新型氣凝膠的制備與碳?xì)饽z的摻雜.pdf

1、有機(jī)氣凝膠是一種新型的納米材料，由于其在力、熱、電、光、傳質(zhì)等方面有獨特的性能，已經(jīng)吸引了世界各國研究者的目光。本文突破傳統(tǒng)有機(jī)氣凝膠的工藝過程，改進(jìn)實驗條件，將對苯二酚成功引入到有機(jī)氣凝膠結(jié)構(gòu)中，拓寬氣凝膠的研究種類和應(yīng)用范圍，同時，在碳?xì)饽z中進(jìn)行摻雜以提高碳?xì)饽z的儲氫性能。 以對苯二酚和甲醛作為反應(yīng)前驅(qū)體，調(diào)節(jié)反應(yīng)物中催化劑的濃度(對苯二酚與催化劑物質(zhì)的量比值為5-40時最佳)，通過溶膠．凝膠過程和CO<,2>超臨界干燥

2、技術(shù)，合成了對苯二酚-甲醛有機(jī)氣凝膠(簡稱HF有機(jī)氣凝膠)，進(jìn)一步碳化有機(jī)氣凝膠得到相應(yīng)的碳?xì)饽z，相關(guān)文獻(xiàn)至今未見報道。 為進(jìn)一步了解和控制HF有機(jī)氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能，對其進(jìn)行多種測試及表征。結(jié)果表明：HF氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻，孔洞大小在幾納米到幾十納米之間，膠體顆粒大小在30-50nm；HF氣凝膠具有可調(diào)的表觀密度(0.0727-1.1963g/cm<'3>)，HF有機(jī)醇凝膠的密度(0.3230-1.1963g/cm<'3>)

3、比HF有機(jī)氣凝膠(0.0727-0.5547g/cm<'3>)的密度大；HF有機(jī)氣凝膠具有大的比表面積(341.77-517.42m<'2>/g);隨著催化劑濃度的增大，隨著反應(yīng)物濃度的增大，HF有機(jī)氣凝膠的表觀密度和比表面積都會增大。碳化后，氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與碳化前基本保持不變，但凝膠的網(wǎng)絡(luò)致密得多；比表面積增大；顆粒大小比較均勻形狀比較規(guī)則，并且顆粒明顯變小，大小約為10納米；碳化失重比約為50％，體積收縮比要比碳化失重比稍大，碳化

4、后的表觀密度增大；碳化氣凝膠具有良好導(dǎo)電性，導(dǎo)電率為7.103s.m<'-1>，為雙電層電容器提供了一種良好的電極材料。 為了優(yōu)化有機(jī)氣凝膠的結(jié)構(gòu)，在RF有機(jī)氣凝膠中，引入對苯二酚，合成間/對苯二酚-甲醛(RHF)復(fù)合有機(jī)氣凝膠，并研究了凝膠的形成過程，同時，研究了凝膠性能的影響因素：隨著間苯二酚與對苯二酚物質(zhì)的量比值的減小，復(fù)合氣凝膠的密度減小，所得碳?xì)饽z的導(dǎo)電率也減??；隨著催化劑濃度的增大，碳化收縮比和碳化失重比都增大，氣

5、凝膠的密度也增大。 為了提高碳?xì)饽z的貯氫性能，本文還采用溶膠一凝膠過程中的物理摻雜和注入法兩種摻雜方法，在氣凝膠中摻入NaAlO<,2>晶體，這為進(jìn)一步氫化得到含NaAIH4的高儲氫量碳?xì)饽z打下重要的基礎(chǔ)。采用物理方法摻雜過程容易出現(xiàn)的沉淀現(xiàn)象，為避免沉淀發(fā)生總結(jié)出經(jīng)驗制備方法，實現(xiàn)了摻雜的均勻性，凝膠的摻雜量高達(dá)12％，摻雜后氣凝膠的透光性明顯不如RF有機(jī)水凝膠，不論摻雜量多少，凝膠顏色比起RF凝膠都有不同程度的變暗，透光

6、性變?nèi)酢Ｆ渌麠l件一定的情況下，增大反應(yīng)物濃度，凝膠透光性變?nèi)?；增大NaAlO<,2>的摻雜量，凝膠的透光性變?nèi)?；增大催化劑的用量，凝膠的透光性變?nèi)酢?采用注入法摻雜時，摻雜方法比較簡單，但是，摻雜量難以控制。有兩種摻雜途徑，一種途徑是，將碳?xì)饽z浸入NaAlO<,2>水溶液中并低溫加熱(不高于130℃)烘干；另一種是，將碳?xì)饽z在NaAlO<,2>溶液中浸泡后取出并沖洗掉表面溶液后再烘干。前者摻雜不均勻，但是可以在碳?xì)饽z進(jìn)行量