新型高比表面积聚合物材料和石墨烯材料的合成与应用

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多孔材料主要由微孔沸石分子筛,介孔材料和大孔材料组成,因其具有高的比表面积,丰富的孔隙和均一的孔径分布等特点。在催化、吸附、分离、离子交换等领域里的发挥着重要的作用正得到广泛的应用。石墨烯材料也是具有高比表面积的材料,因其在光学和电学方面的广泛应用而在近年来成为研究的热点。本文致力于探究采用新颖的合成路线,合成多种新型的具有高比表面积的材料,包括多孔聚二乙烯基苯材料和石墨烯材料的合成,并对这些材料的结构和性质进行了研究,以满足各种不同条件的需要。首先,作为多孔材料中的一类很有前途的材料,有机多孔材料由于它们具有大比表面积和出色的吸附能力成为近年来研究者们高度关注的对象。与无机多孔材料(如:沸石分子筛,介孔二氧化硅等)不同,具有有机骨架的纳米孔材料因为具有亲酯性,所以在处理有机物和生物材料表现出了非常吸引人的性质。而这种独特的性质引发了多孔聚合物的快速发展。然而,复杂的合成过程和高昂的原料成本限制了有机孔材料的工业化应用。为此,研究者们一直致力于开发一种更方便制备,原料价格更适宜,吸附效果更出色的多孔聚合物材料。比如,超疏水超亲油的多孔聚二乙烯基苯材料PDVB,在吸附有机物方面表现出了优异的性质。然而,这种多孔聚二乙烯基苯材料PDVB的超疏水性质严重的阻碍了其对水溶液中的生物大分子的吸附。因此,需要开发一种浸润性可控,具有大的比表面积,合适的孔径尺寸的以有机骨架为基础的纳米孔材料。我们通过在聚合物中引入羧基/酰氨基官能团,通过简单有效的溶剂热法,以乙酸乙酯为溶剂成功地合成出具有可控的浸润性表面的纳米孔聚合物材料。这类材料具有丰富的纳米孔,高比表面积,和大尺寸孔径,因此,对于肌红蛋白显示出了非常高的吸附速度和吸附能力。其次,对于大尺寸范围内的多级孔聚合物结构的合成和可控性的研究还不多。我们成功地在丙酮溶剂中通过溶剂热法合成出具有可控的多级孔结构的聚合物材料。更重要的是,这种材料只需在合成过程中控制丙酮溶剂的含量即可实现由大孔-介孔复合结构向介孔-微孔复合结构的转化。而由此得到的材料具有大量的纳米孔,大的比表面积和超疏水表面,因此作为去除室内挥发性有机污染物的吸附剂将有着非常光明的前景。接着,我们以用乙酸乙酯为溶剂通过溶剂热法合成的纳米孔聚二乙烯基苯材料作为聚合物粉笔,将其任意涂抹在不同的表面上获得了超疏水表面。这种易行的制备方法非常符合制备过程简单和可广泛应用的趋势。通过纳米孔聚合物涂层,超疏水性可以非常容易的转换到不同形状和特性的基底上,提供了一种获得超疏水表面的便捷路线。最后,我们以钴铝水滑石为模板,通过离子交换法将对苯乙烯磺酸根成功的嫁接在水滑石的层间,通过在氮气氛中程序升温,升温过程中对苯乙烯磺酸根自组装聚合后高温煅烧去除模板,成功合成了具有高比表面积的的石墨烯材料,这类材料将在超级电容器上的应用取得了优异的成绩。
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