多孔結(jié)構(gòu)碳材料的制備及功能研究.pdf

1、近年來，多孔碳材料的制備和應(yīng)用研究已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)和技術(shù)研究的熱點。多孔碳材料由于其具有比表面積高、導(dǎo)電性好、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，在化學(xué)化工、生物醫(yī)學(xué)、光電、電子器件等領(lǐng)域有著很高的應(yīng)用價值。因此，本文制備了多種具有多孔結(jié)構(gòu)的碳材料，包括具有大孔結(jié)構(gòu)的反蛋白石結(jié)構(gòu)碳薄膜和碳棒、具有介孔結(jié)構(gòu)的碳納米片、具有微孔結(jié)構(gòu)的碳纖維，并發(fā)掘了這些多孔碳材料的特性，包括對膽固醇的傳感特性、催化特性、電荷存儲特性。具體研究內(nèi)容有:
　　(1)

2、首先，以沉積法制備了蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體，并以此為模板制備了具有大孔結(jié)構(gòu)的反蛋白石結(jié)構(gòu)碳薄膜。并研究了反蛋白石結(jié)構(gòu)碳薄膜對于油的傳感特性、對于膽固醇的傳感特性。
　　(2)在反蛋白石結(jié)構(gòu)碳薄膜的基礎(chǔ)上，制備了具有三維大孔結(jié)構(gòu)的反蛋白石結(jié)構(gòu)碳棒，并研究了反蛋白石結(jié)構(gòu)碳棒對于膽固醇的傳感特性。
　　(3)開發(fā)了一種具有介孔結(jié)構(gòu)的三維氮摻雜碳納米片材料，碳納米片材料由含鐵的碳納米顆粒構(gòu)成。首先制備了鐵鎂的氫氧化物納米片材料，通過化學(xué)

3、氣相沉積法(CVD)將其還原為金屬納米片材料。以鐵作為催化劑，甲烷為碳源，在鐵納米顆粒外圍生長碳。將鎂用酸去除后，即得到具有介孔結(jié)構(gòu)的含鐵碳納米片材料。在高溫氨氣環(huán)境下進(jìn)行氮摻雜，得到具有介孔結(jié)構(gòu)的三維氮摻雜碳納米片材料。這種材料對氧還原反應(yīng)具有優(yōu)異的催化活性，可以與商用的鉑基催化劑媲美，并具有較高的電流密度和較正的起始電位。
　　(4)設(shè)計并制備了一種具有微孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳纖維。以具有纖維結(jié)構(gòu)的棉花為前驅(qū)體，通過在氬氣和氨氣環(huán)境

4、下熱處理得到具有微孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳纖維。在反應(yīng)過程中，氨氣與棉花中的碳反應(yīng)，使其氣化形成微孔結(jié)構(gòu)。具有微孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳纖維具有導(dǎo)電性高、機械性能好等優(yōu)點，并且具有連通的孔結(jié)構(gòu)，這為電子傳輸和電解液的浸潤提供了多種通道，具有高的充放電性能。氮摻雜使微孔結(jié)構(gòu)碳纖維具有贗電容效應(yīng)，提高微孔結(jié)構(gòu)碳纖維的親水性，使電解液更易滲透進(jìn)電極材料的多孔結(jié)構(gòu)中。此外，將具有微孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳纖維作為電極材料制備電容器器件時，不需要使用粘合劑、導(dǎo)電添加劑以