納米介孔材料與介孔-大孔材料的制備及超電容性能研究.pdf

1、介孔材料具有有序的孔道結(jié)構(gòu)、納米尺度的孔道尺寸、高比表面積和大孔容,在催化、吸附、分離、電極材料、醫(yī)藥載體、主客體化學等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,介孔材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用己成為跨化學、材料、物理、生物等學科的研究熱點。普通介孔材料其基本粒子尺寸往往處于微米尺度的范圍,顆粒尺寸太大必將會影響顆粒內(nèi)部介孔孔道的利用率及物質(zhì)在介孔孔道內(nèi)的傳輸,制備具有特殊納米結(jié)構(gòu)或多級孔道結(jié)構(gòu)的介孔材料是解決上述問題的非常有效的途徑。本論文主要研究了介孔碳納

2、米纖維、二級孔道介孔-大孔碳、特殊納米結(jié)構(gòu)介孔C03O4、NiO的制備與表征,并探討了產(chǎn)物的超電容性能。
　　 利用低分子量酚醛樹脂,三嵌段共聚物混合物填充多孔陽極氧化鋁模板的孔道,制備介孔碳納米纖維。制備過程中,納米空間對最初自組裝所形成的介觀結(jié)構(gòu)的納米限制效應(yīng)以及納米纖維外表面與陽極氧化鋁模板內(nèi)壁之間的強相互作用對最終納米纖維內(nèi)部的介觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響。當利用制備二維六方結(jié)構(gòu)FDU-15的前驅(qū)體填充AAO模板孔道時,先得到

3、同軸環(huán)形二維六方結(jié)構(gòu)的介孔聚合物納米纖維,進一步碳化后得到新型核.殼結(jié)構(gòu)的介孔碳納米纖維；當利用制備Im3m立方結(jié)構(gòu)FDU-16的前驅(qū)體填充AAO模板孔道時,先得到類似Im3m立方堆積的介孔聚合物納米纖維,進一步碳化過程中,隨著溫度的不斷升高,介孔尺寸不斷增大,最終得到具有大尺寸介孔孔道的介孔碳納米纖維；當利用制備層狀結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體填充AAO模板孔道時,先得到同軸環(huán)形層狀介孔結(jié)構(gòu)的聚合物納米纖維,進一步碳化過程中,除最外層外,聚合物納米纖

4、維的內(nèi)部各層不斷收縮,最終得到另一種核.殼結(jié)構(gòu)的介孔碳納米纖維；當利用單一的低分子量酚醛樹脂填充AAO模板孔道時,碳化后得到內(nèi)部含有大量納米尺寸空腔的碳納米纖維。在以上實驗的基礎(chǔ)之上,首次提出了納米空間對聚合物在碳化過程中收縮的納米限制效應(yīng)。此外,選取具有高比表面積及良好孔徑分布的介孔碳納米纖維進行電化學測試,結(jié)果表明,相比于普通介孔碳,這些介孔碳納米纖維的超電容性能有了明顯改善。
　　 利用自組裝形成的SiO2歐泊作為大孔模板

5、,利用低分子量酚醛樹脂仨嵌段共聚物混合物填充其孔道,制備了二級孔道結(jié)構(gòu)的介孔.大孔碳材料。在碳化過程中,由于SiO2歐泊納米空間對聚合物收縮的納米限制效應(yīng),導致介孔孔徑不斷增大,最終得到大比表面積、高孔容、大尺寸介孔孔道的介孔-大孔碳。電化學測試結(jié)果表明,相比于普通介孔碳,介孔-大孔碳超電容性能有了明顯改善。
　　 利用KIT-6、SBA-15介孔SiO2作為硬模板,六水合硝酸鈷作為前驅(qū)物,通過改進的固-液法制備了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的

6、介孔C03O4納米粒子。N2等溫吸附.脫附分析結(jié)果表明,介孔C03O4納米粒子具有二級孔道結(jié)構(gòu),熱處理溫度對介孔Co3O4樣品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)沒有明顯的影響。此外,研究了熱處理溫度與孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對介孔Co3O4超電容性能的影響。電化學測試結(jié)果表明:隨著熱處理溫度的增加,樣品的比電容值略有下降；BET比表面積是決定樣品比電容值最主要的因素；對于介孔材料,大尺寸的孔道與高有序度的孔道更利于離子在其介孔孔道內(nèi)的傳輸；介孔Co3O4納米粒子的介觀結(jié)構(gòu)

7、(二維六方結(jié)構(gòu)或三維.Ia3d立方結(jié)構(gòu))對比電容值沒有明顯的影響,但相比于三維Ia3d立方結(jié)構(gòu),二維六方結(jié)構(gòu)更利于離子在其孔道內(nèi)的傳輸。
　　 在不使用有機添加劑的條件下,通過簡單的水熱法制備了納米結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2與Co(OH)2,低溫熱處理得到納米結(jié)構(gòu)的介孔NiO與Co3O4。N2等溫吸附.脫附分析結(jié)果表明金屬氧化物具有高比表面積及二級孔道結(jié)構(gòu)。電化學測試結(jié)果表明介孔金屬氧化物具有良好的超電容性能。提出了一條通過對氫氧化物