碗形粉体材料的模板合成与调控
发布时间：2021-08-11 21:29
非对称形貌纳米粉体材料及其制备技术是近年来纳米领域新兴方向之一。空心碗形粉体具有弱对称性、高比表面积、高振实密度、空腔可控、类血红细胞等特点,具有广阔的应用前景。然而,目前关于碗形材料的制备方法大多存在着不足,无论从产物形貌,还是产物质量和重复性,都难以达到精确控制。本文采用水热碳化结合乳液模板法制备空心碗形碳,然后以该空心碗形碳为模板,结合阳离子吸附法和两步煅烧法制备空心碗形氧化物,实现了空心碗形材料的可控制备。通过对反应时间、温度、原料配比、煅烧气氛等工艺参数的调控和优化,精确控产物的组分、形貌、尺寸等,并进一步分析产物形成机理,研究其在锂离子电池、钾离子电池、超级电容器等领域的应用性能。论文的主要工作包括以下几个方面:（1）采用界面合成方法制备空心碗形碳。以三辛胺（TOA）为乳液相,去离子水为溶剂,二茂铁为辅助剂,抗坏血酸（VC）为碳源,得到TOA/水乳液两相体系,结合水热碳化法制备了空心碗形碳。得到的空心碗形粉体为水热碳质,直径约为1.5μm,球壁为100nm左右,具有完好的形状,尺寸相对均匀。TOA是产生空心结构的必要条件;以超声振荡制备TOA/水的水包油乳液为软模板,在水热...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?Ｕ）多孔娃胶包覆二氧化硅球的ＴＥＭ照片；（ｂ－ｅ）硅、氧、碳元素分布图；碗??形多孔空心碳的（ｆ和ｇ）?ＴＥＭ照片；（ｈ）尺寸分布图Ｍ
?二氧化硅球、聚苯乙烯球是硬模板制备方法比较成熟的，球径均匀，且易除??去。如图２－１所示，施剑林等人采用二氧化硅为硬模板制备出多孔碗形碳球［９］，??首先将一层介孔硅胶材料涂敷在二氧化硅表面，然后通过热解将硅胶壳碳化，??形成二氧化硅／碳复合材料，最后使用氢氟酸刻蚀掉模板上和壳上的二氧化??硅，得到类血红细胞形的多孔空心碗形碳球。??ＨＨｉ??細ｌ??图２－１?Ｕ）多孔娃胶包覆二氧化硅球的ＴＥＭ照片；（ｂ－ｅ）硅、氧、碳元素分布图；碗??形多孔空心碳的（ｆ和ｇ）?ＴＥＭ照片；（ｈ）尺寸分布图Ｍ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?（ａ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｓｉ〇２＠Ｓｉ〇２／Ｃ；?（ｂ－ｅ）?Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｏｆ?Ｓｉ，??Ｏ，?Ｃ；?（ｆ?ａｎｄ?ｇ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ；?（ｈ）??．?．?．．．?．■？？？？?．．．．??Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ．??软模板，一般为小分子有机物和一些表面活性剂，包括两亲分子形成的??各种有序聚合物，如液晶、胶团、微乳液、超分子胶束、聚合物聚集／囊泡、??气泡等。其中
面活性剂（ＳＤＳ）的水或非水乳液中合成多孔氧化硅［１（），１｜］。??乳液法制备碗形材料是在近十年发展起来的。娄雄文等人利用三甲苯乳??液为软模板制备出多孔单层碗形碳颗粒１１２］。如图２－３所示，以去离子水和酒??精的混合溶液为溶剂，三甲苯作为乳液，Ｆ１２７作为造孔剂，盐酸多巴胺为碳??源，氨水为沉淀剂，盐酸多巴胺在模板表面聚合成聚多巴胺。最后通过加热??去除三甲苯模板，得到多孔单层碗形聚多巴胺，通过锻烧碳化，得到多孔单??层碗形碳颗粒。??３０?Ｒａｄｉａｌｌｙ?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ??？Ｇｒｏｗｔｈ?Ｌ?？?ｌ?Ｍ＾ｏＰ＾．Ｃｈａｎｎｅｌｓ??ｓｅｅｄ?Ｗ?Ｗ々獨??ＴＭＢ?一?矜‘?？?Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?％?？?，乂??！?：?赞知??＾?ｍｍ?ｍｍ？?ｍｍｍ?ｍｍ?ｍｍｍ?ｍｍｍ?ｎｍｍ?ｍｍ?ｍ＞ｍ?ｍｍ?＊ｍｍ??ｆ參毫圖Ｉ?．??ｊ?｜｜■翻?Ｉ?Ｓｔｅｐ?ＨＩ?Ｉ?Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ??｜?ｌ?Ｉ?ｌ?ｌ?ｉｔ?ｊ?＃?餐??；？？？？‘?麵！?■??、Ｐｏｌｙｄｏｐａｍｉｎｅ?Ｆ１２７?ＴＭＢ?Ｉ??图２－３制备单层多孔碗形碳颗粒实验流程图ＰＩ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｏｆ?ｂｏｗｌ－ｌｉｋｅ?ｓｉｎｇｌｅ－ｌａｙｅｒ??ｍｅｓｏｐｏｆｏｕｓ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．??２．１．２气相沉积法??气相沉积法，分为化学气相沉积、物理气相沉积两类，是一种应用于各??种薄膜材料的技术。对于制备碗形材料来说，由于其结构的特殊性，通常需??要与模板法相结合
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝盐前驱体对水热法制备薄水铝石微观结构的影响[J]. 王晶,徐冰. 中国有色金属学报. 2012(06)
[2]纳米材料的化学锂化与电活性[J]. 麦立强,杨霜,韩春华,徐林,许絮,皮玉强. 物理化学学报. 2011(07)
[3]液相沉积法（LPD）在分析化学中的应用[J]. 余琼卫,冯钰锜. 化学进展. 2011(06)
[4]L-脯氨酸协助合成β-氢氧化镍和氧化镍花球及纳米三角片（英文）[J]. 闫岩,李海波,李敬发,潘军,钱逸泰. 无机化学学报. 2010(07)
[5]纳米片组装的Zn2SnO4空心八面体分级结构的制备与发光性能（英文）[J]. 潘军,奚宝娟,周红洋,闫岩,钱逸泰. 无机化学学报. 2010(06)
[6]生物质垃圾中甘蔗渣的水热转化研究[J]. 王家樑,李传华,洪瑞金,钟江平. 科技资讯. 2009(20)
[7]磁性纳米微粒的制备及其在磁性靶向药物转运中的应用[J]. 李贵平,汪勇先. 核技术. 2006(09)
[8]纳米微粒的化学制备[J]. 冯学珠,魏芳弟,于俊生. 化学世界. 2003(06)
[9]乳液与微乳液聚合及应用[J]. 刘德峥. 平原大学学报. 2002(02)
博士论文
[1]无机功能纳米结构材料的软溶液过程合成及其性质研究[D]. 胡波.中国科学技术大学 2008
本文编号：3336927
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?Ｕ）多孔娃胶包覆二氧化硅球的ＴＥＭ照片；（ｂ－ｅ）硅、氧、碳元素分布图；碗??形多孔空心碳的（ｆ和ｇ）?ＴＥＭ照片；（ｈ）尺寸分布图Ｍ
?二氧化硅球、聚苯乙烯球是硬模板制备方法比较成熟的，球径均匀，且易除??去。如图２－１所示，施剑林等人采用二氧化硅为硬模板制备出多孔碗形碳球［９］，??首先将一层介孔硅胶材料涂敷在二氧化硅表面，然后通过热解将硅胶壳碳化，??形成二氧化硅／碳复合材料，最后使用氢氟酸刻蚀掉模板上和壳上的二氧化??硅，得到类血红细胞形的多孔空心碗形碳球。??ＨＨｉ??細ｌ??图２－１?Ｕ）多孔娃胶包覆二氧化硅球的ＴＥＭ照片；（ｂ－ｅ）硅、氧、碳元素分布图；碗??形多孔空心碳的（ｆ和ｇ）?ＴＥＭ照片；（ｈ）尺寸分布图Ｍ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?（ａ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｓｉ〇２＠Ｓｉ〇２／Ｃ；?（ｂ－ｅ）?Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｏｆ?Ｓｉ，??Ｏ，?Ｃ；?（ｆ?ａｎｄ?ｇ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ；?（ｈ）??．?．?．．．?．■？？？？?．．．．??Ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｈｏｌｌｏｗ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ．??软模板，一般为小分子有机物和一些表面活性剂，包括两亲分子形成的??各种有序聚合物，如液晶、胶团、微乳液、超分子胶束、聚合物聚集／囊泡、??气泡等。其中
面活性剂（ＳＤＳ）的水或非水乳液中合成多孔氧化硅［１（），１｜］。??乳液法制备碗形材料是在近十年发展起来的。娄雄文等人利用三甲苯乳??液为软模板制备出多孔单层碗形碳颗粒１１２］。如图２－３所示，以去离子水和酒??精的混合溶液为溶剂，三甲苯作为乳液，Ｆ１２７作为造孔剂，盐酸多巴胺为碳??源，氨水为沉淀剂，盐酸多巴胺在模板表面聚合成聚多巴胺。最后通过加热??去除三甲苯模板，得到多孔单层碗形聚多巴胺，通过锻烧碳化，得到多孔单??层碗形碳颗粒。??３０?Ｒａｄｉａｌｌｙ?Ｏｒｉｅｎｔｅｄ??？Ｇｒｏｗｔｈ?Ｌ?？?ｌ?Ｍ＾ｏＰ＾．Ｃｈａｎｎｅｌｓ??ｓｅｅｄ?Ｗ?Ｗ々獨??ＴＭＢ?一?矜‘?？?Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ?％?？?，乂??！?：?赞知??＾?ｍｍ?ｍｍ？?ｍｍｍ?ｍｍ?ｍｍｍ?ｍｍｍ?ｎｍｍ?ｍｍ?ｍ＞ｍ?ｍｍ?＊ｍｍ??ｆ參毫圖Ｉ?．??ｊ?｜｜■翻?Ｉ?Ｓｔｅｐ?ＨＩ?Ｉ?Ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ??｜?ｌ?Ｉ?ｌ?ｌ?ｉｔ?ｊ?＃?餐??；？？？？‘?麵！?■??、Ｐｏｌｙｄｏｐａｍｉｎｅ?Ｆ１２７?ＴＭＢ?Ｉ??图２－３制备单层多孔碗形碳颗粒实验流程图ＰＩ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｏｆ?ｂｏｗｌ－ｌｉｋｅ?ｓｉｎｇｌｅ－ｌａｙｅｒ??ｍｅｓｏｐｏｆｏｕｓ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．??２．１．２气相沉积法??气相沉积法，分为化学气相沉积、物理气相沉积两类，是一种应用于各??种薄膜材料的技术。对于制备碗形材料来说，由于其结构的特殊性，通常需??要与模板法相结合
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝盐前驱体对水热法制备薄水铝石微观结构的影响[J]. 王晶,徐冰. 中国有色金属学报. 2012(06)
[2]纳米材料的化学锂化与电活性[J]. 麦立强,杨霜,韩春华,徐林,许絮,皮玉强. 物理化学学报. 2011(07)
[3]液相沉积法（LPD）在分析化学中的应用[J]. 余琼卫,冯钰锜. 化学进展. 2011(06)
[4]L-脯氨酸协助合成β-氢氧化镍和氧化镍花球及纳米三角片（英文）[J]. 闫岩,李海波,李敬发,潘军,钱逸泰. 无机化学学报. 2010(07)
[5]纳米片组装的Zn2SnO4空心八面体分级结构的制备与发光性能（英文）[J]. 潘军,奚宝娟,周红洋,闫岩,钱逸泰. 无机化学学报. 2010(06)
[6]生物质垃圾中甘蔗渣的水热转化研究[J]. 王家樑,李传华,洪瑞金,钟江平. 科技资讯. 2009(20)
[7]磁性纳米微粒的制备及其在磁性靶向药物转运中的应用[J]. 李贵平,汪勇先. 核技术. 2006(09)
[8]纳米微粒的化学制备[J]. 冯学珠,魏芳弟,于俊生. 化学世界. 2003(06)
[9]乳液与微乳液聚合及应用[J]. 刘德峥. 平原大学学报. 2002(02)
博士论文
[1]无机功能纳米结构材料的软溶液过程合成及其性质研究[D]. 胡波.中国科学技术大学 2008
本文编号：3336927
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