有序介孔炭的软模板法制备及其性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:yqmaidou
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有序介孔炭(OMC)作为一种新型的多孔材料,除具有比表面积大、化学稳定性好、良好的导电性和机械强度高等优点外,还具有孔径均一、孔道排列有序的特点,在催化剂载体、吸附分离及储能方面有很好的应用前景。传统制备介孔材料的方法无法精确控制孔径大小及分布,能够解决这一难题的模板法成为近来制备有序介孔炭的主要方法。而模板法中的硬模板法需要有硅源的参与自组装和脱除硅模板步骤,因此本实验采用工艺简单且重复性好的软模板法进行制备。本文采用软模板法制备出高度有序的介孔炭材料。采用间苯二酚和甲醛在氢氧化钠催化条件下的预聚物为碳前驱体,两亲的超分子表面活性剂三嵌段共聚物(F108, EO132PO50 EO132)为模板剂,通过乙醇挥发诱导自组装获得具有有序介观结构的有机/有机复合物,经由100℃交联、160℃预氧化和炭化过程得到了具有三维体心立方(Im3m)孔道结构的有序介孔炭材料。制得的样品使用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)对其孔道排列的有序度和孔道结构类型进行表征,采用N2吸/脱附对有序介孔炭的比表面积和孔径分布进行表征,同时采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重(TG)及等测试手段对其组成进行分析表征。本实验主要考察了乙醇溶剂的挥发温度、模板剂的选取、模板剂F108与间苯二酚的质量配比、预氧化时间、炭化过程升温速率、交联剂六次甲基四胺添加量等因素对得到的有序介孔炭孔道结构的影响。实验结果表明:较低的溶剂挥发温度,较慢的炭化升温速率,加预氧化工艺步骤以及合适的预氧化时间和适量添加交联剂六次甲基四胺有利于得到孔道结构规整和孔道排列有序度良好的介孔炭材料。终温为400℃时炭化得到的有序介孔炭(OMC-400)的BET比表面积为419.6m2/g,孔径集中在6.4nm,终温为700℃时炭化得到的有序介孔炭(OMC-700)BET比表面积为570.3m2/g,孔径集中在4.3nm。对孔道结构较好的样品,采用恒流充放电法对样品作为超级电容器电极材料的电化学性能进行了测试。测试结果表明,材料具有很好的循环稳定性。在电流密度为100mA/g时,200次循环稳定后容量最高可达到150F/g,电流密度为200mA/g时容量为142F/g;在聚合反应前添加了0.025g六次甲基四胺得到的有序介孔炭,在电流密度为3A/g时仍具有较高的容量64F/g;当六次甲基四胺的添加量为0.05g时,炭化升温速率为1℃/min和0.5℃/min得到的有序介孔炭,在电流密度为3A/g时都仍具有100F/g左右的容量。
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