有序介孔碳材料的制备与应用进展
介孔碳材料的合成及应用分析研究
介孔碳材料的合成及应用研究李璐(哈尔滨师范大学>=摘要> 综述了介孔碳材料的合成及应用.关键词: 介孔碳。
合成。
应用0 引言介孔碳是近年来发现的一类新型非硅介孔材料, 它是由有序介孔材料为模板制备的结构复制品. 由于其具有大的比表面( 可高达2500m2# g- 1 >和孔容(可达到2. 25 cm3 # g- 1 >,良好的导电性、对绝大多数化学反应的惰性等优越的性能, 且易通过煅烧除去, 与氧化物材料在很多方面具有互补性, 使其在催化、吸附、分离、储氢、电化学等方面得到应用而受到高度重视. 1 介孔碳材料的合成介孔碳的制备通常采用硬模板法, 选择适当的碳源前驱物如葡萄糖、蔗糖乙炔、中间相沥青、呋喃甲醇[ 1]、苯酚/甲醛树脂[ 2]等, 通过浸渍或气相沉积等方法, 将其引入介孔氧化硅的孔道中, 在酸催化下使前驱物热分解碳化, 并沉积在模板介孔材料的孔道内, 用NaOH或HF溶掉SiO2 模板,即可得到介孔碳. 以下介绍几种介孔碳材料的合成方法及性质.1. 1 CMK- 1Ryoo首次用MCM- 48为模板合成了介孔碳材料(CMK- 1>. 由于MCM- 48具有两套不相连通的孔道组成, 这些孔道将变成碳材料的固体部分, 而MCM- 48中氧化硅部分则会变成碳材料的孔道. 因此CMK- 1 并不是MCM- 48 真正的复制品, 而是其反转品. 在脱除MCM- 48 的氧化硅过程中, 其结晶学对称性下降[ 3] , 后续的研究表明与所用的碳前驱物有关, 其中一个具有I41 /a对称性[ 4] .1. 2 CMK- 3使用SBA- 15 合成六方的介孔碳( CMK 3>, 由于二维孔道的SBA- 15孔壁上有微孔, 因图1 孔道不相连的的模板(MCM- 41或1234K 下焙烧的SBA - 15> 制备的无序碳材料( A>。
孔道相连的模板( 1173K温度以下焙烧的SBA - 15> 制备的有序介孔碳材料CMK- 3( B>此也可以用作复制稳定结构介孔碳的硬模板.CMK- 3是碳前驱物完全充满SBA- 15的孔道而形成的具有二维六角排列的碳纳M棒阵列. 如果模板是二维孔道的MCM- 41, 由于其直孔道相互没有连通, 则在除去模板的过程中, 介孔碳的结构会发生坍塌(如图1所示>, 因此得到的碳材料为无序的碳棒(柱>的堆积.如图2为分别以立方相的MCM- 48、SBA-1和六方相的SBA - 15 为模板合成的CMK- 1、CMK- 2和CMK- 3的粉末XRD衍射普图, 可以看出, 由立方相的介孔模板合成的介孔碳有序性不是很理想, 而以六方相结构的SBA- 15可以合成出高度有序的介孔碳结构(CMK- 3>.1. 3 CMK- 5在SBA- 15的孔道内壁沉积上一定厚度的碳, 除去二氧化硅无机墙壁后得到同样具有二维六角排列的碳空心管阵列CMK- 5[ 5] . 为了很好地控制碳膜的厚度, 制备CMK- 5 的方法是使用呋喃甲醇为碳源. 由于呋喃甲醇的聚合需要酸催化剂, 因此, 介孔氧化硅模板剂需要具有酸性, 而纯硅的SBA - 15 的酸性很弱, 在制备多孔碳之前, 需要SBA- 15进行铝化, 以增强其酸性. 铝化后的SBA- 15 吸附呋喃甲醇后, 加热至80 e使与孔壁接触及较近的呋喃甲醇发生聚合, 然后将未聚合的呋喃甲醇除去(抽真空>, 之后在真空下加热至1100 e 使有机物碳化, 冷却后溶解掉原来的孔壁(用氢氟酸或氢氧化钠溶液>, 结果则为六方排列的空心碳管CMK- 5. CMK - 5 依然保留着SBA- 15 的有序性.另一制备类似CMK- 5介孔碳管方法是采用催化化学气相沉积( CCVD>技术[ 6] , 使用含Co的SBA- 15 为模板, 乙烯气体为碳前驱物, 升温至700bC, 1. 5~ 5. 5 h 后, 20% 的HF溶解模板. 如图3 为采用CCVD 法制备的介孔碳沿[ 110 ][ 100] 晶面方向的透射电镜照片, 可见介孔碳CMK- 5具有高度有序的SBA- 15六方相介孔结构. 而且, 通过使用不同温度下合成的SBA- 15硬模板复制介孔碳, 发现低温下( < 60 e >有利于在六方相的SBA- 15孔道间可以形成微孔或介孔/桥0, 随着温度的提高, 微孔/ 桥0消失, 介孔/ 桥0 增加[ 7] .图3 用CCVD法焙烧3.5 h制备的有序介孔碳的TEM 图像a为电子束横向图。
有序介孔材料的合成及应用
有序介孔材料的合成及应用有序介孔材料的合成方法一般来说，介孔分子筛材料是构成分子筛骨架的无机物种在溶剂相中，在表面活性剂的模板作用下通过超分子自组装而形成的一类有序多孔材料。
最常用的合成方法为水热合成法，其他的如室温合成、微波合成、湿胶焙烧法、相转变法及在非水体系中的合成也有一些报道圈。
选择无机物种的主要理论依据是sol-gel化学，即原料的水解和缩聚速度相当，且经过水热过程等处理后提高其缩聚程度。
根据目标介孔材料的骨架组成，无机物种可以是直接加入的无机盐，也可以是水解后可以产生无机低聚体的有机金属氧化物，如Si(OEt)4、Al(i-OPr)3等。
用于合成介孔分子筛材料的表面活性剂有很多种，但根据亲水基电性质的不同，大致可分为以下四类：①阴离子型，具有带负电的极性基因；②阳离子型，具有带正电的极性基因；③非离子型，极性基团不带电；④两性型，带两个亲水基团，一个正电，一个负电，如三甲基胺乙内醋CAPB（一端是带正电的四元胺基、另一端是带负电的梭基）等。
一表面活性剂的极性头与无机物种之间的界面组装作用力是不同合成体系中形成介孔分子筛的一个共同点。
合成路线的多样化可以通过改变两相界面作用力的类型（如静电作用、氢键作用或配位作用）或调变其大小（如调变胶束表面电荷密度一可以调节两相静电引力大小；调变反应温度可以调节氢键作用力大小）来实现。
不同的无机物种和表面活性剂在不同的组装作用下可形成特定的合成体系，组装成具有不同结构、形貌和孔径大小的介孔分子筛材料。
有序介孔材料的应用化学化工领域有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。
特别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。
因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。
有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90%，产物的选择性达100%。
有序介孔材料的发展及其应用
化工领域
有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔 道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。特 别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优 于沸石分子筛的催化活性。因此，有序介孔材料的使用为重油、 渣油等催化裂化开辟了新天地。
✓ 直接用作催化剂
✓ 骨架引入或者、V等金属离子酸碱性和
I
有序介孔材料及其应用
报告人：刘艳明 导 师：梁鑫淼
内容简介：
1 有序介孔材料介绍 2 有序介孔材料的发展 3 有序介孔材料的应用 4 存在的问题及展望
多孔材料的分类
微孔材料
介孔材料
大孔材料
孔径小于2
孔径在2~50之间
孔径大于50
定义：有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体
为模板，利用溶胶凝胶工艺，通过有机物和无机
物之间的界面作用组装生成的孔道规则、孔径介
于2-50的多孔材料。
介孔孔径均一可调
比表面积大
颗粒外形丰富多彩 内表面易于修饰
特性
骨架结构稳定， 易于掺杂其他组 分
水、热稳定性较好
有序介孔硅材料的合成过程示意图
1992年公司的科学家首次报道合成了M41M系列介孔分子筛。 它们 具有规整有序的孔道结构，比表面积大，孔径在1.5～10之间可调。这 一报道立即引起国际学术界的重视，从此掀起介孔材料研究的热潮。 近年有序介孔材料的研究可归纳如下：
用不同介孔材料固定青 霉素酰化酶后, 酶的热 稳定性、稳定性和操作 稳定性均得到增强, 结 果表明, 固定化酶的稳 定性与介孔材料的孔径 有关, 当介孔材料的孔 径与酶分子大小相适应 时, 固定化酶的稳定性 最好.
A S M, X S. ,2004, 93–95: 293–299 裘式纶等. 高等学校化学学报， 2005，26（10）：1852—1854
超分子聚集体为模板剂合成有序介孔碳材料
孔大小为22.6nm
反相两亲嵌段共聚物PPO-PEO-PPO作为模板剂
两种孔径分布：3.2–4.0 nm、5.4–6.9 nm
Y. H. Deng, T. Yu, Wan, et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1690-1697 Y. Huang, H. Q. Cai, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 1089 –1093
PS-PEO
氮系列
氧系列
最早报道有机模板法合成OMCs
P4VP-PS
n N H O m
氢键
HO
间苯二酚
OH + H OH
Resorcinol formaldehyde
O H
OH
OH
RF resin
孔径：33.7±2.5nm
C. D. Liang, K. L. Hong, G. A. Guiochon, J. W. Mays, S. Dai. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5785–5789
3.结论与展望
利用超分子聚集体为模板剂合成OMCs开辟了新的路线，并 可应用于大规模生产上。 采用超分子聚集体为模板剂合成OMCs，关键因素：
1. 嵌段共聚物中要有互不相容的两类嵌段，还要有与热固性树脂相
容的嵌段 2.模板剂与有机前驱体之间必须具有强的相互作用；前驱体必须足 够小才能在聚集体周围自组装； 3.碳前驱体是热固性的，才能在高温下保持住介孔结构
水溶液中合成OMCs
Resol 十六烷 P123
水相自组装方法，易调整孔尺寸和控制表面形态；重复性好，反应容器尺寸上限 制较少，有利于工业上生产。
有序介孔材料的合成及应用
介孔材料的应用
催化剂或催化剂载体
吸附与分离方面的应用
Feng等用含硫醇末端基的试剂将介孔硅酸盐的表面功能 化，这种吸附剂能优先吸附污水中的汞、银和铅离子， 其吸附能力比通常的吸附剂高出一个多数量级，并且再 生性好
在介孔材料的骨架中引入三价的金属元素如:Al3+、B3+、Ga3+
、 Fe3+等，由于同晶取代的作用，使得骨架上带有负电荷，形成具 有弱或中强酸催化活性位
Corma将担载有NiO和M2O3的Al-MCM-41分子筛用于真空汽油的加氢裂化，发现该 体系的脱硫、脱氮活性高于以无定形硅铝酸盐为载体的催化剂体系； Roos等以十 六烷烃的催化裂化为探针反应，在微反应装置上将Al-MCM-41分子筛与普通FCC工 业催化剂进行比较，发现前者在相同的转化率下能产生更多的汽油成分和烯烃
提高介孔材料的热稳定性与水热稳定性，解决酸强度低，掺杂 其他金属离子后结构不稳定性、掺杂量较低等问题
加强介孔材料在催化、有机高分子分离、环保、纳米反应器、 电子器件、传感器等方面的应用研究
参考文献
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介孔碳材料的研究进展
基本内容
介孔材料在空气净化方面具有广泛应用，主要应用于去除室内空气中的有害 物质，如甲醛、苯等。由于介孔材料具有大的比表面积和强的吸附能力，能够有 效地吸附和分解这些有害物质。此外，介孔材料还被应用于药物载体和药物释放 领域，能够实现药物的控释和靶向输送，提高药物的疗效和降低副作用。
基本内容
在废水处理领域，介孔材料同样展现出广阔的应用前景。由于其具有大的比 表面积和强的吸附能力，能够有效地吸附和分离废水中的有害物质，从而达到净 化废水的目的。此外，介孔材料在建筑材料领域也有一定的应用，如用作保温材 料、隔音材料等。
参考内容二
基本内容
基本内容
介孔材料是一种具有均匀孔道结构的材料，孔径介于微孔和纳米之间。由于 其独特的孔道结构和优异的性能，介孔材料在多个领域具有广泛的应用前景，引 起了科研人员的极大。本次演示将介绍介孔材料的研究背景、现状、方法及成果， 并探讨未来的发展趋势。
基本内容
介孔材料的研究背景和意义介孔材料具有高度有序的孔道结构，孔径可在一 定范围内调节。这种材料在催化、吸附、分离及生物医学等领域具有广泛的应用 价值。例如，在催化领域，介孔材料可作为催化剂或催化剂载体，提高反应效率； 在吸附领域，介孔材料具有高比表面积和多孔性，可用于气体分离和液体吸附； 在生物医学领域，介孔材料可用于药物传递和生物成像等。因此，开展介孔材料 的研究具有重要的理论和实践意义。
介孔氮化碳材料的合成主要涉及模板法、硬模板法、软模板法和无模板法等 几种方法。其中，模板法是最常用的一种方法，它通过使用硬模板（如二氧化硅、 氧化铝等）或软模板（如表面活性剂、胶束等）来控制氮化碳的孔径和形貌。
二、介孔氮化碳材料的合成
例如，通过将碳前驱体（如苯酚）在模板中热解，然后在高温下与氨气或氮 气反应，可以合成出具有有序介孔结构的氮化碳材料。此外，通过使用软模板 （如十二烷基硫酸钠），也可以合成出具有大孔径的氮化碳材料。
介孔材料的制备及应用前景
介孔材料的制备及应用前景摘要介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。
介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大比表面积和三维孔道结构的新型材料。
它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。
本文我们利用溶胶-凝胶合成法合成介孔材料MCF，并简述了其在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域的潜在应用价值。
关键词：介孔材料；AbstractMesoporous materials is a new type of nano structure materials in grew rapidly in the 1990 s, it got a birth international attaches great importance to physics, chemistry and materials, and quickly developed into one of the highlights in agro-scientific research in the interdisciplinary.Mesoporous materials is a kind of aperture between pores and large hole has a large specific surface area and three dimensional hole structure of the new material.It has excellent properties of porous material don't have other: with a highly ordered pore structure; Pore size distribution of a single, and the aperture size can be in wide range change; Mesoporous shape diversity, composition and properties of hole wall can control; By optimizing the synthetic conditions of high heat stability and water thermal stability can be obtained.In this paper, we first use of sol-gel synthesis method to compound mesoporous materials of MCF,And introduced its in catalysis, adsorption, separation and light, electricity, magnetism and many other areas of potential application value.Keywords:mesoporous materials;一、介孔材料出现与分类介孔材料出现的标志：1992年Mobil的科学家Kresge等人首次运用纳米结构自组装技术制备出具有均匀孔道、孔径可调的介孔SiO2，命名为MCM—41。
介孔碳的研究进展及应用
2018年第37卷第1期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·149·化 工 进展介孔碳的研究进展及应用李鹏刚，王靖轩，郭飞飞，何昱轩，唐光贝，罗永明，朱文杰（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650500）摘要：介孔碳是一类新型的具有巨大比表面积和孔体积的介孔材料，可以通过不同的方法合成并对其孔结构和形貌进行调节。
本文主要综述了介孔碳及介孔碳基复合材料的合成方法，对比阐述了不同方法制备的介孔碳材料所具备的孔道结构和形貌。
介绍了将不同非金属和金属元素及其氧化物掺杂在介孔碳中合成复合材料，发现制备的复合材料具有更优的性能且掺杂元素不同复合材料的形貌和孔道结构不同。
此外，简要说明了介孔碳及碳基复合材料在环境、催化、储能、电化学和生物医学等方面的应用，指出其在各个领域的应用仍存在不足。
调整介孔碳的孔结构和表面性能、采用更简便易控制的合成方法将成为制备介孔碳及碳基材料的主要研究方向。
关键词：介孔碳；掺杂；复合材料；合成中图分类号：X522 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0149–10 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0721Recent progress in the synthesis and applications of mesoporouscarbon materialsLI Penggang ，WANG Jingxuan ，GUO Feifei ，HE Yuxuan ，TANG Guangbei ，LUO Yongming ，ZHU Wenjie（Faculty of Environmental Science and Engineering ，Kunming University of Science and Technology ，Kunming650500，Yunnan ，China ）Abstract ：Mesoporous carbon with specific surface area and various pore volume is a new type mesoporous material. Usually ，the pore structures and morphology of mesoporous carbons can be adjusted by using several methods. This study mainly summarizes the synthetic method of mesoporous carbons and mesoporous carbon-based composites ，and compares the pore structure and morphology of mesoporous carbon materials prepared by different methods. Doping diverse non-metal or metal and its oxide in mesoporous carbon to prepare composite materials are also introduced. It has been found that the prepared mesoporous carbon composite material have better performance ，and the composite materials containing different doping elements possess different morphologies and textures. Moreover ，this article briefly introduces their applications in environment ，biomedicine ，energy storage ，electrochemistry ，and catalysis as well as their deficiencies in application. Finally ，we believe that adjusting pore structure and surface properties of mesoporous carbons and developing simple synthetic method will be the future research directions.Key words ：mesoporous carbon ；doping ；composites ；synthesis多孔碳材料指具有不同孔道结构的材料，按其孔径大小可分为：微孔碳材料（d ＜2nm ）、介孔碳材料（2nm ＜d ＜50nm ）和大孔碳材料（d ＞50nm ）[1]。
有序介孔碳(3篇)
第1篇一、引言随着科学技术的不断发展，能源、环境、催化等领域对材料性能的要求越来越高。
介孔碳材料作为一种具有高比表面积、可调孔径和优异导电性能的新型碳材料，近年来在上述领域得到了广泛的应用。
有序介孔碳材料（Ordered Mesoporous Carbon，OMC）作为介孔碳材料的一个重要分支，因其独特的结构、优异的性能和可调控的孔径，成为材料科学和工程领域的研究热点。
二、有序介孔碳材料的结构特点1. 介孔结构有序介孔碳材料具有高度有序的介孔结构，孔径一般在2-50纳米之间，孔径分布均匀，孔道相互连通。
这种结构使得OMC具有较大的比表面积，有利于吸附和存储气体分子。
2. 碳骨架OMC的碳骨架由碳原子构成，碳原子以sp2杂化形式连接，形成六元环和五元环结构。
碳骨架的有序排列和碳原子之间的共轭作用，使得OMC具有优异的导电性能。
3. 表面官能团OMC的表面官能团包括羟基、羧基、氨基等，这些官能团的存在有利于提高OMC的吸附性能、催化性能和生物相容性。
三、有序介孔碳材料的性能特点1. 高比表面积OMC具有较大的比表面积，可达1000-3000平方米/克。
这使得OMC在吸附、催化、储能等领域具有广泛的应用前景。
2. 可调孔径OMC的孔径可以通过模板剂和制备方法进行调控，从而满足不同应用领域对孔径的需求。
3. 优异的导电性能OMC的碳骨架具有高度有序的石墨化结构，使得OMC具有优异的导电性能，可用于超级电容器、锂离子电池等储能器件。
4. 高热稳定性OMC在高温下具有良好的热稳定性，可用于高温催化、高温吸附等领域。
5. 高生物相容性OMC的表面官能团有利于提高其生物相容性，可用于生物传感器、药物载体等领域。
四、有序介孔碳材料的应用1. 吸附材料OMC的高比表面积和可调孔径使其在吸附气体、液体和有机污染物等领域具有广泛应用。
2. 催化材料OMC的优异导电性能和可调孔径使其在催化反应中具有较高活性，可用于加氢、氧化、还原等催化反应。
有序介孔炭的模板合成进展
有序介孔炭的模板合成进展有序介孔炭，作为一种具有高度有序孔结构的炭材料，因其独特的性质和应用前景而备受。
有序介孔炭具有高比表面积、可调的孔径和良好的导电性，使其在能源、环保、催化剂等领域具有广泛的应用价值。
本文将重点介绍有序介孔炭的模板合成方法、性能测试及在各领域的应用前景，并展望其未来发展方向。
有序介孔炭的模板合成方法主要包括硬模板法和软模板法。
硬模板法是以具有高度有序孔结构的材料为模板，通过炭化处理得到有序介孔炭。
而软模板法则使用表面活性剂分子或胶束作为模板，通过调控分子自组装过程制备有序介孔炭。
硬模板法以具有高度有序孔结构的材料，如沸石、金属有机框架（MOFs）等作为模板。
将含碳前驱体渗入模板的孔道中，经过热解和炭化处理，得到有序介孔炭。
该方法的优点是制备过程相对简单，但模板的制备难度较大，且成本较高。
软模板法使用表面活性剂分子或胶束作为模板，通过调控分子自组装过程制备有序介孔炭。
常用的表面活性剂包括 bola阳离子型和Gemini型等。
该方法的优点是模板制备相对简单，成本较低，但制备过程中易受到热解和炭化条件的影响，导致孔结构有序性降低。
通过Brunauer-Emmett-Teller（BET）方法测定有序介孔炭的比表面积和孔径分布。
同时，采用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察有序介孔炭的孔道形貌和尺度。
通过 BET方法测定有序介孔炭的比表面积，评价其表面活性。
比表面积越大，有序介孔炭的表面吸附性能和反应活性越好。
采用四探针测试仪测定有序介孔炭的导电性能。
导电性良好的有序介孔炭在电化学应用中具有更好的性能。
有序介孔炭在化学领域的应用主要涉及催化剂载体、吸附剂和分离膜等。
由于其高度有序的孔结构和良好的导电性，有序介孔炭在电化学反应中表现出优异的性能，如燃料电池和超级电容器等。
在生物领域，有序介孔炭具有高比表面积和良好的生物相容性，使其成为生物传感器和药物载体等领域的优秀材料。
有序介孔碳材料的合成与应用研究进展
目前 介 孔 碳 材 料 合 成 方 法 可 分 为 催 化 活 化
法、 有 机溶 胶一 凝胶 法 、 模板 浇铸 法和 软模 板法 。
１ ． １ 催 化 活 化 法
殊 孔隙 结 构 的 材料 作 为 模 板 ， 导 人 目标 材 料 或前 驱体并 使其在该模 板材料 的孔 隙 中发 生反 应 ， 利用
作 者 简介 ： 李 军（ １ ９ ６ ８ 一 ） ， 硕 士， 高级 工 程 师 ， 主 要 从 事 石 油
化 工 新 工 艺及 催 化 过 程 研 究 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｊ ｕ ｎ ３ ． ｔ ｊ ｓ ｈ ＠ｓ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｃ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
碳原子 ， 从 而 将微 孑 Ｌ 扩 大 为介 孔 ， 同时， 气 化 产 物 向外 表 面的扩 散也 会增 大最 终材 料 的孔性 。通 常 情况 下 活化反 应 主 要 发生 在 金 属 粒 子 的周 围 ， 可
பைடு நூலகம்
模板材 料 的限域 作用 ， 达到对制 备过程 中的物理 和
化学反 应进行 调 控 的 目的 。模 板浇 铸 法合 成 有 序
商业 化 困难 。
１ ． ３ 模 板 浇 铸 法 该法 又称 硬模 板 法 ， 是 通 过 选 用 一 种 具 有 特
引起 了 国际物 理学 、 化学 及材 料学 界 的高度 关注 ， 并 得 到迅 猛发 展 ， 成 为跨 学科 的研 究热 点之 一 。
１ 有 序 介孔碳 材 料的合 成 方法
第 ３ ２卷 第 ３期
２ ０ １ ５年 ５月
精
细
石
油
化
工
７ ３
Ｓ ＰＥＣＩ ＡＬＩ ＴＹ ＰＥＴＲ０ＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬＳ
“有序介孔碳材料”文件合集
“有序介孔碳材料”文件合集目录一、氮掺杂有序介孔碳材料的制备及应用研究二、自组装合成氮掺杂有序介孔碳材料与其CO2吸附三、有序介孔聚糠醇的组装及有序介孔碳材料的合成与功能化修饰四、软模板合成有序介孔碳材料五、有序介孔碳材料的软模板合成、结构改性与功能化氮掺杂有序介孔碳材料的制备及应用研究氮掺杂有序介孔碳材料是一种具有有序介孔结构和高导电性能的材料，由于其独特的性质，近年来备受。
本文将介绍氮掺杂有序介孔碳材料的制备方法、性能表征及其在超级电容器、锂离子电池等领域的应用研究，以期为相关领域的研究提供参考。
制备方法及工艺路线氮掺杂有序介孔碳材料的制备方法主要包括模板法、硬模板法、软模板法和自模板法等。
其中，模板法是最常用的制备方法之一，其主要工艺路线包括碳源预处理、模板剂分散、前驱体浸渍、碳化、模板剂去除和氮掺杂等步骤。
其中，关键影响因素包括烧结温度、反应时间、反应物比例等。
在制备过程中，要选择合适的碳源和模板剂，控制好碳化温度和时间，以保证材料的介孔结构和导电性能。
材料性能测试及表征氮掺杂有序介孔碳材料的基本性能包括比表面积、孔径分布、导电性能等。
其中，比表面积和孔径分布可以反映材料的吸附性能和孔结构，导电性能则直接影响到材料在实际应用中的效果。
通过Brunauer-Emmett-Teller（BET）测试、N2吸附-脱附等温线、透射电子显微镜（TEM）、射线衍射（RD）和电导率测试等手段可以对材料的性能进行表征。
应用研究氮掺杂有序介孔碳材料在能源存储和转化领域具有广泛的应用前景。
在超级电容器领域，由于其高比表面积和良好的导电性能，可以显著提高超级电容器的能量密度和功率密度。
在锂离子电池领域，氮掺杂有序介孔碳材料可以作为正极材料使用，提高电池的容量和循环稳定性。
在传统产业的转型升级方面，氮掺杂有序介孔碳材料也可以为催化剂、吸附剂和传感器等领域的进步提供新的途径。
结论氮掺杂有序介孔碳材料作为一种具有优异性能的材料，在超级电容器、锂离子电池等领域展现出广阔的应用前景。
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碳源（液相法） 蔗糖 葡萄糖 木糖 糠醇 酚醛树脂（原位聚合） 苯酚和甲醛 苯酚和甲醛（原位聚合） 可溶性酚醛树脂 可溶性酚醛树脂 酚基酚醛树脂（可溶性） 介孔膨胀淀粉
DICP
模板法合成介孔碳材料的规律
制备研究
1). 当碳的前驱物完全填满了中孔氧化硅的孔道后，再碳化的 形成方式，称之为棒状模型(Rod-type)； 2). 当碳的前驱物在中孔氧化硅的孔道内形成镀层后，再碳化 的形成方式，称之为管状模型(Tube-type).
Seminar 1
9
DICP
2. 模板法
制备研究
有序介孔 碳的合成
图2.2. 模板合成过程示意图
Seminar 1
10
J. Lee, S. Han，T. Hyeon，J. Mater. Chem.，2004，14: 478.
DICP
3. 模板法分类
有机大分子（表面活性 剂等）与碳前驱物之间 有较强的相互作用
Seminar 1
7
DICP
主要内容
研究背景
有 序 介 孔 碳 材 料
Seminar 1
制备研究
应用研究 总结及展望
8
DICP
1. 非模板法
制备研究
这些方法很难得到孔径
多孔碳材料的 传统合成方法
均一可控的多孔碳材料
化学活化法
物理活化法
化学物理 活化法
催化活化法
图 2.1. 多孔碳材料的传统合成方法示意图
料的特征介孔碳材料
Fuertes 等用氯乙烯浸渍模板然后炭化合成了 石墨化程度较高的介孔碳，电导率高达0.3S/cm， 比非石墨化的介孔碳材料的电导率要高两个数量级
A. B. Fuertes，S. Alvarez，Carbon，2004，42: 3409. Y. Xia，R. Mokaya，Adv. Mater.，2004，16: 1553. T.-W. Kim，I.-S. Park，R. Ryoo，Angew. Chem. Int. Ed.，2003，42: 4375.
10. 新型介孔碳的合成-2
制备研究
图2.11. 由螺旋形硅模板KIT-6 合成有序介孔碳材料的示意图
图2.10. 由三嵌段共聚物和前驱体可溶性酚醛树脂的有机-有机
自组装形成三维面心结构聚合物及具有双峰结构的中孔碳过程
D. Zhao et al., Angew. Chem. Int. Ed.，2007, 46: 1089.
制备研究
介孔碳材料常用模版合成过程
构成模板的材料本身为 介孔材料，其与碳前驱 物之间作用力较小。
图 2.3. “软模板” 合成介孔碳过程
S. Han，T. Hyeon, Chem. Commun., 1999, 1955.
Seminar 1
11
图 2.4. “硬模板” 合成介孔碳过程
J. Lee et al., Chem. Commun., 1999, 2177.
Seminar 1
21
T.-W. Kim, L. A. Solovyov, J. Mater. Chem., 2006, 15: 1445. DICP
主要内容
研究背景
有 序 介 孔 碳 材 料
Seminar 1
制备研究
应用研究 总结及展望
22
DICP
应用研究
生物传感 器的电极
分 离
储
介孔碳材
氢
双层电容器 的电极
水净化 B 一直是材料科学的
一个重要前沿领域
A
气体分离 多孔碳材料 的应用
C
催化剂载体
生物医学
E
D 双层电容器电极
图1.1. 多孔碳材料的应用示意图
Seminar 1
4
DICP
研究背景
微孔碳材料 < 2 nm
多孔碳材料 IUPAC分类
介孔碳材料 2-50 nm
大孔碳材料 > 50 nm
图 1.2. 多孔碳材料的IUPAC分类
图2.7. 利用中孔氧化硅合成中孔碳材料的示意图
R.Ryoo et al., Stud.Surf. Sci. Catal. 2001,125: 150-157
Seminar 1
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DICP
制备研究
模板法合成介孔碳材料过程图
1. 制备中孔氧化硅 1). 制备出含有表面活性剂 的中孔氧化硅; 2). 通过空气中焙烧或溶剂 萃取的方式除去表面活 性剂; 3). 在中孔内为聚合物的聚 合制造酸性中心,为得到这 个酸中心,有时还需焙烧； 2. 碳源的聚合碳化 3.去除氧化硅模板
层状碳
图2.8. 介孔碳材料FDU-15和FDU-16的合成示意图
D.Y. Zhao et al.， Angew. Chem. Int. Ed.，2005，44: 7053.
Seminar 1
20
图2.9.介孔碳材料Starbons@的 合成示意图
DICP
J. H. Clark et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45: 3782
Seminar Ⅰ
有序介孔碳材料的制备与应用进展
研究生: 宋 导 巍 师：申文杰 研究员
DICP
主要内容
研究背景
有 序 介 孔 碳 材 料
Seminar 1
制备研究
应用研究 总结及展望
2
DICP
主要内容
研究背景
有 序 介 孔 碳 材 料
Seminar 1
制备研究
应用研究 总结及展望
3
DICP
研究背景
图3.5. Pd-OMC合成过程示意图
F. Schüth et al., Chem. Commun., 2007, 10: 1038-1040
Seminar 1
26
J. H. Clark et al., Chem. Commun., 2007, 6: 634-636
DICP
4. 大分子的吸附
应用研究
Seminar 1
5
DICP
研究背景
导电性良好 孔径 均一可调 有序介孔碳 材料特征 颗粒外形 丰富 水热稳定性 较好
图1.3. 有序中孔碳材料的特征
Seminar 1
6
比表面积高 孔容较大
化学惰性 耐腐蚀性好
DICP
研究背景
赵东元等 SBA-1 SBA-15系列 Science. 1998, 279: 548552
Seminar 1
18
DICP
制备研究
9. 石墨化介孔碳的合成
Ryoo等用SBA-15模板 Mokaya 等用CVD法合成
将芳香族化合物原位转
化成中间相沥青，然后 在高压釜中炭化，得到 具有石墨孔壁的介孔碳 材料CMK-3G
石墨化介孔碳 的合成
了氮掺杂的介孔碳材料，
然后经过1,100℃高温处 理得到具有一些石墨化材
以纳米氧化硅球和 中孔分子筛同时作模板
以SBA-15 来产生小的一些的中孔， 以均匀分布的纳米氧化硅胶球来产生 较大的中孔
关键步骤是先 制备具有分级 结构的硅模板
图 2.11.基于沥青的具有双孔道孔结构的碳材料的合成过程示意图
K.P. Gierszal, M. Jaroniec.， Chem. Commun. 2004, 2576-2577.
A. Vinu et al., J. Mater. Chem., 2007, (Advance Article)
Huo 提出的协同组装
2. 协同组装机理 (CFM)
图 2.5. 模板法合成介孔碳机理
机理具有一定的普遍性
Huo Q. S. et al., Nature, 1994, 368: 31
物种的缩聚过程
Firouzi A. et al., Science.1995,267:1138-1143
Seminar 1
13
DICP
制备研究
表 2.1. 由液相模板法合成的有序介孔碳材料 有序介孔碳材料 CMK-1 CMK-2 CMK-3 CMK-4 CMK-5 SNU-1 SNU-2 FDU-15 FDU-16 FDU-17 (Fd3ˉm) Starbon@
Seminar 1
作为模板的中孔氧化硅 MCM-48 SBA-1 SBA-15 MCM-48（空间点群与模板相同） SBA-15（孔内形成碳镀层） MCM-48 （孔道引入铝源） HMS F127 （双亲三嵌段共聚物） F127 （双亲三嵌段共聚物） PO53EO136PO53（双亲三嵌段共聚物） 14
三维棒状
无定形 图3.4. SZMC的 TEM表征图
图 3.3. 几种介孔碳的SAXD及TEM表征结果
Lu and Yan et al., Carbon, 2006, 44: 216-224 J. Zhao et al., Materials Letters, in press
Seminar 1
25
有序介孔碳CMK-1及CMK-3
对维生素E的吸附
M. Hartmann et al., Chem. Mater. 2005, 17: 829
有序介孔碳CMK-3 对富勒烯 C60及C70的高效可逆吸附
X. Hu et al., Langmuir, 2006, 22: 4583-4588
图3.6. 过硫酸氨羧基化的有序六边形介 孔碳具有良好的蛋白质吸附性能
T. Tatsumi et al., Chem. Mater.，2004，16: 3860.
Seminar 1
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DICP
应用研究
2. 双层电容器电极
三维管状 Lu 和Yan合成并首次考察不同结 构的介孔碳并将其应与商业用活性 碳电极比较具有较高性能