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物理化学学报  2016, Vol. 32 Issue (12): 2826-2840    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201609141
综述     
有序介孔碳材料的软模板合成、结构改性与功能化
刘丹,胡艳艳,曾超,屈德宇*()
Soft-Templated Ordered Mesoporous Carbon Materials: Synthesis, Structural Modification and Functionalization
Dan LIU,Yan-Yan HU,Chao ZENG,De-Yu QU*()
 全文: PDF(1717 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

有序介孔碳材料在吸附、分离、催化以及能量存储/转化等方面具有广阔的应用前景。相较于复杂的硬模板路线,基于两亲性嵌段共聚物和聚合物前驱体间(如酚醛树脂)自组装的软模板路线是合成有序介孔碳材料更为有效的方法。本文讨论比较了溶剂挥发诱导自组装法、水相协同自组装法和无溶剂法等三种典型软模板路线的基本过程和特点,并介绍了近年来在新型碳前驱体应用、介孔碳的结构改性和功能化等方面的一些重要进展,最后总结了介孔碳的合成研究中所需解决的关键问题。

关键词: 有序介孔材料多孔碳嵌段共聚物软模板自组装    
Abstract:

Ordered mesoporous carbon materials (OMCs) have potentially broad applications in many fields, such as adsorption, separation, catalysis, and energy storage/conversion. Compared with the elaborate hardtemplate strategy, the soft-template approach, which is based on the self-assembly between amphiphilic block copolymers and polymerizable precursors (e.g., phenolic resins), is a more effective and efficient method for the synthesis of OMCs. In this review, the mechanism and characteristics for three main soft-template methods, i.e., solvent evaporation-induced self-assembly synthesis, aqueous cooperative self-assembly synthesis and solvent-free synthesis, are discussed and compared. In addition, a few highlights of recent progress, including application of novel carbon precursors, structural modification and functionalization of OMCs, are outlined. Finally, we summarize the crucial issues to be addressed in developing the synthesis methodology of OMCs.

Key words: Ordered mesoporous material    Porous carbon    Block copolymer    Soft template    Self-assembly
收稿日期: 2016-06-24 出版日期: 2016-09-14
中图分类号:  O647  
基金资助: 国家自然科学基金(21401145,11474226)
通讯作者: 屈德宇     E-mail: deyuquwuhan@163.com
作者简介: 刘丹,2002年本科毕业于武汉理工大学化学系,2011年获武汉理工大学材料物理与化学博士学位。现为武汉理工大学化学系副教授。2016年初赴美国威斯康辛大学进行博士后研究。主要从事多孔材料的设计合成及其在电化学储能方面的应用|胡艳艳,2015年本科毕业于河南工业大学,现在武汉理工大学化学、化工与生命科学学院化学工程与技术专业,科学硕士研究生在读。主要从事介孔碳材料的合成以及电化学性能方面的研究|曾超,2014年本科毕业于武汉理工大学理学院应用化学专业。同年,进入武汉理工大学化学、化工与生命科学学院应用化学专业进行研究生学习。主要从事有序介孔碳材料合成方法学相关领域研究|屈德宇,1993年毕业于武汉大学化学系,2002年获加拿大渥太华大学博士学位。而后以NSERC Postdoctoral fellow和JSPS Postdoctoral fellow身份,在加拿大国家研究院(NRC)和日本北海道大学化学系从事研究工作。2007-2011年为韩国高丽大学世宗分校新材料化学系助理教授。现为武汉理工大学化学系教授。主要从事碳材料的合成,锂电池,超级电容器等方面的研究。
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刘丹
胡艳艳
曾超
屈德宇

引用本文:

刘丹,胡艳艳,曾超,屈德宇. 有序介孔碳材料的软模板合成、结构改性与功能化[J]. 物理化学学报, 2016, 32(12): 2826-2840.

Dan LIU,Yan-Yan HU,Chao ZENG,De-Yu QU. Soft-Templated Ordered Mesoporous Carbon Materials: Synthesis, Structural Modification and Functionalization. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(12): 2826-2840.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201609141        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2016/V32/I12/2826

图1  采用EISA法制备不同结构的有序介孔树脂和碳材料[24]
图2  以间苯二酚/六次甲基四胺为前驱体对合成有序介孔碳[39]
图3  在强酸性水溶液中合成的纤维状有序介孔碳[52]
图4  无溶剂法合成有序介孔碳[55]
图5  在水溶液中利用单宁酸和F127自组装合成有序介孔碳[65]
图6  结合软、硬模板法合成有序介/大孔材料[78]
图7  三元共组装合成有序多级孔碳和氧化硅材料[79]
图8  POSS与嵌段共聚物自组装合成有序微/介多级孔碳材料[83]
图9  氮在碳晶格中的键合类型[92]
图10  氮掺杂介孔碳纳米球的形成[96]
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