层次孔碳材料：结构设计、功能改性及新能源器件应用
发布时间：2021-03-04 04:47
发展电化学能源存储与转换技术是我国的长期重大需求。作为电化学能源器件中的关键材料,多孔碳材料已成为当前能源材料与化工领域的研究热点。层次孔碳材料是一类新型的多孔碳材料,同时兼具不同尺寸与功能的微孔、中孔或大孔。研究者通过对层次孔碳材料可控设计,已制得一系列孔结构、孔骨架及表面化学性质和微/纳拓扑形貌各异的新型层次孔碳及其复合材料,极大地提升了其能源存储和转化性能。本综述总结了近年来有关层次孔碳材料的结构设计、可控制备及其在电化学能源器件应用领域等方面的研究进展,并对其未来发展提出了建议与展望。
【文章来源】：化工学报. 2020,71(06)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
IUPAC基于孔尺寸对孔的分类和层次孔的离子传输路径示意图
冰模板绿色环保、成本低、易去除且在产物中不会有残留，因此在各类模板中脱颖而出。通过控制冷冻条件和前体组成可以实现孔尺寸的调控。但是由于冰晶尺寸问题，大部分冰模板衍生的孔洞均为大孔，一般需借助额外模板或者活化处理实现层次孔碳材料的制备。Estevez等[26]首次结合冰模板和SiO2模板合成了集微孔、中孔和大孔于一体的层次孔碳材料，其中冰晶作为大孔模板，SiO2作为中孔模板，微孔则通过活化处理产生。其比表面积和孔体积分别为2096 m2·g-1和11.4 cm3·g-1。通过简单地改变模板的尺寸和活化时间，可实现各级孔的精确调控，包括孔径大小和比例。1.2 软模板法
本课题组在软模板法合成层次孔碳材料方面也做了一系列工作。例如，采用聚丙烯腈接枝交联聚甲基丙烯酸甲酯纳米球(x PMMA-g-PAN)作为构筑单元，经预氧化和碳化后，成功制得富氮纳米多孔碳(图3)[37]。在热处理过程中x PMMA纳米球可原位热分解形成8.6 nm的球形中孔，聚丙烯腈衍生的碳骨架则具有大量的微孔。另外，利用聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)嵌段共聚物作为构筑单元，通过自组装-超交联联合技术，制得一类具有核壳结构网络单元的网络结构聚合物，随后将其碳化获得一类新型的纳米网络结构层次孔碳材料[38]。碳化过程中，PMMA核原位热分解形成介孔空腔，交联PS则形成微孔碳层。最近，以两亲性嵌段共聚物作为模板，苯胺、吡咯为共聚单体，通过诱导自组装、碳化制得一类高比表面积碳纳米球。该材料具有1.3 nm的微孔和18.6 nm的大尺寸中孔，呈现双孔径分布特征[39]。1.3 直接碳化法
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-performance organic electrolyte supercapacitors based on intrinsically powdery carbon aerogels[J]. Xidong Lin,He Lou,Wenrui Lu,Fei Xu,Ruowen Fu,Dingcai Wu. Chinese Chemical Letters. 2018(04)
[2]SAPO-34模板法制备多级孔石墨烯笼用作双功能氧还原/氧析出电催化剂（英文）[J]. 钟玲,唐城,王斌,王浩帆,高上,王垚,张强. 新型炭材料. 2017(06)
[3]粉末状炭气凝胶的结构调控及其在高电压水系超级电容器中的应用[J]. 蔡力锋,许静,黄剑瑜,许鸿基,徐飞,梁业如,符若文,吴丁财. 新型炭材料. 2017(06)
[4]基于偏氯乙烯嵌段共聚物的多级多孔炭的制备[J]. 杨杰,浦群,包永忠. 化工学报. 2014(01)
本文编号：3062588
【文章来源】：化工学报. 2020,71(06)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
IUPAC基于孔尺寸对孔的分类和层次孔的离子传输路径示意图
冰模板绿色环保、成本低、易去除且在产物中不会有残留，因此在各类模板中脱颖而出。通过控制冷冻条件和前体组成可以实现孔尺寸的调控。但是由于冰晶尺寸问题，大部分冰模板衍生的孔洞均为大孔，一般需借助额外模板或者活化处理实现层次孔碳材料的制备。Estevez等[26]首次结合冰模板和SiO2模板合成了集微孔、中孔和大孔于一体的层次孔碳材料，其中冰晶作为大孔模板，SiO2作为中孔模板，微孔则通过活化处理产生。其比表面积和孔体积分别为2096 m2·g-1和11.4 cm3·g-1。通过简单地改变模板的尺寸和活化时间，可实现各级孔的精确调控，包括孔径大小和比例。1.2 软模板法
本课题组在软模板法合成层次孔碳材料方面也做了一系列工作。例如，采用聚丙烯腈接枝交联聚甲基丙烯酸甲酯纳米球(x PMMA-g-PAN)作为构筑单元，经预氧化和碳化后，成功制得富氮纳米多孔碳(图3)[37]。在热处理过程中x PMMA纳米球可原位热分解形成8.6 nm的球形中孔，聚丙烯腈衍生的碳骨架则具有大量的微孔。另外，利用聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)嵌段共聚物作为构筑单元，通过自组装-超交联联合技术，制得一类具有核壳结构网络单元的网络结构聚合物，随后将其碳化获得一类新型的纳米网络结构层次孔碳材料[38]。碳化过程中，PMMA核原位热分解形成介孔空腔，交联PS则形成微孔碳层。最近，以两亲性嵌段共聚物作为模板，苯胺、吡咯为共聚单体，通过诱导自组装、碳化制得一类高比表面积碳纳米球。该材料具有1.3 nm的微孔和18.6 nm的大尺寸中孔，呈现双孔径分布特征[39]。1.3 直接碳化法
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-performance organic electrolyte supercapacitors based on intrinsically powdery carbon aerogels[J]. Xidong Lin,He Lou,Wenrui Lu,Fei Xu,Ruowen Fu,Dingcai Wu. Chinese Chemical Letters. 2018(04)
[2]SAPO-34模板法制备多级孔石墨烯笼用作双功能氧还原/氧析出电催化剂（英文）[J]. 钟玲,唐城,王斌,王浩帆,高上,王垚,张强. 新型炭材料. 2017(06)
[3]粉末状炭气凝胶的结构调控及其在高电压水系超级电容器中的应用[J]. 蔡力锋,许静,黄剑瑜,许鸿基,徐飞,梁业如,符若文,吴丁财. 新型炭材料. 2017(06)
[4]基于偏氯乙烯嵌段共聚物的多级多孔炭的制备[J]. 杨杰,浦群,包永忠. 化工学报. 2014(01)
本文编号：3062588
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