超分子聚集体为模板剂合成有序介孔碳材料.ppt

* * * * * * 超分子聚集体为模板剂合成有序介孔碳材料 研究生：于维强 导师：徐杰 研究员 2008-6-2 报告内容 引 言 进展情况 结论与展望 规则的孔道结构，孔小均匀、排列有序； 孔径分布窄，尺寸可以在大范围内连续调节； 具有较大的比表面积和孔容； 具有很好的热稳定性和化学稳定性； 颗粒具有规则的外形，在微米尺寸内保持高度的孔道有序性。 1.引 言 有序介孔碳材料 OMCs，ordered mesoporous carbons OMCs的重要应用 催化 材料 分离 材料 电化学 电容器 高选择性催化氧化醇成醛 燃料电池中的理想电极材料 储能 材料 双电 层电容器 EDLE 储氢 其他 吸附分离有机大分子 吸附剂、 生物反应器、 传感器 ??? S . H. Joo, S. J. Choi, et al. Nature. 2001, 412, 169-172; A. H. Lu, W. C. Li, et al . Chem. Commun. 2007, 1038–1040; B Fang, H. Zhou, I Honma. J. Phys. Chem. B, 2006,110,4875-4880; B. J. Hinds, N. Chopra, et al. Science. 2004, 303, 62–65; J. Lee, S. Yoon, et al. Chem. Commun. 1999, 2177-2178. 硬模板法合成OMCs Y. Wan, Y. F. Shi, D. Y. Zhao. Chem. Mater. 2008, 20, 932–945 复制硅模板的壁结构，孔径分布明显变宽；过程复杂、耗费时间、成本高，不宜大规模生产和工业应用。 有机模板法合成OMCs 借助于超分子聚集体合成有序介孔硅 模板剂：两亲性表面活性剂、嵌段共聚物 合成步骤减少，重复性好 模板剂通过加热或溶剂抽提即可除去 通过调整物种的浓度或选择不同模板剂可组织和构造不同的碳框架，进而形成不同形态的OMCs。 2.进展情况 常用的嵌段共聚物 PEO-PPO-PEO PPO-PEO-PPO PS-P4VP PI-P2VP PS-PEO （P123，F127，F108） 氧系列 氮系列 最早报道有机模板法合成OMCs C. D. Liang, K. L. Hong, G. A. Guiochon, J. W. Mays, S. Dai. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5785–5789 孔径：33.7±2.5nm P4VP-PS 氢键 间苯二酚 建立了合成OMCs的几大原则 C. D. Liang, Z. J. Li, S. Dai. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3696–3717 具有双分子体系：一是要有可作为孔形成和结构导向功能的嵌段共聚物，二是要有高度交叉偶联的碳前驱体； 碳前驱体必须是热固性的，才能经过高温热解后，保留住介孔结构； 模板剂与碳前驱体之间必须具有强相互作用，才能完成自组装。 利用PEO-PPO-PEO合成OMCs PEO-PPO-PEO （F127） S. Tanaka, N. Nishiyama, Y. Egashira, K. Ueyama. Chem. Commun. 2005, 2125–2127 C. Y. Liu, L. X. Li, H. H. Song, X. H. Chen,. Chem. Commun. 2007, 757–759 六方介孔结构的有序介孔炭膜 7.0-9.2nm 与硬模板法相比，步骤少 HCl 首次报道 采用PEO-PPO-PEO合成OMCs RF EOA 采用碱作为聚合催化剂 由于酸性条件下，RF主要形成了线性聚合物链，交叉偶联程度弱。 在碱非水溶液中，PEO-PPO-PEO（F108）为模板剂，通过溶剂蒸发诱导自组装(EISA)，合成高度有序的具有笼状结构的介孔碳材料。 Y. Meng, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053 –7059 Y. Meng, et al. Chem. Mater. 2006, 18, 4447-4464 利用PEO-PPO-PEO合成OMCs 苯酚 溶剂蒸发诱导自组装EISA 使用PEO-PS共聚物模板剂 Y. H. Deng, T. Yu, Wan, et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1690-1697 Y. Huang, H. Q. Cai, et al. Angew. Chem. Int.