模板法合成介孔碳材料的研究.pdf

1、有序介孔碳材料由于具有較大的比表面積、豐富的介觀結(jié)構(gòu)與較強(qiáng)的骨架結(jié)構(gòu)等特性已經(jīng)引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣，具有巨大的應(yīng)用前景。目前對(duì)介孔碳材料合成路線的探索與性能研究及改性是國際上的研究焦點(diǎn)。
　　本論文針對(duì)采用模板法合成的介孔碳材料為主要研究對(duì)象，以單一模板法與混合模板法為主線，探索研究介孔碳材料骨架結(jié)構(gòu)的調(diào)控、表面改性及形貌控制的合成路徑與反應(yīng)機(jī)理。
　　首先以短鏈烷烴作為添加劑，酚醛樹脂與軟模板劑F127

2、通過氫鍵作用進(jìn)行有機(jī)-有機(jī)自組裝過程水熱合成介孔碳材料，這種方法可以對(duì)介孔骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)苯酚∶甲醛∶F127∶正庚烷<1:4:0.015:14時(shí)，對(duì)整個(gè)合成體系影響不大，可以合成表面粗糙的實(shí)心介孔碳球。當(dāng)苯酚∶甲醛∶F127∶正庚烷>1:4:0.015:14時(shí)，開始部分形成水包油的體系，則在此體系的界面將會(huì)進(jìn)行自組裝的過程，從而可以合成空心介孔碳球，且介孔孔道變大。當(dāng)苯酚∶甲醛∶F127∶正庚烷≥1:4:0.015:56時(shí)，由于無

3、法形成水包油的體系，所以最終得到了破球碎片形貌的介孔碳材料，介孔孔徑增大。因此，烷烴的加入不僅影響介孔碳材料的形貌與結(jié)構(gòu)，對(duì)其介孔結(jié)構(gòu)也具有擴(kuò)孔的作用。
　　然后采用簡便的一步法合成磺酸基介孔碳材料。通過兩種合成方案進(jìn)行探討，對(duì)比得出最佳合成方案：將可溶性酚醛樹脂、軟模板劑F127與磺化劑硫酸進(jìn)行混合反應(yīng)，在進(jìn)行氫鍵作用自組裝過程的同時(shí)將磺酸基團(tuán)引入。當(dāng)苯酚∶甲醛∶F127∶硫酸=1:4:0.0078:0.06時(shí)可合成介孔有序度極

4、高的磺酸基介孔碳材料。
　　最后以水溶性酚醛樹脂作為碳前驅(qū)體，嵌段共聚物F127作為軟模板劑，碳酸鈣作為硬模板劑，通過軟-硬混合模板法合成空心介孔碳材料。這種方法的合成機(jī)理研究較少，需要研究確定最佳實(shí)驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)空心介孔碳球的合成。當(dāng)苯酚∶甲醛∶F127∶碳酸鈣=1:2:0.0078:1時(shí)可合成粒徑約為800nm的空心介孔碳球。使用不同粒徑的硬模板劑可以制得不同粒徑的空心介孔碳材料。
　　通過以上三類介孔碳材料的合成與機(jī)理研究