多孔碳材料的制备与应用
《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》范文

《ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备及其在锂硫电池中的应用》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提高,开发高效、环保的能源存储技术已成为研究的热点。
锂硫(Li-S)电池因具有高能量密度、低自放电率和环保性等优点,而成为下一代电池的重要候选者。
然而,Li-S电池的商业化进程仍面临许多挑战,如硫正极的导电性差、充放电过程中体积效应和穿梭效应等。
针对这些问题,研究者们正积极寻找改善方法,其中之一就是利用多孔碳材料作为硫的载体。
本文将详细介绍ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备方法及其在Li-S电池中的应用。
二、ZIF-9金属有机骨架材料衍生多孔碳材料的制备1. 合成过程首先,需要合成ZIF-9金属有机骨架材料。
ZIF-9是一种由锌离子和有机配体组成的金属有机骨架(MOF)材料,具有高度多孔的结构和良好的化学稳定性。
合成过程中,将锌盐和有机配体在适当的溶剂中混合,通过调节pH值和温度等条件,使二者发生配位反应,生成ZIF-9。
然后,通过热解ZIF-9来制备多孔碳材料。
将ZIF-9在惰性气氛下进行高温热解,使有机配体发生热解反应,生成多孔碳材料。
在热解过程中,金属锌作为模板被蒸发,从而在碳材料中留下丰富的孔隙。
2. 制备工艺参数优化为了获得最佳的多孔碳材料,需要优化制备过程中的工艺参数。
例如,热解温度、热解时间和气氛等都会影响碳材料的结构和性能。
通过调整这些参数,可以获得具有不同孔径分布、比表面积和电导率的碳材料。
三、多孔碳材料在锂硫电池中的应用1. 硫的负载与复合将硫负载在多孔碳材料上,可以有效地提高硫的导电性和利用率。
通过控制硫的负载量、粒径和分布等参数,可以优化硫正极的性能。
同时,多孔碳材料还可以缓解硫在充放电过程中的体积效应,提高电池的循环稳定性。
2. 电池性能分析将负载了硫的多孔碳材料作为正极,与锂金属负极配对,组装成Li-S电池。
通过测试电池的充放电性能、循环稳定性和倍率性能等指标,可以评估多孔碳材料在Li-S电池中的应用效果。
分级多孔碳材料的制备及应用研究

4、生物医学
结论 模板技术制备多孔碳材料具有制备方法简单、可控性好等优点,在电化学能 源存储、光电催化、环境污染治理和生物医学等领域展现出广泛的应用前景。然 而,目前模板技术制备多孔碳材料仍存在一些不足之处,如模板的选取和使用受 限、制备成本较高等。
4、生物医学
因此,未来的研究应致力于开发新型的模板技术,降低制备成本,提高生产 效率,同时进一步拓展多孔碳材料在各领域的应用范围。
在浸泡处理过程中,模板与前驱体溶液充分接触,实现模板与前驱体的有机 结合。热解及碳化步骤则是去除模板并形成多孔碳材料的关键环节。通过控制热 解温度、气氛和时间,可以进一步调节多孔碳材料的孔结构、比表面积和孔容积 等参数。
模板技术制备多孔碳材料
此外,浸泡时间和温度也是影响多孔碳材料性能的重要因素。在适当的浸泡 时间和温度下,模板和前驱体溶液能够充分相互作用,从而有利于生成具有优良 性能的多孔碳材料。
分级多孔碳材料的制备方法
生物途径主要是利用微生物,如菌、真菌等来制备分级多孔碳材料。这种 方法是将微生物与碳源混合在一起,然后控制生长条件,使得微生物繁殖并形成 多孔结构。
分级多孔碳材料在电化学能源领 域的应用
分级多孔碳材料在电化学能源领域的应用
分级多孔碳材料在电化学能源领域具有广泛的应用,主要包括超级电容器、 电池和燃料电池等。分级多孔碳材料可以作为电极材料,提高电极的导电性和电 化学性能。例如,分级多孔碳材料可以用于制备高能量密度的锂离子电池电极, 同时具有良好的循环稳定性和倍率性能。此外,分级多孔碳材料还可以作为燃料 电池的电极材料,提高电极的导电性和耐腐蚀性。
结论
如何进一步提高分级多孔碳材料的电化学性能等。希望通过不断的研究和创 新,能够克服这些问题,推动分级多孔碳材料的进一步应用和发展。
多孔碳基材料的制备及其在储能领域的应用

多孔碳基材料的制备及其在储能领域的应用一、多孔碳基材料的制备多孔碳基材料是一种具有在空隙内具有大量的孔结构的碳基材料,具有良好的导电性,化学稳定性和热稳定性。
它们是低成本、可持续、高效的能源材料,可以在储能、电催化和传感器等领域得到广泛应用。
那么多孔碳基材料的制备是如何进行的呢?在多孔碳基材料的制备过程中,先要选择一种适合的碳源。
目前常用的碳源有天然物质如木质纤维、煤炭和人工物质如聚苯乙烯、食品残渣等。
其次,需要添加一种活性物质以控制孔径和变形度。
多数情况下,常用的活性物质有ZnCl2,吡啶等。
同时,热解条件对孔径、孔径分布和比表面积也有明显影响。
因此,热解条件也是制备多孔碳基材料的关键之一。
另外,生物质作为可再生、可持续的碳源材料,具有广泛的应用前景。
基于生物质的多孔碳基材料制备技术也得到了广泛的关注。
一种方法是利用水热制备木质素酰胺酯微球,然后把微球炭化,最后获得孔径和孔足尺寸可调的多孔碳基材料。
此方法不仅能够有效利用生物质作为碳源而且还具有良好的可控性和可重复性。
二、多孔碳基材料在储能领域的应用多孔碳基材料在储能领域有着广泛的应用前景。
其中,主要是以电化学储能为代表的领域。
电化学储能主要是指通过将物质的化学能转化为电能去储存,在需要的时候再将电能转化为物质的化学能。
由于多孔碳基材料具有高的电导率、大的比表面积和优良的化学稳定性,因此在电化学储能领域有着广泛的应用。
1. 超级电容器超级电容器是一种重要的电化学储能装置,有着高能量密度和高功率密度的优点。
多孔碳基材料因其结构和性能的优异性,常被用于超级电容器的电极材料。
通过与其他电极材料的组合,在超级电容器中能够达到更好的储能效果,并满足特定应用的能源要求。
例如,石墨烯和多孔碳基材料的复合体,能够有效增加材料的载流子传输和电容值。
2. 电池材料电池是一种常用的电化学装置,被广泛应用于智能手机、笔记本电脑等各类数字电子设备中。
其中,多孔碳基材料在电池的正负极材料制备中有着十分重要的地位。
《2024年新型多孔碳材料的合成与应用研究》范文

《新型多孔碳材料的合成与应用研究》篇一一、引言随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显,新型多孔碳材料作为一种高效、环保的吸附和分离材料,逐渐成为了科研领域的热点。
这种材料具有独特的孔结构、高的比表面积和良好的化学稳定性,广泛应用于能源存储、环境治理、催化剂载体等领域。
本文将详细介绍新型多孔碳材料的合成方法、结构特性及其在各领域的应用研究。
二、新型多孔碳材料的合成方法1. 物理法物理法主要是通过高温炭化或物理活化法等手段合成多孔碳材料。
该方法主要优点是过程简单、成本低,但合成出的多孔碳材料孔径分布较宽,比表面积相对较小。
2. 化学法化学法主要包括模板法、溶胶凝胶法等。
这些方法能够制备出孔径分布窄、比表面积大的多孔碳材料。
其中,模板法是利用模板剂的引导作用,制备出具有特定形状和尺寸的多孔碳材料。
三、新型多孔碳材料的结构特性新型多孔碳材料具有以下特点:1. 高的比表面积:多孔碳材料具有丰富的孔隙结构,从而具有较高的比表面积,有利于吸附和分离等应用。
2. 可调的孔径分布:通过调整合成过程中的条件,可以制备出不同孔径分布的多孔碳材料,以满足不同应用的需求。
3. 良好的化学稳定性:多孔碳材料具有良好的耐酸碱、耐高温等特性,使其在恶劣环境下仍能保持良好的性能。
四、新型多孔碳材料的应用研究1. 能源存储领域新型多孔碳材料作为锂电池、超级电容器等能源存储设备的电极材料,具有优异的电化学性能。
其高的比表面积和良好的导电性,使得电极材料能够充分接触电解质,提高电化学性能。
2. 环境治理领域多孔碳材料对有机污染物、重金属离子等具有良好的吸附性能,可用于废水处理、空气净化等领域。
此外,其优良的再生性能和可循环使用特点,降低了环境治理成本。
3. 催化剂载体多孔碳材料可作为催化剂载体,提高催化剂的分散性和稳定性。
同时,其独特的孔结构有利于反应物的扩散和传输,提高催化反应效率。
五、结论与展望新型多孔碳材料凭借其独特的结构和优良的性能,在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域展现出广阔的应用前景。
多孔碳材料的制备及其应用

多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
一、什么是多孔碳材料
多孔碳材料是指具有一定的孔隙度和孔径分布的碳材料。
它具有大的
比表面积、良好的化学稳定性和导电性能,因此在多个领域有着广泛
的应用。
二、多孔碳材料的制备方法
1. 碳化方法:通过碳化有机物质得到多孔碳材料。
常用的碳源有聚合物、生物质和天然矿物。
制备方法包括高温炭化、半焦炉碳化和气相
碳化等。
2. 模板法:将具有孔隙度的材料作为模板,在其表面包覆一定的碳源,再进行炭化处理,即可得到多孔碳材料。
常用的模板材料有硅胶、纳
米颗粒、纤维素等。
3. 化学法:利用化学反应在材料表面或内部引入孔道,得到多孔碳材料。
常用的化学处理包括氧化、酸洗、碱洗等。
三、多孔碳材料的应用领域
1. 电化学储能领域:多孔碳材料在锂离子电池和超级电容器中有着广
泛的应用,因其具有大的比表面积和导电性能。
2. 气体吸附领域:多孔碳材料在吸附剂领域有着重要的应用,如制备
吸附天然气的催化剂、空气净化等。
3. 催化剂领域:多孔碳材料可以制备成各种形貌的催化剂,具有高度的催化性能和选择性,应用于催化加氢、催化裂化、脱氮等反应。
4. 生物医学领域:多孔碳材料可以用于药物递送、生物成像等,具有良好的生物相容性和生物活性。
总之,多孔碳材料具有广泛的应用前景,不断发展和创新制备方法,将会在各个领域得到更为广泛的应用。
多孔碳材料的制备及其储能性能研究

多孔碳材料的制备及其储能性能研究随着能源危机的加剧,储能技术成为解决环境和能源问题的一项关键技术。
多孔碳材料因其优异的电化学性能而成为超级电容器、锂离子电池、燃料电池等储能器件的重要材料。
本文将介绍多孔碳材料制备方法和储能性能研究进展。
1. 多孔碳材料制备方法多孔碳材料的制备方法包括模板法、碳化物法、水热法、物理气相沉积法等。
其中模板法得到的多孔碳材料具有孔径分布均匀、孔径大小可调、孔壁光滑等优点。
碳化物法制备的多孔碳材料具有高比表面积和丰富的孔洞结构。
水热法可以制备出纳米级多孔碳材料,具有较高的电容性能。
2. 多孔碳材料的储能性能研究进展多孔碳材料的电容性能受孔径大小、孔隙度和孔道结构等多种因素影响。
近年来,研究人员通过控制碳材料的孔径、孔隙度和孔道结构等因素,进一步提高了多孔碳材料的储能性能。
(1)孔径大小对储能性能的影响理论上,孔径越小,电容越大。
实际研究发现,孔径在1~10 nm的多孔碳材料具有优异的电容性能。
当孔径小于1 nm时,电容反而降低。
这是因为孔径过小时,电解液中离子难以进入孔道内部,导致电容降低。
(2)孔隙度对储能性能的影响孔隙度是指多孔碳材料的空隙占比。
一般来说,孔隙度越高,电容越大。
然而,孔隙度过高会导致电容下降。
这是因为孔道结构过于分散,导致离子传输困难,影响电容性能。
(3)孔道结构对储能性能的影响多孔碳材料的孔道结构包括直孔、弯曲孔、分支孔等。
研究表明,弯曲孔和分支孔有利于离子传输,提高了多孔碳材料的储能性能。
3. 多孔碳材料未来研究方向多孔碳材料的制备和储能性能研究在过去几十年里得到了飞速发展。
未来,需要进一步探究多孔碳材料的制备新方法、孔道结构调控机制、化学修饰等,提高多孔碳材料的储能性能。
同时,多孔碳材料在储能器件中的应用仍需加强探索,拓宽多孔碳材料的应用领域。
4. 结论多孔碳材料制备方法多种多样,不同制备方法得到的多孔碳材料具有不同的孔径大小、孔隙度和孔道结构等,影响了其储能性能。
多孔碳材料的制备

多孔碳材料的制备多孔碳材料是一类具有大量微孔和孔隙的碳材料,具有高表面积和低密度等优良特性,广泛应用于催化、吸附、电化学能量储存等领域。
下面将详细介绍多孔碳材料的制备方法。
一、孔模板法制备多孔碳材料孔模板法是一种常用的制备多孔碳材料的方法,其原理是利用模板作为孔道的模型,在模板表面或内部涂覆碳源物质,形成多孔碳材料。
模板材料可以是聚苯乙烯球、硅胶、纳米颗粒等,碳源物质可以是有机物、碳黑等。
制备过程中,通常需要经历涂覆、炭化、模板去除等步骤。
二、直接碳化法制备多孔碳材料直接碳化法是将碳源物质在一定温度下直接转化为碳材料,具有制备简单、成本低等优点。
在制备多孔碳材料时,常用的碳源物质有聚苯乙烯、聚丙烯腈等高分子材料。
制备过程中,常需要进行碳化、活化等处理,以便形成多孔结构。
三、可离析模板法制备多孔碳材料可离析模板法是一种制备大孔、中孔多孔碳材料的有力手段。
其基本思路是以复合高分子乳液作为模板,在高温下炭化,形成多孔碳材料。
在可离析模板法中,模板主要起模拟孔对多孔碳材料性质影响规律的作用。
优点是模板完全燃尽后留下无痕迹的孔道,孔径大小可精密控制。
四、气相沉积法制备多孔碳材料气相沉积法是利用气态前驱体在一定温度和压力下催化反应生成碳材料,具有反应速度快、制备成本低等优点。
在制备多孔碳材料时,常用的气态前驱体有乙烯等低分子烃类、甲醛、三聚氰胺等有机物,通过控制反应条件可调节制成多孔碳材料。
综上所述,多孔碳材料的制备方法非常多样,不同的方法适用于不同的材料和应用领域。
只有根据具体情况选择合适的制备方法,才能制备出高性能的多孔碳材料。
多孔碳材料的制备与表征

多孔碳材料的制备与表征多孔碳材料是一种优异的材料,具有广泛的应用前景。
它的制备和表征是一个非常重要的研究方向。
近年来,随着科技的不断发展,人们对多孔碳材料的研究越来越深入,不断出现了许多新颖的制备方法和表征技术。
本文将对多孔碳材料的制备和表征做一个简要的介绍。
一、多孔碳材料的制备1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种制备多孔碳材料的常用方法。
它的原理是将有机气体加热至高温,然后通过气相反应得到多孔碳材料。
化学气相沉积法制备多孔碳材料具有效率高、操作简便等优点,但其制备出的多孔碳材料孔径分布较窄,对于较大孔径的多孔碳材料制备效果不理想。
2. 盐模板法盐模板法是一种常用的制备多孔碳材料的方法,其原理是将一定量的盐溶液涂在碳材料表面,待其干燥后在高温下烧蚀掉盐晶体,得到多孔碳材料。
盐模板法制备多孔碳材料具有孔径分布范围广、制备过程简单等特点,但对于一些具有特殊形貌的多孔碳材料制备效果不理想。
3. 滴定凝胶法滴定凝胶法是一种实验室常用的制备多孔碳材料的方法。
其原理是先将一种含碳前驱体溶解在溶剂中,再加入一种特殊的凝胶剂,使其形成凝胶。
凝胶在低温下煅烧,即可得到多孔碳材料。
滴定凝胶法制备多孔碳材料具有操作简单、适用于各种形貌的多孔碳材料等优点,但对于制备孔径较大的多孔碳材料不适用。
二、多孔碳材料的表征1. 扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过束缚电子的反射、散射和吸收等现象来获得样品表面形貌信息。
SEM能够反映多孔碳材料的孔洞分布、孔径大小和孔道连通性等信息。
2. 红外光谱(FTIR)红外光谱是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过检测多孔碳材料的红外吸收谱来推测样品的化学结构。
FTIR能够反映多孔碳材料中的羟基、羰基和酯基等官能团。
3. 压汞法压汞法是一种常用的多孔碳材料表征技术。
它通过测定压力变化来分析样品中的孔隙结构。
压汞法能够反映多孔碳材料的孔径大小、孔容和孔隙度等信息。
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多孔碳材料的制备与应用摘要:多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点,由于多孔结构的引入,还具有比表而积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点,在催化、吸附和电化学储能等方而都得到了广泛的应用。
本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展,重点介绍了多孔碳孔道结构的调控,并对多孔碳材料的应用进行了展望。
关键词:多孔碳;模板合成;活化合成;有序孔道Abstract: Porous carbon with large specific surface area,tunable porous structure,high stability and good electron conductivity,has attracted considerable attention due to its promising applications in the fields of catalyst,catalyst support,absorption and electrochemical energy storage.This manuscript reviews recent development in the fabrication of microporous carbon,mesoporous carbon,macroporous carbon and hierarchically porous carbon with both ordered and disordered porous structures.The so-called soft- and hard-template methods are efficient in tuning the porous structures and morphologies of carbon materials.The potential applications of porous carbon materials are also highlighted in this review.Key words porous carbon:template synthesis; activation preparation; ordered porous channels一.引言多孔碳材料是指具有不同孔结构的碳材料,其孔径可以根据实际应用的要求(如所吸附分子尺寸等)进行调控,使其尺寸处于纳米级微孔至微米级大孔之间。
多孔碳材料具有碳材料的性质,如化学稳定性高、导电性好、价格低廉等优点;同时,孔结构的引入使其同时具有比表而积大、孔道结构可控、孔径可调等特点。
多孔碳材料在气体分离、水的净化、色谱分析、催化和光催化及能量存储等领域得到了广泛的应用。
按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义,可以根据多孔碳材料的孔直径将其分为三类:微孔(小于 2 nm );介孔(2-50 nm)和大孔(大于50nm)。
而根据多孔碳材料的结构特点,又可以将其分为无序多孔碳材料和有序多孔碳材料。
其中无序多孔碳材料的孔道不是长程有序,孔道形状不规则,孔径大小分布范围宽。
活性炭是无序多孔碳材料的典型代表,也是最早得到工业化应用的多孔碳材料。
由于活性炭孔结构主要由微孔组成,且孔径不均一,限制了其在大分子(或者离子)体系(如聚合物、染料、生物大分子的吸附及超级电容器等方而)的应用。
有序多孔碳材料具有孔道有序性,孔道形状和孔径尺寸可以得到很好的控制,且孔径分布范围窄。
在有序多孔碳材料中研究比较多的材料是有序介孔碳,如CMK -3,其孔径在介孔范围内,一般可以利用有序介孔二氧化硅SBA-15作为硬模板合成而得。
多孔碳材料的制备方法多种多样,常用的制备方法有以下两类:(1)活化法:活化法是制备多孔碳材料的传统方法,包括:(a)化学活化、物理活化或物理化学活化联用;(b)碳前驱体的催化活化;(c)可碳化和热解的高分子聚合物混合碳化;(d)高分子气凝胶的碳化;(e)生物质的碳化活化。
利用这些传统的碳化活化方法制得的往往是无序多孔碳材料,很难控制其孔道形状和孔径。
(2)模板法:模板法是利用模板来有效控制孔结构,从而制备出结构有序、孔径均一的材料的方法。
根据使用的模板的不同,模板法可以分为以下几种:(a)软模板法,是一种直接合成有序介孔碳的方法,通过碳前驱体(如酚醛树脂)与软模板(主要是表而活性剂)相互作用进行自组装,然后将碳前驱体碳化得到多孔碳材料;(b)硬模板法,利用一种具有特殊孔结构的材料作为硬模板,在其孔道中引入碳前驱体,经过碳化和除去硬模板得到具有特殊孔结构的多孔碳材料(图1)[1]双模板法,利用硬模板(如多孔阳极氧化铝和PS小球)来控制碳材料的形貌或者大孔的形成,同时利用软模板来控制有序介孔孔道的形成,从而得到具有等级孔道结构的多孔碳材料。
模板法的突出优点是具有良好的结构可控性,这开辟了多孔碳制备的一个新途径。
图1 多孔碳材料的硬模板合成路线[1]Fig.1 a) Schematic representation showing the concept of template synthesis.b ) microporous,c ) mesoporous,and d) macroporous carbon materials,and e) carbon nanotubes were synthesized using zeolite,mesoporous silica,a synthetic silica opal,and an AAO membrane as templates,respectively[1]二.微孔碳材料2. 1无序微孔碳材料无序微孔材料中很重要的一类是分子筛型微孔碳,它具有均一的微孔结构,孔直径在几个埃之内,是一类特殊的活性炭[1]。
同沸石分子筛一样,分子筛型微孔碳具有特殊的选择性吸附性能,碳材料的疏水性和抗腐蚀性,使分子筛型微孔碳具有优异的化学和物理稳定性,其应用范围比沸石分子筛更广泛。
这种碳材料一般是通过热解合适的前驱体得到的,如聚酞亚胺、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚糠醇、和酚醛树脂等高分子聚合物·离子交换树脂可以用于分子筛型微孔碳的制备。
含有磺酸基团的聚苯乙烯树脂微球与不同的阳离子进行离子交换,形成同时含有不同种类的阳离子[4](如H+,K+,Na+,Ca2+,Zn2+,Cu2+,Fe2+,Ni2+和Fe3十等)的树脂。
在氮气气氛下,经900℃高温碳化,阳离子交换后的树脂转变成分子筛型微孔碳网。
交换到树脂里而的阳离子对均一微孔的形成具有重要作用,研究发现,当树脂中只含有单一价态阳离子时,碳化后大部分微孔消失;只有当树脂中同时含有二价和三价阳离子时,碳化后树脂中均一的微孔才得以保存下来。
这是因为二价和三价阳离子可以与树脂微孔孔壁上的功能团交联,从而使树脂中的微孔可以经受高温焙烧而不塌陷。
Yao等[2]报道了利用糠醇聚合交联来制备微孔碳,得到的微孔碳的孔直径在0. 56 nm左右。
他们还发现,加入双亲性的三嵌段非离子型PEO-PPO-PE 0表而活性剂可以控制碳微球的形成。
引入大分子量的P123和F127,可以形成尺寸均一、表而光滑的微球,其直径可以控制在几百纳米以内(图2) ;而用小分子量的PE 0 APO }E 0表而活性剂只能得到不规则的碳材料。
PEO-PPO-EO表而活性剂的分子量对碳微球形貌的调控作用可能与表而活性剂的浊点(the cloud point)有关。
分子量在1 100-2 200之间的PEO-PPO-EO表而活性剂的浊点非常低,小于370C,在90℃左右就会发生相分离,从而影响微球的形成。
图2 在表面活性剂( a) P123 和( b) F127 存在下,利用糠醇聚合交联形成的微球来制备微孔碳[2]Fig.2 TEM images of colloidal microporous carbon spheres from poly( furfuryl alcohol ) spheres synthesized at room temperature with ( a) P123 and ( b) F127[2]利用热解高分子聚合物的方法还可以制备微孔碳膜。
例如,用成本较低的酚醛树脂为前驱体制备分子筛型微孔碳膜[4,5,6-10]。
最近,Kitagawa等[11]以铝基多孔配位聚合物和糠醇为碳源,经惰性气氛高温焙烧和氢氟酸处理后,得到微孔碳材料。
以聚毗咯纳米球为前驱体,经过碳化和KOH活化等过程,Lou等[12]制备出了微孔碳纳米球,这些碳纳米球的比表而积可以高达1 080 m2·g -1,并表现出较高的电化学活性,其比电容可以高达240 F ·g-1。
Schmidt等[17]碳化曝吩基聚合物制备了硫掺杂的微孔碳材料,且可以通过改变碳化温度调节材料中硫的含量。
通过碳化聚醚醚酮,可以制备出比表而积高达3 000 m2·g-1的微孔碳材料[13]。
一般来说,所制备的微孔碳膜的孔结构及其分子筛分性能取决于热解温度。
973-1 073 K之间的热解可以起到扩孔的作用;而更高温度下的热解往往会引起微孔的缩小或孔道系统的塌陷网。
通常热解生成的微孔碳膜的孔结构和孔隙率达不到分子筛分的要求,需要对其进行后处理以提高性能。
常用的后处理方法有后氧化、物理活化和化学气相沉积等,最常用的是后氧化处理,即在氧化剂(如氧气、空气、水、二氧化碳或双氧水)的存在下,将微孔碳膜在973-1 073 K进行高温处理,使孔道中无定形碳分解,达到增加孔体积的目的闹。
然而,这些后处理的过程比较繁琐,而且费时费电,成本较高。
Xu等开发了一种不需要后处理而制备微孔碳的方法,他们将聚偏二氯乙烯和聚偏二氟乙烯在873-1 173 K下热解,一步就可得到孔径均一、比表而积大于1 000 m2·g-1的微孔碳。
生物质材料的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,是生产微孔碳非常好图3 以玉米秸秆( C1) 、稻草秆( C2) 、松针( C3) 和松子壳( C4) 为原料经过碳化和活化过程制备的微孔碳材料在77 K 的N2吸附/脱附等温线( a) 和Horvath-Kawazoe孔径分布曲线( b)[3]Fig.3 The N2 adsorption / desorption isotherms at 77 K ( a) and the pore size distributions ( b) of cornstalks ( C1) ,rice straws ( C2) ,pine needles ( C3) and pinecone hulls ( C4) with the surface areas of 3 200,3 315,3 545 and 397 m2·g-1的原料。