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通过热聚合形成稳定的化合物,红宝石电容模板剂形成超分子聚合物
点击次数: 发布日期:2024-06-17
通过热聚合形成稳定的化合物,红宝石电容模板剂形成超分子聚合物
高温碳化后的材料用HF或者NaOH水溶液进行洗涤,将模板去除,例如,Wang等人采用褶皱孔氧化硅(WMS)为模板,蔗糖为碳前驱体,首次成功合成了褶皱介孔碳,这种碳材料不仅保持了WMS独特的径向褶皱结构,也打开了内部表面,从而增加了比表面积(1344m2/g),该碳材料将因其独特的径向褶皱孔隙结构在电化学储能和催化剂等领域得到广泛的应用,Wang等人选用介孔硅基材料(FDU-5)为模板剂,通过浸渍法制备有序3D介孔碳,首次探索了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能,所制备的C-FDU-5孔径均匀,比表面积为750m2/g,C-FDU-5作为一种新型纳米材料,红宝石电容具有比活性炭更优异的容量特性,并可在大电流下稳定地充放电,硬模板法在合成有序介孔碳的过程中需要考虑诸多的因素,例如:模板是否具有良好的热稳定性、前驱体在模板中的浸润效果和在模板孔道中的注入量是否可控等;再者,其合成过程的复杂性使其产率很低,步骤之间的相关联性太强,在实际使用中受到众多限制,也不利于工业上大规模制备,后来软模板法逐渐发展起来,它的合成过程相对简单,选取合适的模板剂和有机或无机碳前驱体,两者之间要存在适当的相互作用力使得其自组装过程顺利实现以形成具有介孔结构的聚合物,随后通过热处理去除模板剂之后正向复制得到有序介孔碳材料,该方法的合成步骤主要分为三部分:1)前驱体和模板剂形成超分子聚合物;2)通过热处理使得超分子聚合物通过热聚合形成稳定的化合物;3)高温煅烧去除模板的同时,化合物通过碳化得到稳定的目标材料,软模板法合成过程的关键在于碳前驱体和模板剂的优化选择,使得两者的自组装过程可以顺利实现,商用的模板剂主要以嵌段型普朗尼克型表面活性剂最为常见,如三嵌段共聚物F127,碳前驱体的选择要求碳前躯体可以和模板剂之间存在某种稳定的相互作用力;同时要求碳前驱体在高温碳化过程中具有稳定的结构,防止在高温碳化去模板的过程中介孔结构被破坏,2006年,一种合成有序介孔碳材料的软模板法被发明,该方法避免了制备硅模板并使用氢氟酸或氢氧化钠危险溶液去除硅模板过程的存在,这一新策略依赖于间苯三酚和三嵌段共聚物PluronicF127(EO106PO70EO106)在含有甲醛的HCl/乙醇/水溶液中的自组装,该自组装复合材料在高温聚合炭化后获得的碳材料具有有序的介孔,通过改变合成条件,碳前驱体或模板可以制备多种有序介孔碳结构,另外,还可以采用软模板和硬模板相结合的方法以设计多级多孔碳结构,例如,同时使用胶体二氧化硅和三嵌段共聚物P123作为模板可以获得双峰分布的介孔孔隙,红宝石电容材料具有高的比表面积和优异的电化学性能,软模板法不需要预先制备硬模板的过程以及在实验过程采用强酸或者强碱溶液刻蚀去除模板的步骤,因此该方法使用起来更加方便,大大缩短了样品制备的时间。

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