介孔碳材料的制備和表征.pdf

1、有序介孔碳(Ordered Mesoporous Carbon, OMC)是一種新型的非硅基介孔材料。由于其特有的組成與結(jié)構(gòu)、高的比表面積、有序的孔徑分布及其高的熱力學(xué)穩(wěn)定和化學(xué)惰性，在催化、吸附分離、能量?jī)?chǔ)存等領(lǐng)域具有很重要的應(yīng)用前景。這也使得有序介孔碳材料的合成及其應(yīng)用成為了新的研究熱點(diǎn)。本論文基于有機(jī)-有機(jī)自組裝的“軟模板”方法合成一系列多孔的碳材料。主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 采用三嵌段的共聚物(Pluronic F1

2、27，EO106PO70EO106和Pluronic P123，EO30PO70EO30)作模板劑，間苯三酚和甲醛的聚合物為廉價(jià)的碳前軀體，在弱酸性條件下，通過(guò)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝的方法制備出了具有超大介孔孔徑的碳材料。在P123的體系中，加入擴(kuò)孔劑癸烷，合成出具有蠕蟲(chóng)結(jié)構(gòu)的碳材料(PDC-600)，其孔徑也從11.5nm擴(kuò)大到14.7nm。以F127做結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成出具有超大介孔孔徑(17.2nm)的碳材料FC-600。在合成過(guò)程中，氫

3、鍵作用在增強(qiáng)表面活性劑和碳的前驅(qū)體之間的相互作用上發(fā)揮了重要的作用。
　　 混合表面活性劑體系相對(duì)于單一的表面活性劑來(lái)說(shuō)具有更加豐富的膠束行為，基于此對(duì)表面活性劑復(fù)配體系對(duì)介孔碳介觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考察。以非離子表面活性劑P123和陰離子表面活性劑SDS(十二烷基硫酸鈉)復(fù)混后表面活性劑體系做模板劑，以低聚的酚醛樹(shù)脂作碳的前驅(qū)體，在水溶液中通過(guò)有機(jī)-有機(jī)自組裝合成出一系列具有超微孔的有序碳材料。通過(guò)增加SDS在混合表面活性劑中的含量，

4、即隨著親水/疏水體積比的減小，所合成的碳材料的結(jié)構(gòu)從二維六方P6mm向體心立方Im3m轉(zhuǎn)變。當(dāng)SDS/P123的比例小于2.0時(shí)，碳材料為P6mm二維六方結(jié)構(gòu)；當(dāng)SDS/P123的比例在2.9到3.8時(shí)，介孔碳材料發(fā)生相轉(zhuǎn)變，變?yōu)轶w心立方的Im3m結(jié)構(gòu)。
　　 在低溫條件下(50℃)，以低廉的RF樹(shù)脂為碳前驅(qū)體，三嵌段的F127為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)溶液相中的autoclaving反應(yīng)，合成出具有二維六方的介孔孔道結(jié)構(gòu)的無(wú)破裂大塊狀

5、介孔碳材料，孔徑在5.0nm左右，比表面積可達(dá)624m2g-l，其宏觀尺寸可以達(dá)到幾個(gè)厘米，并且通過(guò)選擇不同尺寸的反應(yīng)釜可以得到具有不同的宏觀形貌的碳材料。同時(shí)，為了進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)用EISA方法也合成出了大塊碳材料，但最終得到蠕蟲(chóng)狀的介觀結(jié)構(gòu)。與溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝相比，autoclaving方法在制備大塊介孔碳材料領(lǐng)域具有更好的可操作性和可控性。
　　 在酸性條件下合成介孔二氧化硅/碳材料及具有超大比表面的介孔碳材料。以三嵌段共聚

6、物PEO-PPO-PEO(F127)為模板劑，resorcinol-formaldehyde型酚醛樹(shù)脂為高分子前驅(qū)體，氧化硅寡聚體為無(wú)機(jī)前驅(qū)體，通過(guò)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)三元共組裝的方法，將介孔無(wú)機(jī)材料的合成體系引入到介孔高分子材料的合成體系中，制備出介孔高分子-氧化硅納米復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)高溫處理后可以轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的碳-氧化硅納米復(fù)合材料。HF刻蝕除去碳-氧化硅納米復(fù)合材料中氧化硅組成之后，得到具有較大的孔徑(12.9nm)、孔容(1.52cm3/g