新型納米材料炭氣凝膠的制備、表征及應用研究.pdf

1、該論文開發(fā)了以新原料、新催化劑制備炭氣凝膠的工藝過程,期望降低炭氣凝膠的制備成本.實驗采用低溫N<,2>吸附、IR、NMR、XPS、SAXS、TEM、SEM、Raman和TG等手段研究了炭氣凝膠的微結構特點;對炭氣凝膠的合成機理進行了合理的推測和初步的實驗證實;以所制炭氣凝膠作雙電層電容器電極材料,采用循環(huán)伏安法和阻抗譜實驗表征了相應炭氣凝膠電極的電化學行為.論文工作得到了國家自然科學基金和中科院山西煤化所煤轉化重點實驗室基金的資助.以

2、Ca(OH)<,2>和MgCO<,3>為催化劑(Cat)制備了間苯二酚(R)甲醛(F)炭氣凝膠.相對以K<,2>CO<,3>和Na<,2>CO<,3>為催化劑的凝膠體系,凝膠化時間大大縮短,所得氣凝膠密度降低.催化劑含量(R/Cat)和反應物濃度是影響凝膠化時間和氣凝膠性質的主要因素.TEM顯示Ca(OH)<,2>為催化劑制得的RF炭氣凝膠的網(wǎng)絡結構優(yōu)于K<,2>CO<,3>、Na<,2>CO<,3>催化劑制得的炭氣凝膠的網(wǎng)絡結構.以混

3、甲酚(Cm)、甲醛為原料,NaOH為催化劑成功合成了低密度、塊狀無裂紋CmF有機氣凝膠及炭氣凝膠.由于增大反應物含量,所得水凝膠強度好,不需經(jīng)過三氟乙酸老化,縮短了氣凝膠合成周期.將C<,m>F有機氣凝膠炭化可以得到炭氣凝膠,它繼承了有機氣凝膠的三維網(wǎng)絡結構.采用IR分析技術跟蹤C<,m>F氣凝膠的熱解過程,發(fā)現(xiàn)400~600℃之間樣品中出現(xiàn)石墨化結構的紅外活性振動,表明炭氣凝膠的微結構中開始有亂層石墨化微晶出現(xiàn).CmF氣凝膠是典型的中

4、孔材料.以間甲酚(m-C)、甲醛為原料,以NaOH為催化劑經(jīng)溶膠-凝膠過程和CO<,2>超臨界干燥可得橙紅色有機氣凝膠,高溫炭化得炭氣凝膠.論文研究了水凝膠的酸老化過程,發(fā)現(xiàn)間甲酚甲醛水凝膠的酸老化過程中存在一個合適的酸濃度,可以使氣凝膠密度最小.初步證實醋酸、鹽酸可以代替較為昂貴的三氟乙酸對水凝膠進行老化.以Ca(OH)<,2>為催化劑,固定催化劑含量(R/Cat),提高RF溶膠-凝膠體系的反應物濃度(≥30﹪),經(jīng)超臨界干燥可以得到