介孔碳材料合成的研究進展

劉建峰, 寧 鍇, 丁 昇, 袁斌霞, 王道累

(上海電力大學 能源與機械工程學院, 上海 200090)

根據國際純粹和應用化學聯合會的規定,介孔材料的孔徑在2～50 nm之間[1]。介孔碳材料由于具有較高的比表面積、可調的孔道結構等優點受到了廣泛關注[2],而且介孔碳還具有良好的熱穩定性、較好的導電性和較強的吸附能力,是一種良好的電極材料、吸附劑和催化劑載體[3]。與傳統多孔碳相比,介孔碳的孔徑更小,孔道結構更集中,孔隙率也更高[4]。同時,介孔碳材料的合成較為簡便,前驅體易于獲得,而且在環保方面還能滿足綠色化學的要求[5]。

1 介孔碳材料的合成方法

目前合成介孔碳材料的常用方法主要有催化活化法、有機凝膠碳化法和模板法[6]。

催化活化法是一種合成介孔碳的手段,但由于用于催化活化碳材料的催化劑是含金屬的鹽類,總會有部分金屬殘留在介孔碳材料中,因此制備的材料會存在不少的微孔。且介孔的結構和尺寸也難以調控。

有機凝膠碳化法雖然不用添加金屬混合物來合成介孔碳材料,但該方法步驟比較繁瑣,且合成的介孔碳材料孔隙率不夠高,性能較低,孔徑分布較寬不易調控,而且實驗需要用到的超臨界干燥設備價格昂貴且操作復雜。

在模板法合成介孔碳材料中,前驅體和模板劑都是不能缺少的,前驅體用來提供碳源,模板劑用來形成介孔。通過模板劑對前驅體的作用,以此形成介觀結構,然后前驅體轉化,最后通過高溫等方法去除模板,得到孔道均一的介孔碳材料[7]。……