【摘 要】
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新型功能化微孔炭材料因具有丰富的微孔孔隙、高的比表面积、可调的表面化学性质等特点,在吸附与催化领域具有良好的应用前景。然而,该类材料的制备目前面临两方面的挑战:（1）传统制备微孔炭材料的方法在很大程度上依赖复杂的制备工艺和特定的前驱体,缺乏对材料物化性质的精细调控。从前驱体分子的组装出发,设计一种简单通用的制备功能化微孔炭材料的方法非常必要。（2）对于多孔炭负载的金属催化材料而言,小尺寸的金属纳米
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新型功能化微孔炭材料因具有丰富的微孔孔隙、高的比表面积、可调的表面化学性质等特点,在吸附与催化领域具有良好的应用前景。然而,该类材料的制备目前面临两方面的挑战:（1）传统制备微孔炭材料的方法在很大程度上依赖复杂的制备工艺和特定的前驱体,缺乏对材料物化性质的精细调控。从前驱体分子的组装出发,设计一种简单通用的制备功能化微孔炭材料的方法非常必要。（2）对于多孔炭负载的金属催化材料而言,小尺寸的金属纳米颗粒展现出高的催化活性,但高温热解通常导致金属团聚,需要开发简单有效的方法来控制金属的迁移和聚集。围绕上述问题,本文提出了一种简单快速的酸碱沉淀组装法,该方法具有普适性,适用于单宁酸与一系列有机小分子碱的组装,可制备一系列氮掺杂微孔炭材料,且基于金属与前驱体之间的强相互作用,进一步将该方法发展为制备微孔炭搭载的高分散纳米金属催化剂的通用方法。论文的主要内容与进展如下:（1）选用具有高反应性多酚结构单元的单宁酸和具有高氮含量的有机小分子碱（组氨酸、精氨酸、赖氨酸、2-甲基咪唑、咪唑、多巴胺、吡啶等）为酸碱配对前驱体,室温下单宁酸与小分子碱在水溶液中快速沉淀组装,再通过直接热解,可以得到一系列氮掺杂微孔炭材料。我们对以单宁酸和组氨酸为前驱体的制备进行了深入研究,通过调节单宁酸/组氨酸的比例和炭化温度,实现对炭材料的孔道结构和表面化学性质的调控。所得微孔炭具有高的比表面积（～1446 m2/g）、大的微孔体积（～0.50 cm3/g）和高的N含量（～7.72 wt%）,其孔径分布窄,微孔占有率接近100%,且以超微孔（＜0.70nm）为主。该材料具有出众的CO2选择性吸附性能,最大吸附量为4.10mmol/g（0℃,1 bar）,CO2/N2的选择性为39（0℃）。（2）基于单宁酸和组氨酸双配体的强配位作用,我们进一步在氮掺杂微孔炭材料上负载金属纳米颗粒,利用酸碱共沉淀法制备微孔炭搭载的高分散纳米金属催化剂。我们探究了方法的普适性,制备了不同种类的微孔炭搭载的单金属或双金属催化剂,包括 Co、Fe、Ni、Cu、Mn、Zn、Mo、CoNi、FeCo 和 FeNi。高温炭化条件下金属纳米颗粒保持较小的尺寸和较高的分散度。以金属Co的负载为例,通过调节单宁酸/组氨酸的组装比例、钴盐前驱体的投加比以及炭化温度,可以灵活调控Co物种的结构、尺寸和负载量等性质。所得催化剂材料具有高的比表面积（554-1212 m2/g）和孔体积（0.20-0.53 cm3/g）,且Co纳米颗粒尺寸较小（2.2-12.5 nm）,在炭载体上均匀分散。典型的Co/NC催化剂在硝基苯加氢催化中表现出高的催化活性（10barH2,110℃条件下转化率约100%）。
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