强酸性水相自组装合成介孔碳及其形成机理和性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liulangdetianya
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
有序介孔碳材料由于其优异的物理化学性能,使得其在吸附、催化、能量存储/转化等领域具有巨大的应用前景。它们的合成方法有多种,主要包括传统的硬模板法、溶剂挥发诱导自组装法和水相协同自组装法。其中,水相协同自组装法一般是利用酚醛树脂齐聚物(或其单体)与两亲性嵌段共聚物间的氢键作用,在稀水溶液中通过自组装得到介观结构的高聚酚醛树脂,再经高温碳化得到有序介孔碳。相较于其他方法,该方法具有重复性好、产物结构有序度高以及可批量生产的优点。本论文对强酸性水相条件下合成有序介孔碳材料进行了系统研究,并对其形成机理进行了探讨。具体工作如下:  1.发展了一种在强酸性水溶液中,以三嵌段共聚物P123为模板剂,间苯二酚/六次甲基四胺为前驱体对,通过有机-有机协同自组装合成有序介孔碳材料的新方法。在该过程中,通过选用六次甲基四胺作为甲醛缓释剂,使间苯二酚/甲醛树脂与P123间的自组装动力学得到有效控制,从而制得了一系列具有二维六方介孔结构和纤维状形貌的碳材料。通过简单改变一些反应条件,如P123浓度和反应温度,可调控这些碳材料的尺寸及其它结构性质。强酸性条件下,质子化的酚醛树脂和P123之间库仑相互作用是诱导有机-有机协同自组装形成介观结构的驱动力。典型碳材料的介孔孔径为~3.5nm,比表面积为~800m2g-1。经KOH活化之后其比表面积可增大~2倍,同时保持其孔结构的有序性。由于该碳材料有序的多级孔结构,在超级电容器的应用中表现出良好的性能。活化之后的碳材料其比电容可达298F g-1,同时也具有良好的倍率和循环性能。该方法不仅将有序介孔碳的水相合成从碱性拓展到酸性条件,丰富了介孔碳材料的合成途径,同时可能适用于各种具有广泛应用前景的金属参杂介孔碳材料的批量合成。  2.发展了在无机盐存在的强酸性水溶液中,合成高质量三维体心立方结构有序介孔碳材料的方法。研究发现,当使用高亲水嵌段共聚物F127为模板剂在强酸性水溶液中合成立方介孔碳时,在体系中加入无机盐不仅可提高模板剂-酚醛树脂间库仑相互作用,从而提高了介孔碳产物的有序度;同时,由于该过程经历了典型的溶胶-凝胶过程,通过“盐析”效应还可大大提高其产率。通过详细研究无机盐浓度及其种类、模板剂浓度以及反应温度等对产物结构的影响,对合成条件进行了优化。在此基础上,首次实现了在强酸性水溶液中,合成具有棱形十二面体形貌的“单晶”介孔碳材料,其形成符合典型的层生长机制。
其他文献
我少年时上体校,年轻时做过地区文工团贝大提琴手,最重要的经历是到农村插队。恢复高考后上大学学文学,毕业后分到新华社做图片编辑。30多年时间,我从一名初级编辑成为高级编辑,同时成为摄影个案研究者、历史照片梳理者、策展者、图文书编辑者、摄影实验活动的组织者、微纪录片讲述者。  命运就这样把我变成一个综合体。我做任何事情,出手重、用情深,杂音不听、得失不问,极少瞻顾前后,不会轻言放弃,所以积攒了足够多有
本博士论文以分子印迹技术为基础,在我组前期引入了辅助识别聚合物链(Assistant recognition polymer chains,ARPCs)探讨印迹技术的基础上进一步研究。本论文共分两部分,第一
本文以水杨醛缩氨基硫脲(H_2L)为有机构筑块,过渡金属离子和Keggin多金属氧酸盐为无机构筑块,在水热和自然蒸发的条件下合成了一个1,3,4?噻重氮有机组分修饰多金属氧簇的超分子化合物以及两个金属?有机骨架(MOFs)修饰多金属氧簇的有机?无机杂化配合物。并通过元素分析、IR、UV、单晶X?射线衍射等分析方法确定了化合物的组成及晶体结构。利用TG、CV、吸附等手段对化合物的热稳定性、电化学性质