多孔結構碳材料的制備及功能研究.pdf

1、近年來，多孔碳材料的制備和應用研究已經成為當代科學和技術研究的熱點。多孔碳材料由于其具有比表面積高、導電性好、物理化學性質穩(wěn)定等優(yōu)點，在化學化工、生物醫(yī)學、光電、電子器件等領域有著很高的應用價值。因此，本文制備了多種具有多孔結構的碳材料，包括具有大孔結構的反蛋白石結構碳薄膜和碳棒、具有介孔結構的碳納米片、具有微孔結構的碳纖維，并發(fā)掘了這些多孔碳材料的特性，包括對膽固醇的傳感特性、催化特性、電荷存儲特性。具體研究內容有:
　　(1)

2、首先，以沉積法制備了蛋白石結構膠體晶體，并以此為模板制備了具有大孔結構的反蛋白石結構碳薄膜。并研究了反蛋白石結構碳薄膜對于油的傳感特性、對于膽固醇的傳感特性。
　　(2)在反蛋白石結構碳薄膜的基礎上，制備了具有三維大孔結構的反蛋白石結構碳棒，并研究了反蛋白石結構碳棒對于膽固醇的傳感特性。
　　(3)開發(fā)了一種具有介孔結構的三維氮摻雜碳納米片材料，碳納米片材料由含鐵的碳納米顆粒構成。首先制備了鐵鎂的氫氧化物納米片材料，通過化學

3、氣相沉積法(CVD)將其還原為金屬納米片材料。以鐵作為催化劑，甲烷為碳源，在鐵納米顆粒外圍生長碳。將鎂用酸去除后，即得到具有介孔結構的含鐵碳納米片材料。在高溫氨氣環(huán)境下進行氮摻雜，得到具有介孔結構的三維氮摻雜碳納米片材料。這種材料對氧還原反應具有優(yōu)異的催化活性，可以與商用的鉑基催化劑媲美，并具有較高的電流密度和較正的起始電位。
　　(4)設計并制備了一種具有微孔結構的氮摻雜碳纖維。以具有纖維結構的棉花為前驅體，通過在氬氣和氨氣環(huán)境

4、下熱處理得到具有微孔結構的氮摻雜碳纖維。在反應過程中，氨氣與棉花中的碳反應，使其氣化形成微孔結構。具有微孔結構的氮摻雜碳纖維具有導電性高、機械性能好等優(yōu)點，并且具有連通的孔結構，這為電子傳輸和電解液的浸潤提供了多種通道，具有高的充放電性能。氮摻雜使微孔結構碳纖維具有贗電容效應，提高微孔結構碳纖維的親水性，使電解液更易滲透進電極材料的多孔結構中。此外，將具有微孔結構的氮摻雜碳纖維作為電極材料制備電容器器件時，不需要使用粘合劑、導電添加劑以