新型納米材料炭氣凝膠的制備、表征及應(yīng)用研究.pdf

1、該論文開(kāi)發(fā)了以新原料、新催化劑制備炭氣凝膠的工藝過(guò)程,期望降低炭氣凝膠的制備成本.實(shí)驗(yàn)采用低溫N<,2>吸附、IR、NMR、XPS、SAXS、TEM、SEM、Raman和TG等手段研究了炭氣凝膠的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn);對(duì)炭氣凝膠的合成機(jī)理進(jìn)行了合理的推測(cè)和初步的實(shí)驗(yàn)證實(shí);以所制炭氣凝膠作雙電層電容器電極材料,采用循環(huán)伏安法和阻抗譜實(shí)驗(yàn)表征了相應(yīng)炭氣凝膠電極的電化學(xué)行為.論文工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院山西煤化所煤轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助.以

2、Ca(OH)<,2>和MgCO<,3>為催化劑(Cat)制備了間苯二酚(R)甲醛(F)炭氣凝膠.相對(duì)以K<,2>CO<,3>和Na<,2>CO<,3>為催化劑的凝膠體系,凝膠化時(shí)間大大縮短,所得氣凝膠密度降低.催化劑含量(R/Cat)和反應(yīng)物濃度是影響凝膠化時(shí)間和氣凝膠性質(zhì)的主要因素.TEM顯示Ca(OH)<,2>為催化劑制得的RF炭氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)于K<,2>CO<,3>、Na<,2>CO<,3>催化劑制得的炭氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).以混

3、甲酚(Cm)、甲醛為原料,NaOH為催化劑成功合成了低密度、塊狀無(wú)裂紋CmF有機(jī)氣凝膠及炭氣凝膠.由于增大反應(yīng)物含量,所得水凝膠強(qiáng)度好,不需經(jīng)過(guò)三氟乙酸老化,縮短了氣凝膠合成周期.將C<,m>F有機(jī)氣凝膠炭化可以得到炭氣凝膠,它繼承了有機(jī)氣凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).采用IR分析技術(shù)跟蹤C(jī)<,m>F氣凝膠的熱解過(guò)程,發(fā)現(xiàn)400~600℃之間樣品中出現(xiàn)石墨化結(jié)構(gòu)的紅外活性振動(dòng),表明炭氣凝膠的微結(jié)構(gòu)中開(kāi)始有亂層石墨化微晶出現(xiàn).CmF氣凝膠是典型的中

4、孔材料.以間甲酚(m-C)、甲醛為原料,以NaOH為催化劑經(jīng)溶膠-凝膠過(guò)程和CO<,2>超臨界干燥可得橙紅色有機(jī)氣凝膠,高溫炭化得炭氣凝膠.論文研究了水凝膠的酸老化過(guò)程,發(fā)現(xiàn)間甲酚甲醛水凝膠的酸老化過(guò)程中存在一個(gè)合適的酸濃度,可以使氣凝膠密度最小.初步證實(shí)醋酸、鹽酸可以代替較為昂貴的三氟乙酸對(duì)水凝膠進(jìn)行老化.以Ca(OH)<,2>為催化劑,固定催化劑含量(R/Cat),提高RF溶膠-凝膠體系的反應(yīng)物濃度(≥30﹪),經(jīng)超臨界干燥可以得到