一种基于氰基离子液体多孔碳材料的设计及其电催化性能的研究

发布时间：2020-11-02 09:03

　　 具有高比表面积的介孔碳材料一直以来是学者们研究的热点,被广泛应用于各种与技术和能源相关的材料领域。近年来,离子液体作为一类新兴的碳材料前驱体,其卓越的性质引发了人们热切的关注,例如低挥发性、不易燃、较高的热稳定性和化学稳定性、合成简易方便、可实现多元素掺杂、可直接一步碳化等优点。众所周知,氰基离子液体间的相互反应是分子前驱体到碳材料产物这一过程中热稳定性和交联聚合结构生成的关键步骤,这种化学过程被称之为腈基环三聚反应(NTR,腈基转化为三嗪环)。然而,由于热解过程的复杂性,前驱体缩合和碳化的机理尚不清晰。在本论文中,我们发现传统的环三聚反应在我们合成的氰基离子液体中并不会出现,通过研究和表征,我们提出一种新的“腈链反应”(NCR),离子液体前驱体在NCR的驱动下生成一些低聚物(例如二聚体、三聚体和四聚体),然后在高温下经过各种交联和重组产出碳材料。得益于离子液体功能化的结构以及NCR机理,文中获得的碳材料在没有任何模板的辅助下依旧拥有1050 m2 g-1的高比表面积、高含量的N,S双掺杂以及类石墨化的结构,并在碱性电解质中展现了可与商业用Pt/C和Ru O2催化剂相比拟的ORR和OER活性,是一种优异的双功能催化剂。除此之外,我们的研究和分析表明,阴离子双三氟甲烷磺酰亚胺(TFSI)展现了比咪唑阳离子更好的热稳定性,这为更稳定的中间聚合物的研发提供了借鉴。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ127.11;TB383.4
【部分图文】：

一章 一种基于氰基离子液体多孔碳材料的设计及其电催化性能的研。.1.2 离子液体的分类及合成众所周知，构成离子液体的阴离子和阳离子种类繁多，并且可以根据需求进行和合成[25]。若按照有机阳离子进行划分，常用的离子液体主要有以下四大类：咪、吡啶类、季磷类和季胺类。而从阴离子的角度划分主要分为两大类：一是研究较热门的单核阴离子，由这类阴离子构成的离子液体一般比较稳定，如 X-(X=r、I)、BF4-、PF6-、(CF5SO2)N-、(CN)2N-等；另一类是氯铝酸类多核阴离子，如[Al2C这类阴离子构成的离子液体对水比较敏感，且在空气中不稳定。图 1-1 展示了组见离子液体的各种类型阴、阳离子的结构图。

氰基离子液体多孔碳材料的设计及其电催化性能的研究 液体只用一步法合成难以实现，需要先通过季铵化反应得到含有目标阳然后用目标阴离子将卤素置换出来或者加入路易斯酸以得到想要的产物涤、萃取、干燥等步骤得到纯净的离子液体。阴离子置换反应过程中，应进行完全，确保没有多余的卤素阴离子残留在离子液体产物中，因为度会对它的物理化学性质有着很重要的影响。

图 1-4 离子液体可作新颖的碳材料前驱体.1 传统型离子液体在碳材料上的制备传统且非质子型的离子液体，因为没有任何可交联的官能团，缺乏稳定的中结构[38-39]，在氮气和环境的压力下最终分解形成挥发性气体而没有任何的碳将传统型离子液体用作碳材料的前驱体需要采取一些额外的措施。将传统型离子液体困入纳米级别的限域框架，可以影响离子液体的热解过程子液体的芳构化。与观察到的纳米受限离子液体与大量离子液体相比异常的类似[40-41]，受限的传统型离子液体使不可能成为可能，将通常不可碳化的前可碳化。如图 1-5 所示，1-丁基-3-甲基咪唑鎓双（三氟甲基磺酰基）酰BMIm][TFSI]），一个本体相没有任何碳残留的离子液体，将其引入到氧化物通过原位非水解溶胶-凝胶过程，大大改善了原材料的碳化产率[42]。另外，子液体独特的溶剂化环境，通过去除均匀分散在离子液体中的硅胶可以实现
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本文编号：2866835