核殼限域空間內(nèi)納米炭球的合成和結(jié)構(gòu)調(diào)控.pdf

1、納米炭球（如實心炭球、空心炭球和核殼炭球等）具有比表面積高、耐磨性好、各向同性等特點，在吸附、催化、生物醫(yī)藥及能源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。此外，納米炭球可作為結(jié)構(gòu)單元組裝成塊體材料，且球體之間的空隙可作為物質(zhì)的傳輸通道。目前關(guān)于納米炭球的合成有多種方法，然而，由于材料孔隙結(jié)構(gòu)的單一性和空腔內(nèi)部吸附能力弱等問題，材料的孔隙和內(nèi)部空腔很難被充分利用，使納米炭球的實際應(yīng)用受到限制。針對以上問題，本論文立足于溶液化學(xué)，借助分子間的弱作用合

2、成多種類型納米聚合物球，進(jìn)一步利用納米空間限域作用調(diào)控納米炭球微結(jié)構(gòu)。具體包括如下幾個方面:
　　(1)利用分子間弱酸弱堿相互作用，經(jīng)自組裝合成了空心炭球，利用“納米空間限域自活化”策略實現(xiàn)了空心炭球結(jié)構(gòu)的調(diào)控。實驗以2，4-二羥基苯甲酸、甲醛為炭前驅(qū)體，油酸為軟模板，氨水為催化劑，水熱合成了空心聚合物球。利用電荷匹配，構(gòu)筑了氧化硅(SiO2)包覆聚合物的核殼結(jié)構(gòu)，經(jīng)限域空間熱解和SiO2脫除步驟得到大空腔的空心炭球。研究發(fā)現(xiàn)，相

3、比于聚合物直接熱解樣品，經(jīng)納米空間限域熱解制備的空心炭球空腔體積增大近25倍，比表面積由560m2g-1增大至780m2g-1。將這種大空腔空心炭球應(yīng)用于水中Cr(Ⅵ)的吸附脫除，材料表現(xiàn)出較高的吸附效率:當(dāng)Cr(Ⅵ)濃度為10ppm時(100ml)，20mg樣品3小時便可實現(xiàn)Cr(Ⅵ)的完全去除，實驗結(jié)果優(yōu)于同類材料的文獻(xiàn)報道值。
　　(2)利用分子間氫鍵作用，經(jīng)自組裝合成了介孔炭球，利用核殼結(jié)構(gòu)限域作用將介孔炭球的孔徑擴大至～

4、10.8nm。實驗以間苯二酚、六亞甲基四胺(HMT)為前驅(qū)體，添加表面活性劑F127作為造孔劑，經(jīng)水熱反應(yīng)制備聚合物球。包覆一層SiO2后，經(jīng)限域空間熱解和SiO2脫除步驟可得到大孔徑介孔炭球，其比表面積和孔體積分別為864m2g-1和0.86cm3g-1，介孔孔徑為10.8nm，而采用常規(guī)熱解制備的炭球孔徑僅為1nm，該方法避免了常規(guī)熱解過程中的孔道熱收縮現(xiàn)象。將這種大孔徑介孔炭球應(yīng)用于超級電容器電極材料，炭球中大尺寸介孔改善了電解液

5、離子在炭球中的擴散速率，增強了材料的倍率性能，結(jié)果顯示:隨電流密度從10Ag-1增加到50Ag-1，容量分別為103Ag-1和96Ag-1，容量保持率為～93％。
　　(3)設(shè)計制備了一種具有三級孔隙結(jié)構(gòu)的核殼納米炭球。實驗基于苯并噁嗪化學(xué)，以間苯二酚、甲醛為前驅(qū)體，1，6-己二胺為催化劑，合成了粒徑均一(～370nm)的實心聚合物球。隨后對其進(jìn)行SiO2包覆及限域空間熱解，制備得到的炭球具有三級孔隙結(jié)構(gòu):介孔殼壁、空腔和微孔炭核