有序介孔炭及其復(fù)合材料的合成和應(yīng)用研究.pdf

1、有序介孔炭（ordered mesoporous carbon，OMC）不僅具有規(guī)則有序的介孔孔道、狹窄的孔徑分布和高的比表面積，而且具有疏水性、化學(xué)惰性、高機械強度和高導(dǎo)電性，在吸附分離、催化、儲能、電子電工等方面具有廣泛應(yīng)用前景，成為目前材料領(lǐng)域的研究前沿之一。
　　 針對目前普遍使用的硬模板法制備工藝繁瑣、耗時長、重復(fù)性差和需要除去昂貴的表面活性劑等不足，本論文主要研究和開發(fā)了有序介孔炭的兩種簡單高效的合成方法，并考察了O

2、MC的雙電層電容器性能。在此基礎(chǔ)上，制備了有序介孔炭/聚苯胺和有序介孔炭/納米鎳復(fù)合材料，分別考察了它們的超級電容器性能和磁性能。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、TG/DSC、FT-IR等現(xiàn)代分析手段研究了材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并與合成參數(shù)及其應(yīng)用性能相關(guān)聯(lián)，揭示材料制備、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能的關(guān)系，闡明形成機理，獲得系列基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 發(fā)明有序介孔炭的兩種制備方法。其一，首次通過將硫酸交聯(lián)的硅/三嵌段共聚物

3、/蔗糖復(fù)合物直接經(jīng)炭化和脫硅處理成功合成出孔道排列高度有序的介孔炭。其中，三嵌段共聚物P123與蔗糖不僅作為模板劑而且共同作為碳前驅(qū)體，有效提高了炭化收率。當(dāng)蔗糖：P123為1：4、晶化溫度和炭化溫度分別為100℃和850℃時合成了高度有序的介孔炭C-S，其最可幾孔徑為3.0nm、BET比表面積為610m2/g、總孔體積為0.66cm3/g。熱重分析表明P123和蔗糖之間存在相互作用，C-S大約是由27wt.％的蔗糖炭和73wt.％的P

4、123炭組成。其二，以三種三嵌段共聚物F108、F127和P123為模板劑，采用間苯二酚/甲醛樹脂為碳前驅(qū)體，首次將非水溶劑快速揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)從酸性體系發(fā)展到堿性介質(zhì)中合成有序介孔炭。通過對合成條件的優(yōu)化得出，當(dāng)堿、F108和間苯二酚的質(zhì)量比在0.3～0.5:1.5～2.5:1范圍內(nèi)調(diào)變時合成的介孔炭長程有序性最高。此路線從根本上擯棄了硬模板法固有的除硅過程，是目前最簡便、快捷、易于大量合成的有序介孔炭的制各方法。
　　 采

5、用恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等電化學(xué)測試方法詳細研究了具有不同孔結(jié)構(gòu)的有序介孔炭與其組成的雙電層電容器性能間的關(guān)系。結(jié)果表明：OMC材料均顯示出理想的雙電層電容行為。最可幾孔徑為3.6nm、比表面積為720m2/g的有序介孔炭C-P具有最低的阻抗和高達179F/g的比容量。尤其值得指出的是，有序介孔炭的大電流和大頻率行為均好于常規(guī)活性炭，這與其具有的大而規(guī)則的孔徑和高介孔率緊密相關(guān)。
　　 分別以有序介孔炭及其前驅(qū)體炭/硅復(fù)

6、合物為基體材料，采用化學(xué)氧化法在溶液中原位合成出OMC/聚苯胺復(fù)合材料，并與物理混合法制備的復(fù)合材料在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和超級電容器性能方面開展對比研究，揭示復(fù)合材料中聚苯胺擔(dān)載量、界面結(jié)合及孔結(jié)構(gòu)等因素對其電容行為的影響規(guī)律。結(jié)果表明：三種復(fù)合材料的電容均由雙電層電容和贗電容兩部分組成。有序介孔炭與苯胺的質(zhì)量比為30:70時制備的OMC/聚苯胺復(fù)合材料顯示出最高的比容量（值為895F/g）；當(dāng)有序介孔炭所占比例提高到50％時，電容器的大電流和