基于聚膦腈的多孔性碳材料的制備與儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、本文以六氯環(huán)三磷腈(HCCP)和4，4'-二羥基二苯砜(BPS)為共聚單體，三乙胺(TEA)為縛酸劑，通過(guò)沉淀聚合及模板誘導(dǎo)自組裝機(jī)理，構(gòu)建了三種類型的碳前軀體，即:聚膦腈納米球、聚苯乙烯@聚膦腈(PS@PZS)復(fù)合微球、四氧化三鐵@聚膦腈(Fe3O4@PZS)復(fù)合微球;前驅(qū)體經(jīng)過(guò)高溫碳化，得到了多種類型的富含雜原子的多孔性碳材料，并對(duì)所制備碳材料進(jìn)行了儲(chǔ)氫性能測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　 首先，以六氯環(huán)三磷腈和4，4'

2、-二羥基二苯砜為共聚單體，三乙胺(TEA)為縛酸劑，乙腈為溶劑，采用沉淀聚合法，合成出了粒徑均一的聚膦腈納米球。將制備的聚膦腈納米球置于管式炭化爐中，先通高純氮?dú)?h以便排除爐中空氣，然后在惰性氣氛下以5℃/min、10℃/min、15℃/min不同升溫速率，升溫至600℃、750℃、900℃等溫度，保溫2h后自然降溫，制備出含有雜原子（氮、硫、磷、氧等）的且具有多孔性的碳納米球。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，升溫速率相同情況下，隨著碳化溫度的升高，所

3、制備碳納米球的表面積隨之升高，在900℃條件下達(dá)到最高;在同一碳化溫度條件下，隨著升溫速率的提高，所制備碳球的比表面積先升高然后又降低，在10℃/min時(shí)達(dá)到最大。儲(chǔ)氫測(cè)試表明，溫度為750℃，升溫速率為5℃/min時(shí)制備的碳球具有最大儲(chǔ)氫量(1atm,77K,2.47wt％)。
　　 對(duì)所制備PZS微球，我們用氫氧化鉀活化劑進(jìn)行了處理，并借助變換升溫速率和碳化溫度等措施，制備出了含有微介孔徑結(jié)構(gòu)的碳球。結(jié)果表明，在活化劑和聚膦

4、腈質(zhì)量比為2∶1、炭化溫度為750℃下、升溫速率為10℃/min條件下，所制備碳球的比表面積最大，儲(chǔ)氫量最高;在同一溫度750℃下，升溫速率都為10℃/min，不同的活化比例（活化劑和PZS的質(zhì)量比為1∶1，2∶1或4∶1）條件下，質(zhì)量比為2∶1時(shí)制備碳球的比表面積達(dá)到最大(2730m2/g)，儲(chǔ)氫量也達(dá)到最高（1atm,77K,2.9wt.％）
　　 其次，以合成的聚苯乙烯微球(PS)為模板，HCCP和BPS為共聚單體，乙醇為

5、溶劑，基于模板誘導(dǎo)組裝機(jī)理，合成了PS@PZS復(fù)合微球。以制備的復(fù)合微球?yàn)榍败|體，在管式炭化爐中炭化。分別以5℃/min、10℃/min、15℃/min不同升溫速率，升溫至750℃，保溫2h后自然降溫，制備出含有雜原子的（氮、硫、磷、氧）空心結(jié)構(gòu)的碳球。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在750℃條件下，隨著升溫速率的提高，比表面積逐漸降低，5℃/min時(shí)制備碳球的比表面積達(dá)到最大(564m2g-1)，儲(chǔ)氫量也最高（1atm,77K,1.36wt％）。

6、r>　　 再次，在四氧化三鐵納米微粒存在條件下，以HCCP和BPS為共聚單體、乙醇做溶劑，合成出四氧化三鐵@聚膦腈(Fe3O4@PZS)復(fù)合微球。將制備的Fe3O4@PZS復(fù)合微球在管式炭化爐中炭化，并對(duì)得到的炭化樣進(jìn)行鹽酸刻蝕處理，得到含有微介孔結(jié)構(gòu)的多孔性碳球，儲(chǔ)氫測(cè)試表明，其常壓儲(chǔ)氫量可達(dá)1.63wt％。
　　 三組試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，碳材料中豐富的微孔及較大的比表面積是提高碳材料儲(chǔ)氫量的關(guān)鍵因素，碳材料中雜原子的存在會(huì)有