壳聚糖-F27软模板法制备孔结构可调的氮掺杂纳米介孔碳球

以壳聚糖为新的碳源和氮源的前驱体、三嵌段两亲共聚物(F127)为软模板,采用喷雾干燥和直接碳化技术成功制备了氮掺杂介孔碳纳米粒(NMCs).系统研究了模板剂用量对氮掺杂介孔碳材料孔结构和氮元素含量的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、热失重分析仪(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积和孔径分析仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对氮掺杂介孔碳纳米粒子的微观形貌和结构进行了表征.分析研究结果表明,氮掺杂介孔碳材料孔隙发达,纳米粒子具有球形形貌,平均直径约为300～400 nm,具有蠕虫状介孔结构,随着模板剂用量的增加,孔径在3.05～6.09 nm逐渐增大,氮元素含量逐渐从6.324;减少为3.020;,孔容和比表面积先增加后减少,碳源和模板剂质量比在6:2时比表面积最大为868.9 m2/g,孔容为0.963 cm3/g.同时掺N后的介孔碳由于掺氮量不同,接触角随着氮含量的增加而减少.     

有序氮掺杂介孔碳的水热自组装合成及其CO2吸附性能研究

以Pluronic F127为软模板,三聚氰胺和尿素为氮源,通过无需预聚合的一步水热协同自组装法制备了有序氮掺杂介孔碳CO2吸附剂.采用N2吸附/脱附、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等多种表征手段考察了吸附剂的结构及表面特性.测定了不同温度下CO2和N2在有序氮掺杂介孔碳上的吸附等温线,应用多种吸附等温模型(Langmuir、Freundlich、Temkin、Dual-site Langmuir(DSL)模型)进行了拟合分析,并结合IAST模型预测了吸附剂在模拟烟气中的CO2/N2吸附选择性.结果表明,有序氮掺杂介孔碳具有较大的比表面积(可达498.6 m2/g)、高度有序的介观结构(P6mm空间群)以及较高的氮含量,其中氮元素以多种形式均匀掺杂在碳骨架中.研究发现,有序氮掺杂介孔碳对CO2和N2的吸附高度符合DSL吸附等温模型.此外,氮含量更高的NOMC-M具有更大的CO2吸附量(0℃,3.55 mmol/g;25℃,2.67 mmol/g)和CO2/N2吸附选择性(>40),且在连续CO2吸附/脱附循环测试后仍可保持良好的再生稳定性.     

磷掺杂介孔碳的制备及其电化学性能

以酚醛树脂为碳前驱体,磷酸为磷源,三嵌段共聚物F127为软模板,通过溶剂挥发诱导自组装(EISA)法制备了具有介孔结构的磷掺杂介孔碳(PMCs)。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法研究所制备的PMCs的形貌与结构并利用电化学工作站测试其电化学性能。实验结果表明,磷元素在介孔碳中主要以C—P键和P—O键两种形式存在。电化学测试表明,通过调整磷掺杂量可获得最大比电容。当电流密度为0.5 A/g时,介孔碳比电容为140 F/g,而优化后的磷掺杂介孔碳比电容可达176 F/g。     

高比表面介孔碳的制备及其对溶菌酶的吸附研究

以间苯二酚-甲醛为碳源前驱体,正硅酸乙酯为硅源前驱体,嵌段聚合物F127(PEO106PPO70PEO106)为模板剂,在酸性条件下采用三组分共组装制备了具有介孔结构的碳硅复合材料.通过NaOH清洗去除硅元素可以得到具有更高面积和孔容的介孔碳.TEM和小角XRD结果表明,添加了正硅酸乙酯后所得介孔材料由有序结构变为无序蠕虫状.介孔碳材料的比表面积由389 m2/g增加到602 m2/g,孔容由0.45 cm3/g增加到0.58 cm3/g.所得介孔材料对溶菌酶的吸附量随着介孔材料比表面积和孔容的增加而增大.纯介孔碳的吸附行为符合Langmuir等温线吸附拟合,高比表面介孔碳的吸附过程符合Freundlich等温线吸附拟合.     

中空介孔SiO2纳米球的制备、改性及其对Al3+荧光识别研究

中空介孔SiO2由于中空多孔的结构而常用作功能材料的基底.将中空介孔SiO2进行官能团修饰,并应用为荧光传感材料是中空介孔SiO2一个重要的研究领域.本论文采用聚丙烯酸(PAA)为中空模板,聚醚F127为造孔剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氨水为催化剂在乙醇体系中制备了中空介孔SiO2纳米球.系统研究了搅拌速度和聚醚F127引入量对中空介孔SiO2纳米球形貌及比表面积的影响.通过透射电镜、N2-等温吸附脱附曲线等表征说明该合成方法具有很好的普适性,通过调节F127的引入可以实现对比表面积的有效控制.通过氨基化、席夫碱反应进行荧光修饰,进一步研究表明荧光修饰后的中空介孔SiO2纳米球在水溶液中能够实现对Al3+的有效检测,检测限为1.19×10 -7M.     

一步法合成含Co磁性有序介孔碳

以resol型酚醛树脂为前驱体,F127为模板剂,采用简单的一步法制备了磁性有序介孔碳材料,并对所得材料进行X射线衍射、N2吸附脱附、透射电子显微镜(TEM)、磁性能表征。在较低的Co含量下,所得材料保持了良好的二维六方有序结构(p6mm),随着Co含量的增加,介孔材料的有序性逐渐降低。所得样品中磁性粒子是以Co单质的形式存在的,且少量磁性前驱体的加入能够提高介孔复合材料的比表面和孔容,但是前驱体的持续增加会导致所得材料比表面和孔容的降低。所得材料在室温下表现出软铁磁性,饱和磁化强度等磁性能参数可以通过Co含量的改变而改变。     

以氧化石墨烯为硬模板合成多级孔MCM-22分子筛

为了促进传质,以氧化石墨烯为硬模板对MCM-22分子筛的孔结构进行调整,水热合成具有微孔/介孔/大孔结构的MCM-22分子筛,并利用X射线衍射(XRD)、IR、氮气吸脱附、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电镜(TEM)等手段对样品进行表征.结果表明:多级孔MCM-22分子筛中含有大量的非分子筛本身的40～250 nm孔径的介孔/大孔.然后,我们提出了一个简易的多级孔结构的形成机理模型.     

介孔球形LiFePO4/C原位复合材料制备与表征

磷酸铁锂由于其安全性好,价格低廉,理论比容量高等优势而成为一种重要的锂离子电池正极材料.本文利用微生物法与水热法相结合的新方法成功制备出介孔LiFePO4/C原位复合材料.以微生物为模板和碳源,通过与金属离子和磷酸根离子的矿化作用形成盐类混合物,经200℃水热反应,从而形成LiFePO4/C原位复合材料.通过结构与性能表征,该复合材料具有介孔球形结构,在0.1C倍率下的首次放电容量可达到134 mA·h.g-1,比普通水热法合成的样品的比容量提高了近30;,且其充放电性能有着很好的对称性和较小的极化现象.其性能显著提高的主要原因是材料具有介孔球形结构和原位复合碳的存在,从而促进了锂离子的嵌入与脱出和电子传导.     

三维有序大孔碳的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

以葡萄糖为碳源、硫酸为脱水剂、聚苯乙烯胶体晶体为模板,采用简单的浸渍-煅烧工艺制备了高度三维有序大孔碳(3DOM-C)材料.利用SEM、FESEM、TEM、紫外-可见光光度计和氮气吸附-脱附分析仪对样品进行了表征,考察了3DOM-C、贵金属Pt和活性碳作为对对电极材料在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中的光电转化性能,并进一步对电极进行了电化学阻抗分析.结果表明,3DOM-C材料的孔径约为280 nm,具有三维有序网络空间结构.J-V测试结果显示,3DOM-C/DSSC的光电转化效率为4.61;,达到了Pt/DSSC的90;.阻抗测试结果显示,3DOM-C电极表现出良好的电催化活性及导电性,与Pt电极相近且远高于活性碳.     

以氧化石墨烯为硬模板合成多级孔MCM-22分子筛（英文）

为了促进传质,以氧化石墨烯为硬模板对MCM-22分子筛的孔结构进行调整,水热合成具有微孔/介孔/大孔结构的MCM-22分子筛,并利用X射线衍射(XRD)、IR、氮气吸脱附、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电镜(TEM)等手段对样品进行表征。结果表明:多级孔MCM-22分子筛中含有大量的非分子筛本身的40~260 nm孔径的介孔/大孔。然后,我们提出了一个简易的多级孔结构的形成机理模型。