[發明專利]一種高穩定性大孔徑有序介孔碳材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710044247.3
• 申請日: 2007-07-26
• 公開（公告）號: CN101134567A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 鄧勇輝;劉翀;顧棟;屠波;趙東元
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于先進納米復合材料技術領域，具體涉及一種具有厚墻壁、高穩定性的大孔徑有序介孔碳材料及其制備方法。

技術背景

近年來，介孔碳材料由于其碳材料自身的導電特性以及介孔材料的高比表面積的性質，在催化劑載體，超級電容器電極，燃料電池等方面具有廣泛的應用前景。傳統的介孔碳材料的合成通常采用nanocasting的方法，該方法首先合成出一定結構的介孔二氧化硅材料，再在介孔二氧化硅材料的孔道中填入有機分子作為碳的前驅體，在高溫碳化后除去二氧化硅模版，從而得到具有與合成的介孔二氧化硅相對應的介孔碳材料(Ryoo，R.；Joo，S.H.；Kruk，M.；Jaroniec，M.Adv.Mater.2001，13,667-680)。最近，趙東元教授課題組提出了一種利用可溶性酚醛樹脂與表面活性劑直接作用制備介孔碳材料的新方法，該種方法利用溶液中可溶性酚醛樹脂與表面活性劑之間存在的氫鍵作用，利用有機-有機自組裝的原理，通過溶膠凝膠(sol-gel)方法和溶劑揮發誘導自組裝(EISA)方法制備得到有序介孔碳材料，利用該種方法避免了制備過程中模版介孔二氧化硅的制備，節省了時間和資源。(Meng，Y.；Gu，D.；Zhang，F.Q.；Shi，Y.F.；Yang，H.F.；Li，Z.；Yu，C.Z.；Tu，B.；?Zhao，D.Y.Angew.Chem.，Int.Ed.2005，44，7053-7059；Zhang，F.Q.；Meng，Y.；Gu，D.；Yan，Y.；Yu，C.Z.；Tu，B.；Zhao，D.Y.J?Am.Chem.Soc.2005，127，13508-13509)

盡管人們已經在有序介孔材料方面取得了巨大的進展，然而，具有大孔徑、高穩定性的介孔碳材料的合成仍然比較困難。Dai課題組利用兩親性嵌段共聚物PS-b-P4VP作為結構導向劑，將其與間二苯酚之間通過溶劑老化(solvent?annealing)的方法形成介觀結構，并將其置于甲醛蒸汽中固化以固定介觀結構，最后灼燒碳化脫除模板以得到具有超大孔徑(34nm)的有序介孔碳材料(Liang，C.，Hong，K.，Guiochon?G.A.，Mays，J.W.，Dai，S.，Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，5785-5789)。最近，趙東元課題組利用超大分子量嵌段共聚物PEO-b-PS作為結構導向劑，利用溶劑揮發誘導自組裝的方法(EISA)成功合成出具有超大孔徑的介孔硅(孔徑達23nm)和介孔碳材料(孔徑達31nm)(Deng，Y.H.，Yu，T.，Wan，Y.，Shi，Y.F.，Meng，Y.，Gu，D.，Zhang，L.J.，Huang，Y.，Liu，C.，Wu，X.J.，Zhao，D.Y.，J?Am.Chem.Soc.，2007，129，1690-1697)。盡管利用PEO-b-PS作為結構導向劑能夠合成出具有大孔徑的介孔碳材料，但是相比其孔徑而言而言，該種材料的墻壁厚度(9.9nm)并不能提供材料足夠的穩定性以及機械強度，從而限制了其在許多方面，尤其是對于材料機械強度以及穩定性比較苛刻的方面的應用。

本發明在趙東元課題組已有工作的基礎上，利用具有聚氧乙烯(PEO)強親水段嵌段和聚丙烯酸酯類弱親水嵌段的共聚物表面活性劑作為介孔結構的結構導向劑，利用嵌段共聚物疏水段能與可溶性酚醛樹脂部分發生氫鍵作用，在相同的聚氧乙烯段長度的條件下得到具有大孔徑、厚墻壁的有序介孔碳材料，這種材料由于具有與孔徑相當的墻壁厚度，因此具有更加高的穩定性和機械強度。該材料在眾多對于材料機械強度要求更為苛刻的應用中具有廣泛的應用前景。該方法方法簡單，原料易得，可以根據需要改變嵌段共聚物性質來適應應用要求，可用于方法生產。

發明內容

本發明的目的在于一種機械強度高、穩定性好的大孔徑有序介孔碳材料及其制備方法。