[發(fā)明專利]一種具有超大孔徑壁厚可控的有序介孔碳材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910047017.1
• 申請(qǐng)日: 2009-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101823706A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊勇;鄧勇輝;魏晶;屠波;趙東元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;C01B31/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 包兆宜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)納米多孔材料與技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用具有超大分子量疏水嵌段的兩親性ABC嵌段共聚物作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成具有超大孔徑可控壁厚的有序介孔碳材料。

背景技術(shù)

介孔材料是近年來(lái)材料科學(xué)領(lǐng)域興起的一個(gè)前沿學(xué)科，已成為當(dāng)今科學(xué)界研究的一個(gè)熱點(diǎn).近期的研究表明各種新型的介孔材料在化學(xué)、光電子學(xué)、電磁學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、分離科學(xué)等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。近年來(lái)，人們對(duì)于大孔徑有序介孔碳材料的合成已經(jīng)取得了不小的進(jìn)展。在不采用擴(kuò)孔劑的條件下，已經(jīng)合成出一系列具有較大孔徑的有序介孔碳材料，比如FDU-15、FDU-16、KIT-5以及KIT-6。但是受制于所采用的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的限制，在不采用擴(kuò)孔劑的條件下所能合成的有序介孔材料的最大孔徑為12nm。

最近，鄧等人(Y.Deng，T.Yu，Y.Wan，Y.Shi，Y.Meng，D.Gu，L.Zhang，Y.Huang，C.Liu，X.Wu?and?D.Zhao，J.Am.Chem.Soc.2007，129，1690-1697)直接采用具有超大分子量疏水段的AB型嵌段共聚物PEO-b-PS作為介孔材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，合成了材料孔徑超過(guò)22nm的介孔材料，后來(lái)鄧等人(Y.Deng，C.Liu，D.Gu，T.Yu，B.Tu?and?D.Zhao，Mater.Chem.，2008，18，91-97)又利用AB型嵌段共聚物PEO-b-PMMA作為介孔材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，合成壁厚達(dá)到11.5-12.4nm的介孔材料，盡管如此，到目前為止，利用ABC型兩親型三嵌段共聚物為模板劑，通過(guò)簡(jiǎn)單的改變前驅(qū)體的量來(lái)合成大孔徑且壁厚可以大范圍調(diào)控的介孔材碳料，還沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于利用具有超大分子量疏水嵌段的兩親性ABC嵌段共聚物作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成具有超大孔徑可控墻壁的有序介孔材料。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述方法和步驟實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明所提出的具有超大孔徑可控墻壁的有序介孔材料，利用具有超大分子量疏水段的兩親性ABC三嵌段共聚物作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)的原理，在溶劑揮發(fā)的過(guò)程中使介孔材料前驅(qū)體與結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑之間作用并根據(jù)親疏水性的不同形成微相分離，最終形成有序介觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)各種方法脫除結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑尤其是其中疏水部分之后，形成具有超大孔徑以及厚壁的有序介孔碳材料。其中，由于兩親性嵌段共聚物中的疏水段具有很大的分子量，因此在微相分離中所形成的介觀結(jié)構(gòu)中具有很大的疏水區(qū)域，并在脫除結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑后，形成超大孔徑的介孔。由于溶劑揮發(fā)自組裝過(guò)程能夠通過(guò)調(diào)控各個(gè)物種之間的作用力從而得到有序的介觀結(jié)構(gòu)。而且，由于該兩親性ABC三嵌段共聚物的各嵌段，從PEO到PMMA，到PS嵌段的親水性具有一定的梯度，其中中間嵌段也可以和介孔材料前驅(qū)體發(fā)生氫鍵和靜電作用，因此通過(guò)調(diào)控前軀體的量來(lái)調(diào)節(jié)材料的壁厚，得到的有序介孔碳材料介孔孔壁可以控制在5-25nm之間，孔徑可以控制在10-100nm之間，BET比表面可以控制在350-1500m²/g之間，孔容可以控制在0.3-1cm³/g之間。

本發(fā)明所提出的具有超大孔徑可控墻壁的有序介孔材料制備方法，使用具有超大分子量疏水嵌段的兩親性嵌段共聚物作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過(guò)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法使結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和介孔材料前驅(qū)體作用形成微相分離，得到有序介觀結(jié)構(gòu)，利用大分子量的疏水嵌段形成大的疏水區(qū)域，在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑脫除后即得到具有超大孔徑的有序介孔材料。通過(guò)控制材料前驅(qū)體的種類、嵌段共聚物親水嵌段的種類可以控制合成介孔二氧化硅、氧化鈦等介孔材料、介孔碳材料等多種具有超大孔徑的有序介孔材料。通過(guò)控制材料前驅(qū)體的用量，可以得到壁厚可控的超大孔徑和厚墻壁的有序介孔材料。利用該種方法得到的有序介孔材料介孔孔徑可以控制在10-100nm之間，材料介孔間墻壁厚度在5-25nm之間。