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《复旦大学》 2009年
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有序介孔聚糠醇的组装及有序介孔碳材料的合成与功能化修饰

翟赟璞  
【摘要】: 介孔材料组成与结构的多样性以及由此产生的电磁、光电、催化等特性,在固体催化、光催化、光致变色材料、电极材料等领域具有诱人的应用前景,受到人们的广泛关注。然而到目前为止,有序的介孔有机高分子材料的报道还较少,开发新的有序高分子介孔材料的制备方法,不仅可以丰富介孔材料的组成,也对高分子纳米材料的实际应用具有重要的意义。 介孔碳材料具有大的比表面积和孔体积、化学惰性、良好的机械稳定性等特点,因而是极好的吸附剂、分离剂和催化剂载体。利用“软模板”有机—有机自组装合成介孔碳的方法较传统的“硬模板”法具有成本低,操作简便,省时省事等特点。出于应用的需求,对介孔碳的修饰改性日益成为研究热点。对于“软模板”法制备的介孔碳的功能改性可以参考“硬模板”法成功的经验,但同时也会面临新的问题和挑战。 本论文主要分为三个部分:第一部分中,我们用不同的碳氢化合物为碳源,利用硬模板法合成了一系列的介孔碳,考察了不同的碳源对介孔碳骨架的影响,以及其作为超极电容器的不同性能;第二部分中,我们尝试合成了具有有序介观结构的聚糠醇,并考察了它对有机分子甲苯的吸附能力;第三部分中,我们选择以非离子表面活性剂为“软模板”合成的介孔碳为研究对象,通过对合成过程的控制,实现对介孔碳材料的功能修饰,以期开发介孔碳在不同领域的应用。 在第二章中,以介孔氧化硅SBA-15为硬模板,分别以蔗糖、糠醇、萘和蒽为碳源,合成了四种介孔碳。其中,蔗糖和糠醇得到的介孔碳具有无定型的墙壁结构,比表面积较高,含有一定的官能团;蒽得到的介孔碳具有石墨化的墙壁结构。用作双电层电容器时,以蔗糖和糠醇为碳源在较低碳化温度下制备的介孔碳显示了最高的电容量,随着碳化温度的升高,电活性官能团的减少,其电容值逐渐减小;由蒽制备得到的介孔碳随着碳化温度的升高,碳骨架石墨化程度的提高,其电容值逐渐上升。 在第三章中,以有机硅烷为桥联剂,正硅酸乙酯为无机前驱体,糠醇为有机前驱物,多元组装合成了介观有序的聚糠醇一氧化硅复合材料,该材料具有高的比表面积(500m~2/g),大的孔容(0.54cm~3/g),以及大的孔径(5.7nm),其中有机高分子在复合材料中的质量比可高达60%。该材料在甲苯吸附方面表现了比介孔氧化硅优越的性能,有望作为有机分子的吸附材料。 在第四章中,我们开发了一种一步法合成有序介孔磁性粒子/碳复合材料的方法。以甲阶酚醛树脂和柠檬酸铁为碳源和磁性粒子前驱物,以三嵌段非离子表面活性剂F127为结构导向剂,采用EISA方法实现三组分的自组装,高温焙烧炭化后,得到了有序介孔γ-Fe_2O_3/碳复合材料。进一步用H_2O_2氧化处理,增加了材料的亲水性。我们考察了样品对水溶液中染料分子碱性品红的吸附性能,结果显示,得到的样品表现出非常好的吸附性能,且由于磁性粒子的存在,使材料从溶液中的分离变得简便。 在第五章中考虑到大的孔径和高的比表面积,可以进一步提高介孔碳对染料分子的吸附,我们在甲阶酚醛树脂、硝酸镍、非离子表面活性剂F127的体系中,又加入了正硅酸乙酯,采用EISA方法实现多组分的自组装,高温炭化后,用NaOH除去氧化硅部分,得到了有序介孔Ni/碳复合材料。该材料的孔径为6.8nm,孔容为1.42cm~3/g,比表面积达到1580m~2/g,将其应用在染料分子碱性品红的吸附中,发现其吸附量是FDU-15材料的3倍以上,同时分离过程简便。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O631.3

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