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1、第21卷第4期新型炭材料Vo.l21No.42006年12月NEWCARBONMATERIALSDec.2006文章编号:1007-8827(2006)04-0374-10有序介孔炭的模板合成进展宋怀河,李丽霞,陈晓红(北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029)摘要:以MCM-41为代表的介孔分子筛具有孔道排列规则、孔径分布窄、比表面积高等特点,在催化、吸附、分离等领域具有广泛应用前景,尤其是以其为模板开展的纳米组装科学已成为目前材料研究的热点之一。在简要介绍硅基介孔分子筛的分类和合成机理的基础上,对国内外多孔炭模板合成
2、的研究现状进行了述评,重点阐述了有序介孔炭模板合成的特点、合成工艺、模板类型、碳前驱体的种类及其在双电层电容器、催化、储能等方面的初步应用结果,并展望了有序介孔炭模板合成的发展趋势,指出模板成本的降低、工艺条件的简化和可控化将成为未来一段时期人们研究的重点。关键词:有序介孔炭;分子筛;模板;合成;应用中图分类号:TQ127.1+1文献标识码:A1前言稳定性。由于沸石分子筛具有均匀规整、分子级大小的孔道结构和巨大的内表面积,它们已在催化、吸多孔炭材料是指具有不同孔道结构的炭材料,附、分离等过程中显示出很好的应用。近年来,人们包括活性炭、炭分子
3、筛等,其孔径大小从具有相当于开始意识到这种孔道结构在材料中的新用途)))分分子大小的纳米级超细微孔到适于微生物增殖及活子筛为基的分子组装,即主客体化学。简言之,就是动的微米级细孔。这些材料因具有极好的化学和热利用分子筛的多孔结构为主体,通过组装技术将特[1][2-4]稳定性已成为重要的吸附剂、催化剂载体和定功能的客体物质组装在其孔道内,以获得功能优[5-7][8]电工材料。从材料的性能和应用来讲,多孔越甚至全新功能的分子筛基材料。炭材料具有可控的形态和窄孔径分布是至关重要随着分子筛应用领域的拓宽和炭材料制备方法的。尽管在一定程度上多孔炭材料
4、的孔道结构可通的丰富,人们发现,用沸石分子筛为模板合成多孔炭[9-11]过炭化或活化的条件来控制,然而孔尺寸分布是目前制备具有高度有序炭材料的一种有效方[13-15]宽的问题一直令人们束手无策。法。本文对这方面的研究进展尤其是关于有沸石分子筛是一类重要的多孔材料,根据分子序介孔炭(OrderedMesoporousCarbon,OMC)的模筛孔道排列和骨架原子的有序性分析,可将其归为板合成进展作一述评,以期引起国内同仁的更广泛[12]三类:第一类为微孔晶体材料,如传统的沸石、关注,促进本方向的研究与发展。AlPO4分子筛等,它们具有规整的孔
5、道排列和骨架原子有序性,其孔径范围为0.3nm~1.2nm;第二类为2微孔炭材料的模板合成20世纪90年代以来新发现的MCM-41、SBA-1和SBA-2等介孔材料,其孔径尺寸分布均匀,孔径在2利用沸石分子筛作模板合成多孔炭材料,不仅nm~50nm间可调,孔道排列规整有序,但组成其骨是氧化硅材料的一个新应用,也为多孔炭材料的制架的原子排列无序,如同无定形硅;第三类如KIT-1备提供了一个有效的方法,其具体合成路线为:首先分子筛,具有均匀的孔径分布(如同第二类分子将有机物载入沸石分子筛孔道内,在加热条件下将筛),孔道排列及组成骨架的原子排列都
6、是无序的,载入的有机物炭化,炭化后的复合物经酸溶脱除无但这类分子筛具有高于MCM-41的比表面积和水热机基质后即可形成多孔炭。到目前为止,人们已尝收稿日期:2006-10-07;修回日期:2006-11-28基金项目:中国石油化工集团公司科学研究开发项目(X504014)和教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-04-0122)资助。作者简介:宋怀河(1967-),男,山东兖州人,教授,博士生导师,主要从事先进炭及复合材料的研究与开发。E-mai:lsonghh@mai.lbuct.edu.cn第4期宋怀河等:有序介孔炭的模板合成进展#37
7、5#试使用Y、B、L、ZSM-15、丝光沸石、AlPO4等微孔分件的不同,可以获得各种各样的微孔炭材料。但微子筛作模板制备炭材料。由于Y型分子筛的孔径孔分子筛作模板存在两大缺点:①除个别例子外,用较大,三维孔道结构中具有1.3nm的孔笼,组装相它制备的微孔炭一般缺乏均一的孔道结构,因此难对容易,使得以它作模板的研究比较活跃。日本东以起到类似沸石分子筛一样的筛分分子的作用;②北大学的富田彰、京谷隆等学者开创了以Y型沸石分子筛的孔道开口直径是选择分子筛作为主体的依[16]作模板制备新型多孔炭材料的技术,他们把这种据,因为某种分子筛只能允许一定大
8、小的分子进入,新型的多孔炭材料又称作铸型炭,其突出特征是具而微孔分子筛的孔径大小最大不超过2nm。有周期性排列的规则孔道结构、高的BET表面积和微孔容积。他们在对合成条件和方法进
