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(xué)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(xué)、材料、物理、生物等學(xué)科的研究熱點(diǎn)。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(qiáng)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(dāng)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(jìn)一步碳化后得到新型核.殼結(jié)構(gòu)的介孔碳納米纖維；當(dāng)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(dāng)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行電化學(xué)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(dǎo)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(xué)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(jìn)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(xué)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(jī)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?zé)崽幚淼玫郊{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(xué)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