聚合物共混炭化法制备多孔炭材料的研究进展

聚合物共混炭化法有望成为一种能够对炭材料孔径进行精细控制的方法。该方法利用两种热稳定性不同、可形成相分离结构的聚合物共混炭化，热稳定性高的聚合物经过高温炭化成为炭基体，热稳定性差的聚合物则在热处理过程中分解气化，并在炭化产物中留下孔隙结构。综述了聚合物共混炭化法制备多孔炭材料的原理、方法、研究现状及最新进展，并指出共混聚合物分相相畴的控制和炭化过程中孔结构的控制是该法所存在的主要问题。     

同步合成模板炭化法制备双电层电容器电极用中孔炭材料的研究

以正硅酸乙酯为模板硅源，间苯二酚—甲醛凝胶为炭前驱体，采用同步合成模板炭化(SSTCM)法制备了具有可控结构的中孔炭材料。炭材料的比表面积可达1500m^2/g，平均孔径在3nm～10nm之间。经过酸催化水解预处理的二氧化硅模板前驱体溶液与间苯二酚—甲醛溶液混合，碱性条件下使两者的溶胶凝胶反应同步发生，得到有机，无机凝胶混合物。再经炭化、HF去模，制得SSTCM炭材料。N2等温吸脱附研究表明，与炭前驱体聚合物同步合成的结构可调的二氧化硅模板，导致了SSTCM炭材料可控中孔结构的形成。循环伏安研究表明，采用这种同步合成模板炭化法制备的SSTCM炭材料质量比容量达270F／g，炭材料具有的典型中孔结构使其可能成为一种理想的双电层电容器电极材料。     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

聚醚酰亚胺基炭分子筛膜的形成及其气体分离性能研究

以商用聚醚酰亚胺(PEI)作为前驱体,采用经过ZrO2-Al2O3复合溶胶修饰的陶瓷氧化铝为支撑体,浸渍涂膜制备聚合物膜,在空气中预氧化处理后,经500～800℃不同的炭化温度下制备出气体分离炭分子筛膜。为了考察炭化温度对炭膜结构和气体分离性能的影响,采用热重分析(TG)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和气体渗透等测试手段,对热解过程聚合物膜热稳定性、炭微晶结构及石墨化进程、微观形貌和气体分离性能进行了系统研究。结果表明,不同的炭化温度对所形成炭膜表现出不同物理和化学结构、炭结构和孔结构,最终影响炭分子筛膜的气体渗透性和分离选择性。     

基于微孔有机聚合物的多孔炭合成

近年来,多孔炭材料因比表面积高、孔结构丰富、化学稳定性高以及导电性好等优点已成为化学、生物以及材料等领域的研究热点,被广泛应用于催化、药物负载与缓释和电化学等方面。微孔有机聚合物(Micropore organic polymers,MOPs)作为一种近年来发展迅猛的新型多孔材料,具有合成方法多样性、化学和物理性质稳定、孔结构可调、较高的比表面积以及表面易修饰等特性,较传统多孔材料(如沸石,硅胶等)具有更好的应用前景。同时,MOPs材料的热稳定性好,高温炭化可得到孔结构可调的多孔炭材料,这进一步拓展了MOPs材料的应用。本文综述了MOPs作为前驱体,利用煅烧制备多孔材料的方法及其应用,并对MOPs对多孔炭的理性设计进行了展望。     

不同干燥方式对聚醚砜酮基炭膜的影响

以PPESK为前驱体,CHCl3为溶剂,分别采用冷冻干燥法和冷藏干燥法制备气体分离炭膜,借助于红外光谱、热重分析、X射线衍射和气体渗透等测试手段,研究探讨了干燥方式对聚醚砜酮(PPESK)基炭膜的化学结构、炭微结构及气体分离性能的影响.结果表明,干燥方式对炭膜结构性能的影响主要体现在促使前驱体在干燥过程中形成具有不同化学结构的聚合物膜,使它们在以后的预氧化和低温热解炭化过程中表现出不同的演变规律:与冷藏干燥相比,冷冻干燥得到的聚合物膜在预氧化和炭化过程中分解反应程度较弱,但芳香缩合反应却很深刻,使形成的炭膜微结构尺寸较小,气体分离性能较高,并具有良好的表观柔韧性.所以,采用CHCl3为溶剂制备PPESK炭膜,冷冻干燥将是首选干燥方式.     

三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注，在储能领域，可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体，一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构，含有大量介孔。其电化学性能优异，在电流密度为1.0A/g时，比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后，比电容保留率为90%。     

聚合物共混物的反应性增容及相形态控制

综述了聚合物共混物的反应性增容及相形态控制的研究现状。介绍了聚合物共混物反应性增容的几种方法及增容机理,并从热力学、动力学和熔融共混过程中流动参数三方面对聚合物共混物相形态结构的控制进行了说明。     

用软模板法制备有序介孔炭材料过程的研究

采用软模板法合成有序介孔炭材料,并通过热重分析、低温氮吸附-脱附测量、小角XRD、透射电镜和傅里叶变换红外光谱等分析表征手段,分别考察了有机模板剂脱除和炭化过程对生成有序介孔炭结构和性能的影响。研究结果表明,在N2气氛下350℃焙烧5h可有效脱除有机模板剂,获得具有有序介孔结构的炭材料前驱体;该材料在500~800℃炭化后可生成有序介孔炭材料,其孔径分布变化不大,但比表面积和孔容有较大程度提高,提高部分主要集中分布在微孔区,最佳炭化温度为600℃。     

Fe3O4纳米粒子作为催化剂和致孔剂制备高比表面积块体石墨化炭

报道了一种以Fe3O4纳米晶粒为催化剂和致孔剂制备具有高比表面积块体石墨化炭的方法.首先采用共沉淀法合成粒径＜10nm的Fe3O4纳米颗粒,然后将其均匀分散到以2,4-二羟基苯甲酸(D)、甲醛(F)为原料,无水Na2 CO3为催化剂形成的聚合物(DF)中,通过溶胶-凝胶过程和炭化过程得到掺杂Fe的石墨化炭.最后经过酸洗,得到纯的高比表面积块体石墨化炭.随炭化温度的升高(700℃～900℃),样品的石墨化程度增加.在800℃炭化,样品已具有明显的石墨化结构,且比表面积较大.