CN107151006A - 在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 - Google Patents
在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107151006A CN107151006A CN201710406275.9A CN201710406275A CN107151006A CN 107151006 A CN107151006 A CN 107151006A CN 201710406275 A CN201710406275 A CN 201710406275A CN 107151006 A CN107151006 A CN 107151006A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dimensional porous
- ksc
- solution
- cof
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 title abstract 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 6
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N terephthalaldehyde Chemical compound O=CC1=CC=C(C=O)C=C1 KUCOHFSKRZZVRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013310 covalent-organic framework Substances 0.000 abstract 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 2
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical class C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C249/00—Preparation of compounds containing nitrogen atoms doubly-bound to a carbon skeleton
- C07C249/16—Preparation of compounds containing nitrogen atoms doubly-bound to a carbon skeleton of hydrazones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法，该方法使具有类石墨烯片层结构的共价有机框架（COF）直接生长在三维多孔洋麻杆碳（3D‑KSC）的孔壁上，得到三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料（3D‑KSC/COF）。利用该方法制备的三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料既具有类似石墨烯片层结构形状，又能保持3D‑KSC的三维孔状结构及良好的导电性和热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及共价有机框架材料，具体涉及在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法，用来制备共价有机框架材料。
背景技术
一些具有大比表面积的多孔材料常用于修饰和构建电化学传感器，如石墨烯、碳纳米管、壳核结构的纳米材料、金属有机框架材料(MOF)等。这些纳米材料通常直接用于基底材料或用作固载活性材料的支撑材料。然而，这些材料易形成堆积结构或容易从电极表面脱落等缺点。
三维多孔碳材料具有蜂窝状的孔洞结构、大量的活性位点、良好的物质传输能力，在许多领域被广泛应用。
发明内容
为了解决传统材料易形成堆积结构和易脱落等缺点，本发明采用化学合成法制备三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料(3D-KSC/COF)。
本发明的技术方案：使具有类石墨烯片层结构的共价有机框架(COF)直接生长在三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)的孔壁上，得到三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料(3D-KSC/COF)。得到的3D-KSC/COF既保持了3D-KSC的三维孔状结构，又含有类似石墨烯片层结构的COF。具体步骤如下：
1)将洋麻杆切成小块置于瓷舟中并放置于管式气氛炉中煅烧。在氮气饱和氛围下，以5～10℃min-1的升温速率升温至700～900℃并且保持2h。煅烧完成后得到三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)。
2)将对苯二甲醛和水合肼溶液分散于1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌3～10min后，向混合溶液中加入1～6M的乙酸溶液，再向其中加入若干根3D-KSC，反应6h。
3)取出3D-KSC，用1,4-二氧环己烷溶液清洗，置于40～80℃烘干，得到三维多孔洋麻杆/共价有机框架复合材料(3D-KSC/COF)。
其中，步骤1)中升温速率优选为5℃min-1，保持温度优选为700℃；步骤2)中搅拌时间优选为5min，乙酸溶液的浓度优选为5M；步骤3)中烘干温度优选为60℃。
本发明的技术效果是：这种方法制备的3D-KSC/COF复合材料经过扫描电子显微镜表征发现，其形貌为类似石墨烯片层结构COF垂直生长在3D-KSC的孔壁上，具有不易形成堆积结构和不易脱落的优点，极大地增强了材料的比表面积与导电性，解决了传统材料易形成堆积结构和易脱落等缺点，作为支撑材料可增加活性物质的负载量；该种制备方法不仅操作简单，且合成的材料具有较好的热稳定性和耐酸耐碱性，如图1所示。
附图说明
图1为3D-KSC/COF复合材料耐酸碱及热稳定性的证明图。其中，(A)、(B)(C)分别为3D-KSC/COF复合材料浸泡在不同pH值的缓冲液中2h后的SEM图，(D)、(E)、(F)分别为3D-KSC/COF复合材料浸泡在不同温度的缓冲液(pH 7.0)中2h后的SEM图；所有图像均为剖面图。
图2为实施例1制备的3D-KSC与3D-KSC/COF在低倍率下的扫描电子显微镜图(图中A、D为3D-KSC的俯视图和剖面图；B、C为3D-KSC/COF的俯视图和剖面图)。
图3为实施例2制备的3D-KSC/COF在低倍率下的扫描电子显微镜图(图中A、B为3D-KSC/COF的俯视图和剖面图)。
图4为实施例3制备的3D-KSC与3D-KSC/COF在低倍率下的扫描电子显微镜图(图中A、B为3D-KSC/COF的俯视图和剖面图)。
图5为实施例4制备的3D-KSC与3D-KSC/COF在低倍率下的扫描电子显微镜图(图中A、B为3D-KSC/COF的俯视图和剖面图)。
具体实施方式
实施例1
1)将洋麻杆切成小块置于瓷舟中并放置于管式气氛炉中煅烧。在氮气饱和氛围下，以5℃min-1的升温速率升温至700℃并且保持2h。煅烧完成后得到三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)。
2)将18mg的对苯二甲醛和8μL的水合肼溶液分散于3mL的1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌5min后，向混合溶液中加入0.3mL 3M的乙酸溶液，再向其中加入8根3D-KSC，反应6h。
3)取出3D-KSC，用1,4-二氧环己烷溶液清洗3次，置于60℃烘干，得到3D-KSC/COF。
将本实施例步骤1)得到的3D-KSC和步骤3)得到的3D-KSC/COF用扫描电子显微镜扫描，电镜图如图2(A、B)(低倍率)和图2(C、D)(高倍率)所示。
实施例2
1)将洋麻杆切成小块置于瓷舟中并放置于管式气氛炉中煅烧。在氮气饱和氛围下，以5℃min-1的升温速率升温至700℃并且保持2h。煅烧完成后得到三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)。
2)将18mg的对苯二甲醛和8μL的水合肼溶液分散于3mL的1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌3min后，向混合溶液中加入0.3mL 6M的乙酸溶液，再向其中加入8根3D-KSC，反应6h。
3)取出3D-KSC，用1,4-二氧环己烷溶液清洗3次，置于60℃烘干，得到3D-KSC/COF。
将本实施例步骤3)得到的3D-KSC/COF用扫描电子显微镜表征，其俯视图和剖面图的电镜图如图3所示。
实施例3
1)将洋麻杆切成小块置于瓷舟中并放置于管式气氛炉中煅烧。在氮气饱和氛围下，以10℃min-1的升温速率升温至900℃并且保持2h。煅烧完成后得到三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)。
2)将36mg的对苯二甲醛和16μL的水合肼溶液分散于3mL的1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌5min后，向混合溶液中加入0.6mL 3M的乙酸溶液，再向其中加入8根3D-KSC，反应6h。
3)取出3D-KSC，用1,4-二氧环己烷溶液清洗3次，置于80℃烘干，得到3D-KSC/COF。
将本实施例步骤3)得到的3D-KSC/COF用扫描电子显微镜表征，其俯视图和剖面图的电镜图如图4所示。
实施例4
1)将洋麻杆切成小块置于瓷舟中并放置于管式气氛炉中煅烧。在氮气饱和氛围下，以10℃min-1的升温速率升温至900℃并且保持2h。煅烧完成后得到三维多孔洋麻杆碳(3D-KSC)。
2)将18mg的对苯二甲醛和8μL的水合肼溶液分散于3mL的1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌10min后，向混合溶液中加入0.3mL 1M的乙酸溶液，再向其中加入8根3D-KSC，反应6h。
3)取出3D-KSC，用1,4-二氧环己烷溶液清洗3次，置于40℃烘干，得到3D-KSC/COF。将本实施例步骤3)得到的3D-KSC/COF用扫描电子显微镜表征，其俯视图和剖面图的电镜图如图5所示。
Claims (5)
1.一种在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法，包括如下步骤：
1)将对苯二甲醛和水合肼溶液分散于1,4-二氧环己烷溶液中，室温下充分搅拌3～10min后，向混合溶液中加入1～6M的乙酸溶液，再向其中加入三维多孔洋麻杆碳，反应6h；
2)取出三维多孔洋麻杆碳，用1,4-二氧环己烷溶液清洗，置于40～80℃烘干，得到三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)的烘干温度为60℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中搅拌时间为5min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中乙酸溶液的浓度为5M。
5.根据权利要求1～4中所述的任意一种方法制备得到的三维多孔洋麻杆碳/共价有机框架复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710406275.9A CN107151006B (zh) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | 在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710406275.9A CN107151006B (zh) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | 在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107151006A true CN107151006A (zh) | 2017-09-12 |
| CN107151006B CN107151006B (zh) | 2021-05-04 |
Family
ID=59795530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710406275.9A Active CN107151006B (zh) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | 在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107151006B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108722483A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-02 | 江西师范大学 | 多孔结构AuNPs-ZnONPs@C/3D-KSC纳米复合材料的制备方法 |
| CN109148165A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-04 | 曲阜师范大学 | 一种共价有机框架/石墨烯复合材料的制备及应用 |
| CN116099514A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-05-12 | 武汉海关技术中心 | 共价有机骨架化合物/石墨烯搅拌棒的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104477871A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-04-01 | 上海交通大学 | 包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法 |
| WO2015075294A1 (es) * | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Universitat De València | Preparación de grafeno corrugado y poroso a partir de cof para su uso como supercapacitores |
-
2017
- 2017-06-02 CN CN201710406275.9A patent/CN107151006B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015075294A1 (es) * | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Universitat De València | Preparación de grafeno corrugado y poroso a partir de cof para su uso como supercapacitores |
| CN104477871A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-04-01 | 上海交通大学 | 包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108722483A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-02 | 江西师范大学 | 多孔结构AuNPs-ZnONPs@C/3D-KSC纳米复合材料的制备方法 |
| CN108722483B (zh) * | 2018-05-24 | 2022-03-18 | 江西师范大学 | 多孔结构AuNPs-ZnONPs@C/3D-KSC纳米复合材料的制备方法 |
| CN109148165A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-04 | 曲阜师范大学 | 一种共价有机框架/石墨烯复合材料的制备及应用 |
| CN116099514A (zh) * | 2022-11-16 | 2023-05-12 | 武汉海关技术中心 | 共价有机骨架化合物/石墨烯搅拌棒的制备方法 |
| CN116099514B (zh) * | 2022-11-16 | 2024-06-07 | 武汉海关技术中心 | 共价有机骨架化合物/石墨烯搅拌棒的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107151006B (zh) | 2021-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104229789B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯的制备方法 | |
| Ren et al. | Rational design of a multidimensional N-doped porous carbon/MoS 2/CNT nano-architecture hybrid for high performance lithium–sulfur batteries | |
| CN110289424B (zh) | 一种mof衍生碳与蜂窝状多孔碳复合材料的制备方法 | |
| CN106564875B (zh) | 一种单分散钴氮共掺杂中空碳纳米颗粒的制备方法 | |
| CN107151006A (zh) | 在三维多孔洋麻杆碳上生长类石墨烯片层结构的方法 | |
| CN105460921A (zh) | 一种硒化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法 | |
| CN105322146B (zh) | 一种硒化钼/碳纳米纤维/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN103910356B (zh) | 一种三维石墨烯的制备方法 | |
| CN108461306A (zh) | 一种多层级n掺杂碳纳米棒复合材料及其制备方法 | |
| CN109192949A (zh) | 由ZIF-67多面体衍生化得到绒壳空心多面体Co9S8@MoS2的方法 | |
| CN103764561A (zh) | 二氧化硅-碳复合多孔质体及其制造方法 | |
| CN105280900A (zh) | 一种二硫化钨/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法 | |
| CN105836742A (zh) | 一种具有三维网络状结构石墨烯的制备方法 | |
| CN113046774B (zh) | 一种定向多孔单原子碳膜电极及其制备方法和应用 | |
| CN110590394A (zh) | 一种大尺寸SiC纳米线气凝胶的低成本制备方法 | |
| CN107161989A (zh) | 一种蜂窝状三维石墨烯的制备方法 | |
| CN107761081A (zh) | 一种高致密度的石墨烯/银复合材料及其制备方法 | |
| CN110665484A (zh) | 一种协同生长的自支撑介孔金属有机框架材料的制备方法 | |
| CN105329883A (zh) | 一种多孔石墨烯的制备方法 | |
| CN105116030B (zh) | 一种Cu2O@CuO半核壳结构纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN108975308A (zh) | 一种层级孔道炭纳米片及其制备方法和应用 | |
| CN109368616A (zh) | 一种三维石墨烯碳纳米管复合材料的可控制备方法 | |
| CN105958071A (zh) | 一种多层石墨烯表面垂直生长纳米碳管的三维多孔碳材料、制备方法及应用其的锂离子电池 | |
| CN105036117B (zh) | 一种多层石墨烯‑多壁纳米碳管三维碳材料及其制备方法 | |
| Duan et al. | In‐Situ Generated Trimetallic Molybdate Nanoflowers on Ni Foam Assisted with Microwave for Highly Enhanced Oxygen Evolution Reaction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |