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共模板剂法合成有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料及介孔碳材料

作　者: 张春泽
导　师: 刘玉荣
学　校: 山西师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 有序介孔材料介孔碳/氧化硅复合材料介孔碳材料共模板剂法
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

介孔碳/氧化硅纳米复合材料是科学界一个新热点,因为它对提高介孔材料的热性能、导电性能、化学性能等有着重要影响。与此同时,引入二氧化硅骨架解决了单一的有机体系在碳化过程中骨架严重收缩、孔径变小、比表面积降低的问题,从而获得了大孔径、大孔容、高比表面的介孔碳材料。本论文主要进行了有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料和大孔径介孔碳材料的合成及其性能表征。首先,我们采用新型有机硅表面活性剂聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)两嵌段聚合物为共模板剂和硅源,与聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO,F127)三嵌段聚合物共同导向介孔材料的形成。通过上述共模板剂法合成具有二维六方p6m结构和三维体心立方Im3m结构的有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料。进一步以上述材料为母体,利用10%氢氟酸溶液刻蚀掉其中的氧化硅组分,就得到了相应的介孔碳材料。本论文采用小角X射线散射(SAXS)、透射电子显微镜(TEM)以及氮气吸附-脱附技术等手段对所得介孔材料的骨架结构进行表征;采用傅立叶红外(FT-IR)分析对所得介孔材料的骨架组成进行了研究。结果表明采用F127和PDMS-PEO为共模板剂可以成功制备大孔径、骨架稳定性高的二维六方p6m结构和体心立方Im3m结构的介孔碳/氧化硅纳米复合材料及相应的大孔径介孔碳材料。当嵌段聚合物PDMS-PEO作为共模板剂与F127进行复配时,其PDMS疏水基团明显地增大了F127的疏水内核,从而增加所得介孔材料的孔径。此外,PDMS-PEO在高温焙烧时PDMS链段直接转化成氧化硅,也就是说表面活性剂的去除和硅源的引入在一步完成,从而实现一步法合成介孔碳/氧化硅纳米复合材料。这种简单的一步法为大规模制备介孔碳/氧化硅纳米复合材料和大孔径介孔碳材料提供了有效途径。所研制的有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料和大孔径、高比表面积介孔碳材料在超级电容器电极材料、吸附剂、催化剂载体和储氢等领域有着广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
1. 前言  8-20
  1.1 有序介孔材料简介  8
  1.2 介孔材料的合成方法  8-11
    1.2.1 水热法  9-10
    1.2.2 溶剂挥发诱导自组装法  10-11
    1.2.3 纳米浇铸法  11
  1.3 介孔材料的形成机理  11-13
    1.3.1 液晶模板机理  11-12
    1.3.2 棒状自组装机理  12
    1.3.3 电荷密度匹配机理  12
    1.3.4 协同作用机理  12-13
  1.4 有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料合成的研究进展  13-15
    1.4.1 介孔氧化硅的表面官能化  13-14
    1.4.2 后嫁接法  14
    1.4.3 三元共组装方法  14-15
  1.5 有序介孔碳材料的合成进展  15-17
  1.6 PDMS-PEO 表面活性剂的研究概况  17-18
    1.6.1 含硅表面活性剂简介  17
    1.6.2 PDMS-PEO 的性质  17-18
    1.6.3 PDMS-PEO 嵌段共聚物用于介孔材料的合成  18
  1.7 共模板剂法合成介孔材料研究进展  18-19
  1.8 本论文的主要工作  19-20
2. 有序介孔 C/SiO_2纳米复合材料及介孔碳材料的合成  20-34
  2.1 引言  20-21
  2.2 材料的合成  21-22
    2.2.1 药品试剂  21
    2.2.2 A 阶酚醛树脂预聚体的制备  21
    2.2.3 具有p6m 对称性的介孔C/SiO_2纳米复合材料及介孔C 材料的制备  21-22
    2.2.4 具有Im3m 对称性的介孔C/SiO_2纳米复合材料及介孔C 材料的制备  22
  2.3 材料的结构表征  22-23
  2.4 结果与讨论  23-34
    2.4.1 具有p6m 对称性的有序介孔材料  23-27
    2.4.2 具有Im3m 对称性的有序介孔材料  27-32
    2.4.3 形成机理分析  32-34
3. 结论  34-36
致谢  36-38
参考文献  38-42

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