強酸性水相自組裝合成介孔碳及其形成機理和性能研究.pdf

1、有序介孔碳材料由于其優(yōu)異的物理化學性能，使得其在吸附、催化、能量存儲/轉(zhuǎn)化等領域具有巨大的應用前景。它們的合成方法有多種，主要包括傳統(tǒng)的硬模板法、溶劑揮發(fā)誘導自組裝法和水相協(xié)同自組裝法。其中，水相協(xié)同自組裝法一般是利用酚醛樹脂齊聚物（或其單體）與兩親性嵌段共聚物間的氫鍵作用，在稀水溶液中通過自組裝得到介觀結(jié)構(gòu)的高聚酚醛樹脂，再經(jīng)高溫碳化得到有序介孔碳。相較于其他方法，該方法具有重復性好、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)有序度高以及可批量生產(chǎn)的優(yōu)點。本論文對強酸

2、性水相條件下合成有序介孔碳材料進行了系統(tǒng)研究，并對其形成機理進行了探討。具體工作如下：
　　1.發(fā)展了一種在強酸性水溶液中，以三嵌段共聚物P123為模板劑，間苯二酚/六次甲基四胺為前驅(qū)體對，通過有機-有機協(xié)同自組裝合成有序介孔碳材料的新方法。在該過程中，通過選用六次甲基四胺作為甲醛緩釋劑，使間苯二酚/甲醛樹脂與P123間的自組裝動力學得到有效控制，從而制得了一系列具有二維六方介孔結(jié)構(gòu)和纖維狀形貌的碳材料。通過簡單改變一些反應條件，

3、如P123濃度和反應溫度，可調(diào)控這些碳材料的尺寸及其它結(jié)構(gòu)性質(zhì)。強酸性條件下，質(zhì)子化的酚醛樹脂和P123之間庫侖相互作用是誘導有機-有機協(xié)同自組裝形成介觀結(jié)構(gòu)的驅(qū)動力。典型碳材料的介孔孔徑為~3.5nm，比表面積為~800m2g-1。經(jīng)KOH活化之后其比表面積可增大~2倍，同時保持其孔結(jié)構(gòu)的有序性。由于該碳材料有序的多級孔結(jié)構(gòu)，在超級電容器的應用中表現(xiàn)出良好的性能?；罨蟮奶疾牧掀浔入娙菘蛇_298F g-1，同時也具有良好的倍率和循環(huán)

4、性能。該方法不僅將有序介孔碳的水相合成從堿性拓展到酸性條件，豐富了介孔碳材料的合成途徑，同時可能適用于各種具有廣泛應用前景的金屬參雜介孔碳材料的批量合成。
　　2.發(fā)展了在無機鹽存在的強酸性水溶液中，合成高質(zhì)量三維體心立方結(jié)構(gòu)有序介孔碳材料的方法。研究發(fā)現(xiàn)，當使用高親水嵌段共聚物F127為模板劑在強酸性水溶液中合成立方介孔碳時，在體系中加入無機鹽不僅可提高模板劑-酚醛樹脂間庫侖相互作用，從而提高了介孔碳產(chǎn)物的有序度；同時，由于該過