基于酚醛胺體系多孔炭材料的可控制備.pdf

1、多孔炭材料由于具有高比表面積、發(fā)達(dá)孔隙、良好化學(xué)和熱穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，在催化、電化學(xué)、吸附和生命醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前多孔炭材料制備的核心是結(jié)構(gòu)控制和高效制備，難點(diǎn)集中在納米尺度下結(jié)構(gòu)以及表面化學(xué)的精準(zhǔn)調(diào)控，如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，去設(shè)計構(gòu)筑所需要的結(jié)構(gòu)仍然具有很大的挑戰(zhàn)。
　　本課題組開展了酚醛胺參與的新型苯并噁嗪聚合體系合成多孔炭材料的研究。苯并噁嗪的分子結(jié)構(gòu)靈活、可設(shè)計性強(qiáng)，并且可以原位引入含氮官能團(tuán)。本論文基于

2、酚醛胺體系，開展以下新型多孔炭材料合成的研究工作:
　　1.以間苯二酚(R)、甲醛、1，6-己二胺(DAH)為炭前驅(qū)體，設(shè)計合成一種尺寸高度均一、熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的聚苯并噁嗪基納米聚合物球，經(jīng)炭化可得尺寸小于200 nm、體積收縮率低、尺寸均一的納米炭球。建立了球體尺寸與初始反應(yīng)溫度之間的二次函數(shù)關(guān)系模型，可以通過精確控制初始反應(yīng)溫度得到對應(yīng)尺寸的納米聚合物球（250-105 nm）和納米炭球(225-95 nm)。炭球的孔道結(jié)構(gòu)及

3、表面化學(xué)性質(zhì)可以通過炭化條件進(jìn)行調(diào)變。以所合成炭球?yàn)槲侥Ｐ陀糜诘蜏囟趸?CO2)吸附，-50℃常壓吸附量可高達(dá)11.03 mmol g-1，具有分離低溫液化天然氣過程中低濃度CO2的應(yīng)用潛力，在CO2吸附過程中孔道結(jié)構(gòu)尤其是微孔結(jié)構(gòu)是決定CO2常壓吸附值的重要因素，含氮官能團(tuán)的存在有助于材料低壓CO2吸附值的提高，這為較低濃度CO2吸附材料的設(shè)計提供了參考依據(jù)。
　　2.將商業(yè)SiO2溶膠引入酚醛胺體系，利用雙胺DAH分子誘

4、導(dǎo)氧化硅溶膠在溶液中自組裝，并引發(fā)苯并噁嗪在自組裝體表面聚合，經(jīng)炭化和模板去除得到大孔容珊瑚狀中孔炭。材料的珊瑚狀連續(xù)骨架由囊泡狀基本單元構(gòu)成，囊泡的一側(cè)具有開口，基本單元之間有一定的連續(xù)性和連通性。建立了材料孔容與SiO2∶R之間的線性關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)了對材料孔容的可控調(diào)變，其孔容值最高可達(dá)4.18 cm3g-1，是擔(dān)載高負(fù)載量的鋰電活性物質(zhì)的良好載體。以其擔(dān)載氧化錫應(yīng)用于鋰離子電池，充放電50次后電池可逆容量仍可達(dá)900 mA h g

5、-1，展現(xiàn)出優(yōu)異的電容值及循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.將氧化石墨烯GO和氧化硅SiO2溶膠同時引入酚醛胺體系，利用雙胺DAH誘導(dǎo)SiO2和GO組裝，并引發(fā)苯并噁嗪在GO/SiO2復(fù)合物表面聚合，再經(jīng)炭化除硅得到獨(dú)特的中孔片狀結(jié)構(gòu)多孔炭。炭片表面均勻分布的球形中孔可用來高度分散活性物質(zhì)，有效地防止顆粒在長循環(huán)和高倍率下發(fā)生團(tuán)聚;連續(xù)的片狀骨架及其內(nèi)嵌的石墨烯結(jié)構(gòu)可以增加電極材料的電導(dǎo)率;片狀結(jié)構(gòu)以及片上垂直平面的孔道可以縮短離子傳輸距離。