強(qiáng)酸性水相自組裝合成介孔碳及其形成機(jī)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(xué)性能，使得其在吸附、催化、能量存儲/轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)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(dǎo)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(fù)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(diǎn)。本論文對強(qiáng)酸

2、性水相條件下合成有序介孔碳材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對其形成機(jī)理進(jìn)行了探討。具體工作如下：
　　1.發(fā)展了一種在強(qiáng)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(jī)-有機(jī)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(xué)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(yīng)條件，

3、如P123濃度和反應(yīng)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(qiáng)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(dǎo)有機(jī)-有機(jī)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(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能。活化之后的碳材料其比電容可達(dá)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(yīng)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(jī)鹽存在的強(qiáng)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(dāng)使用高親水嵌段共聚物F127為模板劑在強(qiáng)酸性水溶液中合成立方介孔碳時，在體系中加入無機(jī)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