CN112063366A - 一种NiCu复合氮的多孔碳材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种NiCu复合氮负载多孔碳材料及其制备方法和应用。为一种多孔碳材料，所述多孔碳材料中负载Ni、Cu、氮元素。三聚氰胺海绵与镍盐和铜盐进行浸渍，然后进行焙烧得到NiCu复合氮负载多孔碳材料。这三种元素负载得到的多孔碳材料，具有丰富的界面，可以提供界面极化，增加材料对电磁波的介电损耗，另一方面，材料适宜的阻抗匹配使得尽可能多的电磁波得以进入材料内部。具有较好的吸波性能。

Description

一种NiCu复合氮的多孔碳材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体涉及一种NiCu复合氮的多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

电磁波的发现极大地推动了人类科技的进步，我们现在的生活环境中充满了各种各样的电磁波，并且他们在如今的社会中扮演了极其重要的角色。现代科技在朝向无线化的趋势发展，越来越多的电子设备开始引入无线传输技术，移动手机、WIFI、NFC等。然而事物总是有两面性，电磁波在方便我们的同时也有很多缺点，首先是相互干扰的问题，相互接近的无线信号之间的干扰使得设备的工作常常陷入故障；其次，电磁辐射给人体健康带来了严重的伤害，已成为继噪声污染、大气污染、水污染和固体废弃物之后的又一大污染，引起了世界各国的广泛关注；加之军工上对隐身设备的需求，使得电磁波吸收材料的发展成为必然。

发明人现有的多孔炭吸波材料制备方法复杂，吸收电磁波的性能较差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种NiCu复合氮的多孔碳材料及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种NiCu复合氮的多孔碳材料，为一种多孔碳材料，所述多孔碳材料中负载Ni、Cu、氮元素，具有三维纳米网状的结构。

本发明提供一种同时负载Ni、Cu、氮元素的多孔碳材料。这三种元素负载得到的多孔碳材料，具有丰富的界面，可以提供界面极化，增加材料对电磁波的介电损耗，另一方面，材料适宜的阻抗匹配使得尽可能多的电磁波得以进入材料内部。

第二方面，上述NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，所述方法为：将镍盐和铜盐加入水中得到混合溶液A，将三聚氰胺海绵浸没于混合溶液A中，反应得到三聚氰胺海绵前驱体，将三聚氰胺海绵前驱体进行焙烧得到NiCu复合氮负载多孔碳材料。

三聚氰胺海绵前驱体通过焙烧得到三维多孔碳材料，三聚氰胺海绵前驱体焙烧之前通过浸渍使其负载Ni、Cu元素，在焙烧的过程中，三聚氰胺中含有大量的氮元素，在焙烧的过程中，N元素通过焙烧损失掉一部分。

本发明的一个或多个技术方案具有如下有益效果：

通过三聚氰胺海绵浸渍，使其负载金属离子，经过焙烧后得到负载镍和铜的多孔碳，具有三维多孔的结构，使其具有良好的吸波性能；

通过金属离子配比来控制产物的结构和组成，使产物具有良好的吸波性能，在电磁波吸收材料方面有着巨大的应用。对比现有技术，本发明制备的NiCu复合氮负载三维多孔碳材料合成方法简单，形貌可控，合成周期短，吸收强。

制备过程仅需一次油浴和一次焙烧即可得到最终产物，对于制得的NiCu复合氮负载三维多孔碳，一方面由于三者材料之间的丰富的界面，可以提供界面极化，增加材料对电磁波的介电损耗，另一方面，材料适宜的阻抗匹配使得尽可能多的电磁波得以进入材料内部，整个过程工艺简单，成本低，效果好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是实施例1制备的NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的SEM图。

图2是实施例1制备的NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的XRD图。

图3是实施例1制备的NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的TEM图。

图4是实施例1制备的NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的XPS图。

图5是实施例1制备的NiCu复合氮的多孔碳吸收体的反射损耗图。

图6是实施例2制备的NiCu复合氮的多孔碳吸收体的反射损耗图。

图7是实施例3制备的NiCu复合氮的多孔碳吸收体的反射损耗图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，一种NiCu复合氮的多孔碳材料，为一种多孔碳材料，所述多孔碳材料中负载Ni、Cu、氮元素，具有三维纳米网状的结构。

本发明提供一种同时负载Ni、Cu、氮元素的多孔碳材料。这三种元素负载得到的多孔碳材料，具有丰富的界面，可以提供界面极化，增加材料对电磁波的介电损耗，另一方面，材料适宜的阻抗匹配使得尽可能多的电磁波得以进入材料内部。

在本发明的一些实施方式中，多孔碳材料中负载的Ni元素和Cu元素的质量为1:0-0:1；优选为1-1.9:1.1-2.2；进一步优选为1:1-1.2。

第二方面，上述NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，所述方法为：将镍盐和铜盐加入水中得到混合溶液A，将三聚氰胺海绵浸没于混合溶液A中，反应得到三聚氰胺海绵前驱体，将三聚氰胺海绵前驱体在惰性气氛中进行焙烧得到NiCu复合氮负载多孔碳材料。

在本发明的一些实施方式中，混合溶液A中加入pH调节剂，pH调节剂为尿素。选择尿素作为pH调节剂的原因是将金属离子形成沉淀。加入pH调节剂具有调节混合溶液的反应pH的作用，使其在与三聚氰胺海绵进行混合反应时，达到反应的条件。

在本发明的一些实施方式中，三聚氰胺海绵前驱体、镍盐、铜盐、pH调节剂、水的添加比例为1-2g:0-0.8mmol:0-0.8mmol:30-80mmol:100-1000mL(不包含0)；优选为1-2g:0.1-0.4mmol:0.1-0.4mmol:60mmol:800-1000mL；优选为1.7g:0.4mmol:0.4mmol:60mmol:800mL。

在本发明的一些实施方式中，三聚氰胺海绵浸在混合溶液A中进行反应的温度为80-120℃，反应时间为5-18h；优选的，反应的温度为80-110℃，反应时间为5-10h。在这一过程中发生的反应是金属离子生成氢氧化物。在上述的温度和时间范围内有助于反应金属离子生成的氢氧化物。

在本发明的一些实施方式中，镍盐和铜盐分别为硝酸镍、硝酸铜。

在本发明的一些实施方式中，惰性气氛为氮气或氩气。

在本发明的一些实施方式中，焙烧温度为700-1000℃，时间为1-5h；优选的，焙烧温度为800-1000℃，时间为1h。焙烧的温度和时间，影响多孔碳的结构和组成。

第三方面，上述NiCu复合氮的多孔碳材料在电磁波吸收材料领域中的应用。

第四方面，一种NiCu复合氮的多孔碳吸收体，包括上述的NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡。NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡复合得到吸收体的原因为石蜡具有较好的吸波效果，石蜡配合多孔碳材料，提高吸波效果。

在本发明的一些实施方式中，NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3-5。

第五方面，上述NiCu复合氮的多孔碳吸收体的制备方法为：将NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡混合得到多孔碳吸收体。优选的，混合的温度为45-55℃。

第六方面，上述NiCu复合氮的多孔碳吸收体在电磁波抗干扰领域中的应用。下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

(1)在持续搅拌的条件下将0.4mmol硝酸镍，0.4mmol硝酸铜，60mmol尿素加入到800mL水中；然后放入油浴锅中，加入三聚氰胺海绵，在100℃条件下反应10h。待自然冷却至室温后，得到三聚氰胺海绵前驱体；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤并烘干。

(2)将得到的三聚氰胺海绵前驱体在氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温1h，然后自然冷却至室温，得到NiCu复合氮负载三维多孔碳。

将得到的NiCu复合氮负载三维多孔碳与石蜡在50℃下进行混合得到多孔碳吸收体。NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3。

图1为实施例1中制备的NiCu复合氮负载三维多孔碳的SEM图，从图中可以看出制备的材料为三维纳米网状的结构。

图2是实施例1制备的NiCu复合氮负载三维多孔碳的XRD图，表明所合成的复合材料含有Ni、Cu、N和C，且与标准衍射图谱NiCu(JCPDS No.09-0205)吻合度较好。

图3为NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的TEM图。图中多孔碳的线状结构的表面附着NiCu纳米粒子。

图4为实施例1制备的NiCu复合氮的三维多孔碳复合吸波材料的XPS图。通过图4可以看到，三维多孔碳中存在铜元素和镍元素。

将实施例1制备的NiCu复合氮负载三维多孔碳材料进行吸波性能测试，将得到的NiCu复合氮负载三维多孔碳与石蜡在50℃下进行混合得到多孔碳吸收体。NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3。

图5是实施例1制备的多孔碳吸收体的吸波性能图。当多孔碳吸收体厚度为1.7mm时，最强吸收性能为-50.2dB。

实施例2

(1)在持续搅拌的条件下将0.1mmol硝酸镍，0.2mmol硝酸铜，60mmol尿素加入到1000mL水中；然后放入油浴锅中，加入三聚氰胺海绵，在80℃条件下反应10h。待自然冷却至室温后，得到三聚氰胺海绵前驱体；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤并烘干。

(2)将得到的三聚氰胺海绵前驱体在氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至1000℃，恒温1h，然后自然冷却至室温，得到NiCu复合氮负载三维多孔碳。

将得到的NiCu复合氮负载三维多孔碳与石蜡在50℃下进行混合得到多孔碳吸收体。NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3。

图6为实施例2制备的多孔碳吸收体的吸波性能图。从图6可以看到，当厚度为1.5-1.7mm时，吸波效果最好。

实施例3

(1)在持续搅拌的条件下将0.2mmol硝酸镍，0.1mmol硝酸铜，60mmol尿素加入到800mL水中；然后放入油浴锅中，加入三聚氰胺海绵，在110℃条件下反应5h。待自然冷却至室温后，得到三聚氰胺海绵前驱体；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤并烘干。

(2)将得到的三聚氰胺海绵前驱体在氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至800℃，恒温1h，然后自然冷却至室温，得到NiCu复合氮负载三维多孔碳。

将得到的NiCu复合氮负载三维多孔碳与石蜡在50℃下进行混合得到多孔碳吸收体。NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3。

图7为实施例3制备的多孔碳吸收体的吸波性能图。实施例2和实施例3的反射损耗图和实施例1的反射损耗图的对比可知，反应原料的比例影响吸收的效果。实施例1的吸收效果好于实施例2和实施例3。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种NiCu复合氮的多孔碳材料，其特征在于：为一种多孔碳材料，所述多孔碳材料中负载Ni、Cu、氮元素，具有三维纳米网状的结构。

2.如权利要求1所述的NiCu复合氮的多孔碳材料，其特征在于：为一种多孔碳材料，所述多孔碳材料中负载Ni、Cu、氮元素。

3.如权利要求1-2任一所述的NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：所述方法为：将镍盐和铜盐加入水中得到混合溶液A，将三聚氰胺海绵浸没于混合溶液A中，反应得到三聚氰胺海绵前驱体，将三聚氰胺海绵前驱体在惰性气氛中进行焙烧得到NiCu复合氮负载多孔碳材料。

4.如权利要求3所述的NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：混合溶液A中加入pH调节剂，pH调节剂为尿素。

5.如权利要求3所述的NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：三聚氰胺海绵前驱体、镍盐、铜盐、pH调节剂、水的添加比例为1-2g:0-0.8mmol:0-0.8mmol:30-80mmol:100-1000mL(不包含0)；优选为1-2g:0.1-0.4mmol:0.1-0.4mmol:60mmol:800-1000mL；优选为1.7g:0.4mmol:0.4mmol:60mmol:800mL；

或，三聚氰胺海绵浸在混合溶液A中进行反应的温度为80-120℃，反应时间为5-18h；优选的，反应的温度为80-110℃，反应时间为5-10h；

或，惰性气氛为氮气或氩气。

6.如权利要求3所述的NiCu复合氮的多孔碳材料的制备方法，其特征在于：焙烧温度为700-1000℃，时间为1-5h；优选的，焙烧温度为800-1000℃，时间为1h。

7.权利要求1-2任一所述的NiCu复合氮的多孔碳材料在电磁波吸收材料领域中的应用。

8.一种NiCu复合氮的多孔碳吸收体，其特征在于：包括权利要求1-3任一所述的NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡；

优选的，NiCu复合氮的多孔碳材料和石蜡的质量比为2:3-5。

9.权利要求8所述的NiCu复合氮的多孔碳吸收体的制备方法，其特征在于：将NiCu复合氮负载多孔碳材料和石蜡混合得到多孔碳吸收体；

优选的，混合的温度为45-55℃。

10.权利要求8所述的NiCu复合氮的多孔碳吸收体在电磁波抗干扰领域中的应用。

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