介孔碳材料的合成及应用研究.pdf

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1、第25卷哈尔滨师范大学自然科学学报第2期NATURALSCIENCESJ0URNALOFHARBINNORMALUNIVERSITY介孑L碳材料的合成及应用研究李璐(哈尔滨师范大学)【摘要】综述了介孔碳材料的合成及应用．关键词：介孔碳；合成；应用的孔道．因此CMK一1并不是MCM一48真正的0引言复制品，而是其反转品．在脱除MCM一48的氧化硅过程中，其结晶学对称性下降，后续的研究介孔碳是近年来发现的一类新型非硅介孔材料，它是由有序介孔材料为模板制备的结构复制表明与所用的碳前驱物有关，其中一个具有I41／a品．由于其具有大的比表面(可高达对称性．2500m·g)和

2、孔容(可达到2．25cm·g)，1．2CMK一3良好的导电性、对绝大多数化学反应的惰性等优使用SBA一15合成六方的介孔碳(CMK一越的性能，且易通过煅烧除去，与氧化物材料在很3)，由于二维孔道的SBA一15孔壁上有微孔，因多方面具有互补性，使其在催化、吸附、分离、储氢、电化学等方面得到应用而受到高度重视．一彬1介孔碳材料的合成介孔碳的制备通常采用硬模板法，选择适当的碳源前驱物如葡萄糖、蔗糖乙炔、中间相沥青、呋喃甲醇⋯、苯酚／甲醛树脂等，通过浸渍或气相沉积等方法，将其引人介孔氧化硅的孔道中，在一一酸催化下使前驱物热分解碳化，并沉积在模板介图1孔道不相连的的模板(M

3、CM一41或1234K下孔材料的孔道内，用NaOH或HF溶掉SiO模板，焙烧的SBA一15)制备的无序碳材料(A)；孔道相即可得到介孔碳．以下介绍几种介孔碳材料的合连的模板(1173K温度以下焙烧的SBA一15)制备成方法及性质．的有序介孔碳材料CMK一3(B)1．1CMK一1Ryoo首次用MCM一48为模板合成了介孔碳此也可以用作复制稳定结构介孔碳的硬模板．材料(CMK一1)．由于MCM一48具有两套不相连CMK一3是碳前驱物完全充满SBA一15的孔道而通的孔道组成，这些孔道将变成碳材料的固体部形成的具有二维六角排列的碳纳米棒阵列．如果分，而MCM一48中氧化硅

4、部分则会变成碳材料收稿日期：2008—11—19·国家自然科学：~(20871037)；黑龙江自然科学基金(B2007—02)；黑龙江教育厅科研项目(11531229)第2期介孔碳材料的合成及应用研究91模板是二维孔道的McM一41，由于其直孔道相下加热至1100℃使有机物碳化，冷却后溶解掉原互没有连通，则在除去模板的过程中，介孔碳的结来的孔壁(用氢氟酸或氢氧化钠溶液)，结果则为构会发生坍塌(如图1所示)，因此得到的碳材料六方排列的空心碳管CMK一5．CMK一5依然保为无序的碳棒(柱)的堆积．留着SBA一15的有序性．如图2为分别以立方相的MCM一48、SBA一另

5、一制备类似CMK一5介孔碳管方法是采用1和六方相的SBA一15为模板合成的CMK一1、催化化学气相沉积(CCVD)技术J，使用含co的CMK一2和CMK一3的粉末XRD衍射普图，可以SBA一15为模板，乙烯气体为碳前驱物，升温至看出，由立方相的介孔模板合成的介孔碳有序性700。C，1．5～5．5h后，20％的HF溶解模板．如不是很理想，而以六方相结构的SBA一15可以合图3为采用CCVD法制备的介孔碳沿[110]成出高度有序的介孔碳结构(CMK一3)．[100]晶面方向的透射电镜照片，可见介孔碳CMK一5具有高度有序的SBA一15六方相介孑L结构．而且，通过使用不

6、同温度下合成的SBA一15硬模板复制介孔碳，发现低温下(<60cC)有利于在六方相的SBA一15孔道间可以形成微孔或介孔“桥”，随着温度的提高，微孔“桥”消失，介孔“桥”增加J．图2有序介孔碳材料及其相应的有序介孔硅模板的XRD谱图1．3CMK一5在SBA一15的孔道内壁沉积上一定厚度的碳，除去二氧化硅无机墙壁后得到同样具有二维六角排列的碳空心管阵列CMK一5[53．为了很好地控制碳膜的厚度，制备CMK一5的方法是使用呋喃甲醇为碳源．由于呋喃甲醇的聚合需要酸催化剂，因此，介孔氧化硅模板剂需要具有酸性，而纯硅的SBA一15的酸性很弱，在制备多孔碳之图3用CCVD法焙

7、烧3．5h制备的有序介孔碳的TEM图像前，需要对SBA一15进行铝化，以增强其酸性．铝a为电子束横向图；b为电子束纵向图．化后的SBA一15吸附呋哺甲醇后，加热至8O℃使与孔壁接触及较近的呋喃甲醇发生聚合，然后表1列出了几种多孔碳材料以及它们的合成将未聚合的呋喃甲醇除去(抽真空)，之后在真空与性质．92哈尔滨师范大学自然科学学报2009年吸附材料应该具有比较大的比表面积，例如，常用的吸附剂活性碳，它就具有比较大的比表面积，可2介孔碳材料的应用达到1200m／g．活性碳还广泛应用做催化剂载2．1催化剂载体体，电池电极材料，电容器和生物大分子的吸附材料．而活性碳对大分

8、子的分离和