一步碳化多孔有机材料制备多孔碳及其性能的研究

开发并利用清洁的、可再生的能源是解决环境污染问题和能源短缺的有效方法.碳化含碳量较高的多孔有机材料制备的多孔碳,具有较高的比表面积,良好的物化稳定性,优良的机械性能等优点,在清洁能源的存储、分离、能量的存储与转化领域有广泛的应用.常见的由多孔有机材料制备多孔碳的方法主要是非活化碳化法和活化碳化法.不同的制备方法得到的多孔碳形貌,孔结构各不形同.多孔碳材料自身的结构性质可以影响其应用.合理的设计并调控多孔碳的“孔”,发挥孔尺寸的“筛分效应”可以有效地对气体进行存储和分离.在锂电等能量转化领域,“限域效应”是影响锂电性能的重要因素.多孔碳材料中较小的孔可以限域活性成分,而较大的孔可以快速传输,两种孔的协同效应可以使锂电性能大大提升.本综述系统地归纳了一步碳化多孔有机材料制备多孔碳的方法及其优势,详细地介绍了其在气体吸附、存储、分离以及电化学等领域的应用.最后,结合多孔碳材料的研究现状,提出由多孔有机材料制备多孔碳材料所面临的挑战,同时也展望了多孔碳材料的应用前景.     

多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料具有高的比表面积、可调控的物理化学性质、价廉易得等优点,在能源存储和转换、催化、吸附分离等领域展现出了巨大的应用前景.多孔碳材料的制备方法和前驱体的选择直接决定了其性能及使用范围.聚合物结构丰富,通过碳化不同结构的聚合物制备多孔碳材料是目前多孔碳材料的研究热点之一.本文详细综述了目前多孔碳材料的主要制备方法以及聚合物作为碳前驱体,其结构与多孔碳材料结构与性能之间的构效关系.最后,对多孔碳材料的未来发展方向做了进一步的展望.     

无机多孔材料的合成及其在环境催化领域的应用

无机多孔材料因其具有特殊的物化性能在化工、能源、环保等相关领域被广泛应用。本文总结了无机多孔材料的当前研究进展,详细介绍了微孔、介孔、大孔材料和大孔-介孔、大孔-微孔、介孔-微孔以及大孔-介孔-微孔等复合孔材料的制备方法,并介绍了无机多孔材料在室内、外等环保催化领域的应用,特别介绍了多孔材料对于消除移动源污染的应用。最后,对当前无机多孔材料在制备方面存在的问题进行了总结,并对今后无机多孔材料的制备方法和研究方向进行了展望。     

激光诱导三维网状石墨烯的一步法制备及应用

三维多孔石墨烯作为一种优异的石墨烯碳材料, 其独特的多孔结构使得材料在具有较大比表面积的同时还保持着足够高的电子迁移率和机械稳定性, 在电子器件中得到了广泛的应用. 本文介绍的激光诱导石墨烯是一种以一步法直接制备得到的三维网状石墨烯材料, 该技术将三维石墨烯的制备和图案化相结合, 无需进行湿化学反应处理, 制作方法更简便, 材料性能更优异. 目前研究主要集中在通过掺杂提高性能和利用转移法实现不同基底器件的制备. 激光诱导石墨烯自身特有的属性如多孔微纳米结构和大的比表面积等使其在超级电容器和传感器等领域拥有较高的应用价值.     

聚合物基超疏水材料制备技术的研究进展

聚合物基超疏水材料由于制备工艺简单、制备方法多样,正逐步成为最主要的仿生疏水材料,为工农业生产和人们的日常生活带来极大的便利。文章综述了聚合物基超疏水材料制备技术的最新研究进展,介绍了国内外有关聚合物基超疏水材料的制备工艺和制备方法,包括模板法(生物模板法、多孔阳极氧化铝法、多孔CO2微球层模板法)、化学气相沉积法、蒸汽诱导相分离法、电纺法、激光和等离子刻蚀法等,并指出了今后超疏水材料将面临的挑战。     

骨组织工程支架材料研究进展*

骨在组织工程中得到了非常广泛、深入的研究.支架材料与许多可降解材料一起也在进行探索性研究.用于骨组织工程的生物材料可以是三维多孔的刚硬材料,也可以是可注射材料.本文从聚合物角度综述了骨组织工程对支架材料的基本要求,用于骨组织工程的可降解生物材料、支架材料的设计和制备技术以及支架材料的表面修饰等方面的研究进展.     

多孔碳材料的模板法制备、活化处理及储能应用

简要介绍了广义模板法制备多孔碳材料的研究现状,并进一步阐述了应用传统活化法对模板法制备的多孔碳材料进行结构调控. 最后,详细介绍了多孔碳材料在氢气吸附以及超级电容器用电极材料等储能领域的应用.     

有机多孔聚咔唑的制备及性能研究进展

聚咔唑具有刚性主链和共轭富电子体系, 既有利于形成永久性多孔材料, 又可增强被吸附物与吸附剂之间的相互作用, 还具有特异的光电性能. 因此, 近年来有机多孔聚咔唑材料的研究成为有机多孔材料领域中的一个热点. 有机多孔聚咔唑一般具有较大的比表面积和稳定的孔结构, 其制备方法简单多样, 多孔性可调控, 而且可以保持良好的光学电学性质, 在气体存储与分离、有机蒸气吸附、催化、传感及有机电子学等方面具有潜在的应用价值. 就有机多孔聚咔唑材料的制备而言, 常用的制备方法是以氧化偶联反应和Friedel-Crafts反应为代表的合成方法, 还有一些如氰基三聚和碳–碳偶联反应等其他的合成方法. 本文主要介绍近几年有机多孔聚咔唑的制备方法和性能研究与应用方面的最新进展.     

可降解聚氨酯型组织工程多孔支架材料的制备

本文在可降解型聚氨酯分子设计,聚氨酯型组织工程支架制备方法,可降解聚氨酯多孔支架的生物学性能及可降解聚氨酯多孔支架在组织工程中的应用等几个方面对可降解聚氨酯型组织工程支架的最新研究进展作了综述。重点讨论了静电纺丝、冷冻干燥、相分离等几种聚氨酯多孔支架制备方法以及聚氨酯型组织工程支架的生物降解性质、生长因子嵌入、生物力学性能、生物相容性等生物学性能。目前的研究表明通过聚氨酯分子设计与各种支架制备方法结合可制得满足各种生物学性能的支架材料且这类材料已被证实在血管、软骨、硬质骨等各类组织工程中有重要的应用价值。但如何进一步提高聚氨酯支架材料的力学强度以使其能更好地与硬组织的力学性能相匹配以及如何降低或消除聚氨酯对人体的毒性仍是需要进一步研究的问题。     

糖蜜基多孔碳球电极材料的制备及应用

以工业制糖的副产物糖蜜为新型碳源,替代传统多孔碳生产原料,制备出性能优异的多孔碳球超级电容器电极材料;探索了制备方法,优化了反应条件.利用全功能表面吸附仪、扫描电子显微镜及电化学方法对材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明,制得的多孔碳球比表面积高达2547 m~2/g,且展现出优异的双电层电容性(170.5 F/g).本研究可解决制糖企业对糖蜜无法大规模利用的问题,并为多孔碳的制备寻求新方法.     

荧光性多孔芳香骨架材料的简便制备 及在硝基爆炸物检测中的应用

报道了一种简便的制备高荧光性多孔有机聚合物材料的方法, 即以1,3,6,8-四溴芘(TBrPy)与硼酸类单体为构筑基元, 通过Suzuki偶联反应制备多孔芳香骨架材料LNUs. 利用傅里叶变换红外光谱、 热重分析、 氮气吸附、 固体紫外光谱和荧光光谱等分析方法对其结构与性能进行了系统表征. 分析结果表明, 该类多孔芳香骨架材料具有良好的热化学稳定性和较大的比表面积, 所得材料优异的荧光性能使其非常适合用于硝基爆炸物的选择性检测. 多孔芳香骨架材料LNUs在苯、 溴苯、 苯胺、 甲苯、 氯苯和苯酚等分子存在下, 荧光强度基本不变, 而在加入硝基苯、 对硝基苯酚和对硝基氯苯后, 荧光几乎完全猝灭, 说明该类材料对硝基苯、 对硝基苯酚和对硝基氯苯显示出专一的检测性能. 根据这一特性, 利用LNUs材料制备了一种新型便携式纸传感器, 其可以简便快速实时检测硝基爆炸物, 并在痕量检测方面展现出良好的应用前景.     

碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用

碳纳米多孔宏观体是指由碳纳米材料自组装形成的宏观多孔材料。该材料保持了碳纳米材料大的比表面积及化学、热稳定性,对水体中的污染物,如油污、染料分子及重金属离子等具有良好的吸附性能。此外,该类材料具有宏观结构及稳定的机械性能,方便操作,且易实现所吸附物的回收及吸附材料的再生。因此,碳纳米多孔宏观体成为碳纳米材料研究和应用的热点。本文梳理了碳纳米多孔宏观体的制备及其在水处理中的应用,包括碳纳米多孔宏观体的制备、污染物吸附及材料再生等。首先对碳纳米多孔宏观体用于水体净化的背景进行了介绍,之后,按照组成单元不同,将碳纳米多孔宏观体按照碳纳米管多孔宏观体,石墨烯多孔宏观体,碳纳米纤维多孔宏观体及碳纳米粒子多孔宏观体进行了分类。第三部分,详细介绍了制备碳纳米多孔宏观体的三种常见方法并分别讨论了各种方法的优缺点及所制备产物的性质。第四部分,按照不同污染物种类讲述了碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用。最后,针对碳纳米多孔宏观体在水体吸附应用中存在的问题进行了分析及展望。     

多孔氧化物块体材料的制备及其对重金属离子吸附研究进展

目前去除重金属离子的方法较多,其中吸附法因操作简单、经济性好而被广泛使用。多孔氧化物块体材料作为新兴的吸附材料具有比表面积高、机械强度高及可回收性好等特点,但吸附选择性差以及孔结构单一的缺陷限制了其在水体重金属处理中的应用。本文详细叙述了多孔氧化物块体材料的多种制备方法,并分别讨论了各方法的优势及其不足。介绍了近几年研究较多的多孔氧化物块体材料及其制备方法与特性。最后,对多孔氧化物块体材料对 Pb、Cd及 Cr等重金属离子吸附性能的影响因素及改善措施方面进行了总结分析,并指出多种材料的复合、材料表面的接枝改性及分级多孔结构的构建会增强对重金属离子的吸附性能。期望本文为多孔氧化物块体材料的制备及其在重金属离子吸附方面的应用提供参考。     

甲苯二异氰酸酯与乙二胺沉淀聚合一步法制备聚脲多孔材料及其表征

以甲苯二异氰酸酯和乙二胺为单体,通过沉淀聚合一步到位制备了富含胺基的聚脲多孔材料.探讨了反应时间、溶剂种类及混合溶剂配比对聚脲多孔材料性能的影响.通过BET和压汞法对聚脲多孔材料的孔结构进行了表征,用扫描电子显微镜表征了材料的形貌,用X-射线衍射仪测试了材料的结晶性能.结果表明,聚合反应进行48 h后多孔材料的胺基含量不再变化,所得聚脲为典型多孔材料且部分结晶.与丙酮相比,以乙腈作反应介质制备的聚脲的比表面积和孔体积较大,孔径分布较宽.以乙腈和丙酮混合溶剂作反应介质,通过改变混合溶剂的配比可以改变材料的孔结构.     

高内相比乳液模板法合成多孔材料的研究进展

综述了以高内相比乳液作模板制备多孔材料的研究进展,介绍了油包水(W/O)乳液体系法、水包油(O/W)乳液体系法和超临界CO2法等制备方法、各种多孔材料的泡孔及通道直径、比表面积、密度等性能,以及这类多孔材料在生物医学、有机化学品清除、化学催化、水溶液中固体杂质分离、液相色谱、电化学传感器等领域的应用,并对其发展前景进行了展望。     

聚双环戊二烯基多孔材料的制备及性能

聚双环戊二烯(PDCPD)基多孔材料继承了聚双环戊二烯本身固有的高模量等特性,近年来备受关注。PDCPD基多孔材料的制备方法主要有溶胶-凝胶结合超临界干燥法、高内相乳液法、化学诱导相分离法以及化学发泡法等。利用不同方法制备的PDCPD多孔材料往往具有不同的结构和性能特征。例如,利用化学诱导相分离法和化学发泡法制备的低孔隙率闭孔PDCPD基材料多作为结构材料;高内相乳液法制备的开孔PDCPD基复合膜可实现催化反应;溶胶-凝胶结合超临界干燥法制备的高孔隙率开孔PDCPD材料导热系数低于20 mW/(m·K),可用于保温隔热。此外,本文还展望了PDCPD基多孔材料的发展前景。     

新型多孔氮化硼材料

多孔氮化硼材料是一种新型多孔非氧化物材料,具有高比表面积、可调孔径、良好的化学惰性和热稳定性等特点,在催化、储氢、气体吸附和分离等领域具有巨大的应用潜力,是材料领域研究热点之一。依孔径的不同,多孔氮化硼材料被分为微孔氮化硼、介孔氮化硼、大孔氮化硼和多级孔氮化硼。本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔等类型氮化硼材料的研究进展。重点介绍了不同类型氮化硼材料的制备和性能,并分析了各种制备方法的优缺点,最后探讨了多孔氮化硼材料的发展前景。     

新型高分子基多孔炭材料的设计制备与功能化策略

多孔炭材料具有孔隙率丰富、导电率高、结构稳定以及物理化学性质可调等优点,广泛应用于能源储存与转换、吸附分离、催化、石油化工和生物医药等领域.原料结构是影响多孔炭材料结构和性能的关键因素.高分子理化结构丰富可调,且具有良好的成炭性和形貌继承性,是制备高性能多孔炭材料的理想原料.本专论结合近期国内外研究进展以及我们课题组相关工作,系统总结了高分子衍生多孔炭材料的直接炭化法和模板法设计制备理论,讨论了炭骨架功能化策略,归纳了高分子的化学结构及微观形貌对多孔炭材料的孔道与骨架结构的影响规律,并展望了这一领域未来的研究方向.     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

膜催化研究 Ⅱ.多孔无机膜的制备与表征及其反应器对甲醇脱氢反应的促进作用

采用溶胶-凝胶法制备了多孔氧化铝膜,并通过DSC、TGA、SEM、N_2吸附和气体透过率测定等手段,对膜的性能进行了表征.结果表明,用这种方法制备的多孔氧化铝膜是一种均匀无裂痕和具有较窄孔径分布(约4nm)的膜材料.将此多孔氧化铝膜制成膜反应器后,用于甲醇催化脱氢制甲醛的反应,发现甲醇转化率比常规反应器有较大幅度的提高.同时首次尝试采用溶胶-凝胶法将催化活性组分直接负载到多孔氧化铝膜上,从而得到了一种具有催化活性的多孔膜,并考察了它的反应活性.文中对由这两种多孔膜及钯/陶瓷复合膜制成的反应器的特点进行了比较.