用 |
CN113564726A (zh) * | 2020-04-28 | 2021-10-29 | 西南大学 | 一种高比电容的碳化蚕丝 |
CN111604032A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-01 | 山东建筑大学 | 一种Janus氮掺杂碳纳米纤维薄膜及制备方法与应用 |
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