溶膠凝膠法調(diào)控制備多孔新能源材料及其性能研究.pdf

1、多孔材料因其具有低相對密度、高孔隙率和高比表面積等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于吸附、過濾、消音、隔熱、儲能和催化等領(lǐng)域。多孔材料的制備方法很大程度上決定了其孔結(jié)構(gòu)、比表面積、力學(xué)性能等特性，從而決定了多孔材料的綜合性能。在眾多制備多孔材料的方法中，溶膠凝膠法具有低溫可控、易獲得所需的均相多組分體系等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。從新能源材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和性能提升要求來看，現(xiàn)有的制備多孔材料的溶膠凝膠工藝存在若干亟待解決的問題。第一，與溶膠凝膠過程中可通過縮聚反

2、應(yīng)形成三維連續(xù)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制備的氧化硅體系完全不同，近些年備受關(guān)注的可用于能源器件的多孔氧化鋯與多孔氧化鎳等材料體系，大都采用環(huán)氧化合物為促凝劑形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的途徑實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的制備；但環(huán)氧化合物存在有毒、易燃、易爆等缺點(diǎn)，需要開發(fā)新的綠色合成工藝。第二，現(xiàn)有溶膠凝膠法制備多孔炭材料的工藝復(fù)雜，大多需活化工藝獲得微孔孔道結(jié)構(gòu)及大比表面積，一維炭納米纖維多孔結(jié)構(gòu)的溶膠凝膠制備工藝尚未見報道，有必要開展無需活化工藝就能夠制備一維炭納米纖維

3、的溶膠凝膠制備工藝研究。第三，如何通過溶膠凝膠制備工藝研究，調(diào)控多孔高分子壓電材料（如聚偏氟乙烯等）的孔結(jié)構(gòu)，降低目前偏高的彈性模量，并使之與生物體力學(xué)性能匹配的研究未有文獻(xiàn)報道。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了以檸檬酸為促凝劑的調(diào)控制備金屬氧化物氣凝膠的溶膠凝膠新方法。以制備氧化鋯氣凝膠為例，研究了采用檸檬酸作為促凝劑形成濕凝膠的凝膠新機(jī)理。該方法克服了傳統(tǒng)溶膠凝膠法制備金屬氧化物氣凝膠的工藝中存在的促凝劑有毒的缺點(diǎn)，所制備的

4、氧化鋯氣凝膠具有良好的熱穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，基于檸檬酸輔助溶膠凝膠法的凝膠機(jī)理制備了氧化鎳氣凝膠；測試結(jié)果表明經(jīng)過250℃熱處理的氧化鎳氣凝膠具有高比電容（比電容量可達(dá)914 F·g-1），高倍率的特性。⑵以agaorse為原料，ZnAc為催化劑，通過溶膠凝膠法調(diào)控制備了炭納米纖維多孔材料。微觀結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示用此方法制備的多孔炭納米纖維的直徑約為15-20 nm；拉曼光譜(Raman)測試結(jié)果表明制得的炭納米纖維具有較高的石墨化程度；

5、電化學(xué)測試結(jié)果表明結(jié)構(gòu)優(yōu)化的炭納米纖維的比電容量最高可達(dá)157 F·g-1，且具有良好的穩(wěn)定性（10 A·g-1的條件下經(jīng)過2000次循環(huán)后比容量保持率為95％）。⑶用溶膠凝膠法結(jié)合相分離原理調(diào)控制備了具有不同孔結(jié)構(gòu)的含有β相的聚偏氟乙烯(PVDF)多孔材料。通過在多孔 PVDF中引入聚二甲基硅氧烷（PDMS），制備了PVDF-PDMS透明柔性復(fù)合材料，并通過控制溶膠中的PVDF的含量，得到了拉伸模量接近人體血管拉伸模量的PVDF-PD