炭膜制备及其孔结构调控

炭膜作为近年发展起来的一种新型无机分离膜,有着广阔的应用前景.炭膜的孔结构是影响炭膜性能的根本性因素.评述了炭膜的分类和制备,着重阐述了原料性质、添加剂、炭化条件等主要因素对炭膜支撑体孔结构的影响以及预氧化条件对沥青基非支撑体炭膜孔结构的影响.并详细介绍了炭膜分离层孔结构的调控方法.     

煤基炭泡沫孔结构调控

以肥煤镜质组富集物为前驱体, 采用高压渗氮法制备煤基炭泡沫, 研究了发泡温度、发泡压力和发泡时间对炭泡沫孔结构的影响。利用SEM观察炭泡沫的孔胞形貌, 同时利用Nano Measurer分析软件统计SEM照片孔胞直径分布和孔喉直径分布以及平均孔径。结果表明: 微孔塑料成核理论可以定性解释炭泡沫的孔结构变化趋势。发泡温度的升高导致成核密度增加, 同时导致气体在胶质体的溶解度降低, 不利于孔胞长大。发泡压力的增大导致炭泡沫的孔胞密度增加, 临界成核半径降低, 同时加剧了热聚合反应, 导致胶质体的粘度增大, 不利于孔胞长大。发泡时间的延长会使热聚合更加充分, 影响胶质体粘度, 进而影响孔结构。     

木材制备生物炭的孔结构分析

选取9种木材,采用干蒸裂解工艺制备生物炭材料,采用压汞法测定生物炭的孔体积、比表面积和孔径分布,并且对它们的孔隙结构进行对比研究。结果表明:由果木制备的生物炭的孔隙率最大,数值为53.13%,而桃木生物炭的孔隙率最小,数值为44.38%;通过分析生物炭材料在一定孔半径区间内的孔体积分布曲线和孔表面积分布曲线,得出了9种生物炭中小孔和微孔数量较多的为槐木和杏木,大孔和中孔数量较多的为桃木和桐木;聚类分析9种生物炭孔结构相似度发现,果木、柳木、槐木和杏木为微孔类,枸木和椿木为小孔类,柿木和桃木为中孔类,桐木为大孔类。     

氯气刻蚀中孔碳化钛制备分等级孔结构炭材料

以钛酸正丁酯为钛源、蔗糖为炭源,采用溶胶-凝胶法制得有机-无机复合干凝胶,后经高温炭热反应、氯气化学刻蚀分别得到中孔碳化钛及碳化物基炭材料(CDCS).通过XRD、Raman、SEM、TEM和氮气吸附等表征,考察了钛酸正丁酯/蔗糖摩尔比例(R)对所制碳化钛和CDCS的孔结构和物理特性的影响.结果表明:在碳热过程所形成的中孔和大孔孔隙能够在氯气刻蚀过程中保持并传递给最终的炭材料.所制CDCS具有三种不同层次的孔隙结构,分别为氯气刻蚀碳化钛品体所产生的微孔、源自蔗糖残留炭中所含的3nm～4nm中孔以及炭颗粒间相互叠加和连接所形成的大孔.通过改变R比值,所制CDCS的BET比表面积和孔容分别在1479m2/g～1640m2/g和1.06cm3/g～2.03cm3/g之间可调.     

模板法制备有序介孔炭及其超电性能研究

以F127为模板剂,通过模板法制备了有序介孔炭材料(OMC)。对样品进行了X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究其结构和形貌。结果表明,OMC孔道有序规则,壁宽为10nm。电化学测试表明此电极材料具有良好的电化学性能,可逆性能好。在电流密度为700mA/g的条件下,经500次循环测试,有序介孔炭的容量保持率为90.5%。     

双模板结构导向剂制备有序介孔炭

以间苯二酚/甲醛制备的酚醛树脂为碳前躯体,三嵌段共聚物F127和P123作为主辅结构导向剂,采用有机-有机自组装的方法制备有序介孔炭(Ordered mesoporous carbons,简称OMCs)。采用X射线衍射仪、透射电镜和N2吸/脱附手段对所制OMCs进行表征,研究了反应时间以及主辅模板剂的比例对介孔孔道结构的影响。结果表明,随着反应时间从24h延长至72 h,介孔炭有序性先增后减;当主辅模板剂F127/P123摩尔比为0.002 7∶0.002 7时,所得介孔炭有序性较好,为P6mm型孔道结构,介孔孔容和比表面积分别为0.59 cm3/g和640.34 m2/g,平均孔径为3.68 nm.     

以纳米SO_2粒子为模板由不同炭前躯体制备中孔炭(英文)

以纳米SO2粒子为模板,酚醛树脂、中间相沥青和聚丙烯腈为炭前躯体制备中孔炭。利用氮气吸附、元素分析和X-射线光电子能谱等分析了不同种类炭前躯体对中孔炭的影响。结果表明:在炭化温度和纳米粒子添加量相同的情况下,不同炭前躯体所制中孔炭的孔结构和表面化学性质不同。中间相沥青基中孔炭中微孔和中孔含量最少,酚醛基中孔炭中含有丰富的微孔和中孔,聚丙烯腈基中孔炭中含有大量的含氮官能团。     

模板法中孔炭及其双电层电容性能(英文)

以乙酸镁和柠檬酸镁热解得到的MgO为模板,热塑性沥青为碳前驱体,采用程序升温一步炭化法(950℃,N2)制备了高比表面积中孔炭材料。尽管未进行活化,两种模板前驱体与沥青混合所制中孔炭材料均可获得非常高的比表面积。以这两种中孔炭作为双电层电容器的电极材料,在质量分数为30%的KOH电解液中测试其电化学性能。结果表明:这两种中孔炭电极均可得到较高的比电容量和理想的功率特性,尤其是柠檬酸镁作前驱体时,MgO与沥青质量比为4时得到的炭材料(MCP8/2)在20mA.g-1的电流密度下得到284F.g-1的比电容量,且在1000mA.g-1时仍能得到236F.g-1的比电容。交流阻抗测试表明:组装的双电层电容器的内部阻抗均小于3.5Ω。     

不同结构中孔炭材料的制备和热稳定性研究

利用溶剂挥发自组装的方法制备了2种不同孔结构中孔炭材料。低温N2吸脱附、SAXS、HRSEM和TEM测试表明,所制备的材料分别具有柱状结构和墨水瓶状的中孔结构。考察了不同炭化温度对2种结构中孔炭的影响,结果表明柱状结构的中孔炭材料具有较好的热稳定性。     

超级电容器用中孔炭的研究

以石油焦为原料,运用化学活化法制备了超级电容器用高比表面积中孔活性炭。利用XRD、SEM和BET对实验制备的中孔炭进行了分析和表征。以实验制备的活性炭为超级电容器电极材料,利用恒流充放电测试对其电容特性进行了研究。结果表明,实验研制的活性炭的比表面积为1733m^2／g,中孔含量达到60．6％,在150mA／g的电流密度下其比容达到180F／g,而且基于实验研制的活性炭的超级电容器具有低内阻和良好的功率特性。     

埃洛石为模板合成中孔炭

以天然矿物埃洛石为模板, 蔗糖为碳源合成了具有“壳-核”结构的中孔炭。通过SEM、TEM、N₂吸附、XRD、Raman、TG对样品进行了形貌和结构表征。结果表明: 模板炭具有一维管状结构, 与埃洛石具有相似的形貌。经过700℃和900℃炭化后的模板炭比表面积达到了945 m²/g和1147 m²/g, 孔容和中孔率也较埃洛石有了很大的提高。去除模板后得到的模板炭具有很高的纯度, 为无定形炭。升高炭化温度, 模板炭的拉曼特征参数R值降低, 热分解温度由563℃提高到623℃。同时, 对模板炭的形成过程及孔道形成机理进行了分析和讨论。     

利用线性酚醛树脂制备有序介孔碳

三嵌段共聚物F127为模板剂,线性酚醛树脂为碳前驱体,采用溶剂挥发诱导有机-有机自组装法(EI-SA)制备了具有二维六方结构的有序介孔碳。利用FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等方法对有序介孔碳的结构进行了表征,研究了不同焙烧温度和模板剂用量对有序介孔碳结构的影响。结果表明,当模板剂的用量一定时,有序介孔碳的孔径、孔容和孔壁厚度都随着焙烧温度的升高而降低,但比表面积却随着微孔含量的增加而增大。随着模板剂用量的增加,介孔碳的有序性降低。有序介孔碳PF-2-500的比表面积、孔径、孔容、孔壁厚度和微孔比表面积比分别为583.82m2/g、3.05nm、0.31cm3/g、3.40nm和361.18m2/g,而有序介孔碳PF-1-500的比表面积、孔径和孔容相对于PF-2-500有所提高,分别为647.79m2/g、3.44nm和0.41cm3/g,但微孔比表面积和孔壁厚度分别降低为309.46m2/g和3.35nm。     

有机金属盐基介孔碳的制备及其电化学性能研究

以乙二胺四乙酸钙为原料,采用直接碳化法制备介孔碳电极材料。N2吸附测试表明,所制备的碳材料为典型的介孔材料,材料的比表面积随着碳化温度的升高而增加,平均孔径呈现先增加后减小的趋势。电化学测试表明,CaC-700、CaC-800和CaC-900具有优异的电化学电容特性,在较高的输出功率下仍能保持较高的能量密度,说明介孔表面在高功率输出时能够得到较充分的利用。这类介孔碳在对能量密度和功率密度都有较高要求的场合具有良好的应用前景。     

聚丙烯腈基中孔碳的无机模板法制备和结构

采用模板法可制备孔径分布窄、中孔率和比表面积高的中孔碳。本文采用纳米氧化硅静电吸附十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及乳液聚合制备不同纳米氧化硅含量的聚丙烯腈/纳米氧化硅复合粒子,进一步通过高温碳化和氢氟酸刻蚀得到高纯度的中孔碳。发现当纳米氧化硅添加量不超过单体质量的50%时,纳米氧化硅主要以被聚合物包覆的形式存在,所制备的中孔碳的比表面积均大于800m2/g,孔径在5～10nm之间;随着纳米氧化硅/单体质量比从30%增加到60%,所制得的中孔碳的总孔容从1.111cm3/g增加至1.949cm3/g,中孔率从66.0%增至82.4%。结合中孔碳的形貌分析,认为纳米氧化硅的模板作用是形成中孔的主要因素。     

介孔生物活性玻璃/脱钙骨复合支架的制备及性能研究

将介孔生物活性玻璃(MBG)与脱钙骨(DB)复合, 利用浸渍法制备出MBG/DB复合支架材料. 采用红外光谱(FTIR), 扫描电镜(SEM), X射线衍射(XRD), 电子万能材料试验机等方法对牛松质骨(CB)、DB、MBG/DB复合支架进行表征. 结果表明, CB经浸酸处理后制备的DB, 孔径大小在200~600μm范围内, 孔隙率约为71%, 抗压性能比CB明显降低(1.10±0.31)MPa, 而采用浸渍法制备的复合支架, 孔隙率降为40%左右, 而压缩强度明显提高(8.49± 2.14)MPa. 体外生物活性测试表明: 复合支架具有良好的生物活性.     

以MgO为模板剂制备纳米中孔炭及其应用研究进展

无需任何稳定和活化过程,采用MgO为模板剂,选择不同的碳前驱体可制备高比表面积且含有大量中孔的活性炭.综述了具体制备方法、制备条件对孔结构的影响、纳米孔结构形成机理、该方法的优点以及该法所得纳米中孔活性炭的应用前景.通过选择不同的MgO前驱体可调节活性炭中孔大小;而中孔和微孔的相对体积则由碳前驱体控制.采用该法制备的中孔炭作为电容器、吸附材料等在能源、资源和环境方面的应用前景相当广阔.     

自然唾液中介孔生物活性玻璃诱导牙釉质仿生再矿化研究

将介孔生物活性玻璃用于修复酸蚀的牙釉质, 样品经模拟刷牙后, 浸泡在自然唾液中。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、聚焦离子束(FIB)切割后透射电镜(TEM)观察、X射线能谱分析(EDX)、选区电子衍射(SAED)分析, 及纳米压痕力学测试等表征显示, 经过介孔生物活性玻璃处理后的牙釉质, 在唾液中浸泡6 h, 牙釉质表面形成棒状类骨磷灰石; 浸泡24 h, 表面形成均匀矿化层, 厚度约为100 nm, 且和牙釉质基体结合紧密, 钙磷比接近牙釉质基体。矿化层在300 µN作用下, 出现划痕爆破值, 其显微力学性能为(3.37±0.62) GPa, 弹性模量为(60.48±4.56) GPa, 均达到未酸蚀牙釉质的75%。实验结果表明, 介孔生物活性玻璃可较快地诱导矿化, 有望用于酸蚀牙釉质修复及早期龋齿的预防。     

Facile Synthesis of Macrocellular Mesoporous Foamlike Ce–Sn Mixed Oxides with a Nanocrystalline Framework by Using Triblock Copolymer as the Single Template

Macrocellular mesoporous foamlike cerium–tin mixed oxide materials with well‐defined porous structure and nanocrystalline frameworks are synthesized through a simple one‐step self‐assembly process using an amphiphilic triblock copolymer as the single template. The macrocellular pores are synthesized without the addition of any swelling agent or hazardous acids. The final mixed oxide possesses a hierarchically porous structure including macrocellular foam with ultralarge cell size, closed windows, and mesopores on the walls. This indicates that the porous structure can be notably stabilized and improved by the incorporation of Sn in the CeO₂. The materials are expected to be good candidates in catalysis, since the hierarchical porosity enables high surface areas and hence more chemically active sites associated with the mesopores, combined with the high efficiency of mass transport from the macrocellular foam. The catalytic characteristics are discussed in relation to the architectures of the materials, and it is revealed that the macrocellular/mesoporous materials would be an efficient catalyst for CO oxidation.     

有序中孔炭球的自组装合成及其结构控制

以间苯二酚糠醛低聚物为炭前驱体,三嵌段共聚物F127为结构导向剂,通过悬浮辅助的蒸发诱导自组装乳化成球,高温炭化后得到有序中孔炭球. 考察了乳化剂用量和搅拌速度对有序中孔炭球的粒径和表面形貌影响,嵌段共聚物F127与间苯二酚摩尔比（F127/R）及间苯二酚糠醛反应时间对有序中孔炭球的微观结构影响. 结果表明：当乳化剂用量从0.1vol%增加到2.0vol%,有序中孔炭球的粒径从400μm减小到100μm;在乳化剂用量相同时,搅拌速度从100r/min增加到600r/min, 有序中孔炭球的粒径从341μm减小到60μm;当 F127/R的比值为0.008、0.015和0.025时,分别制得三维体心立方、二维六方和无序蠕虫结构的中孔炭球.