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%。

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。

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]。

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，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”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。