功能化水热炭材料的制备及应用

作     者：马东兴 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘玉文

授予年度：2014年

学科分类：07[理学] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：软模板 硬模板 氮掺杂 水热碳 生物质 多孔炭材料 

摘      要：本文主要阐述了功能化水热炭材料的制备及应用。通过水热法，在温和的条件下（180C）制备出具有规则孔结构的多孔炭材料，并通过一系列实验对材料的物理化学性质进行了详细的研究。 以含氮高分子为软模板含氮源，葡萄糖为碳源，通过水热碳化的方法制备了氮掺杂微孔炭材料。通过红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、元素分析、X衍射电子分光光谱（XPS）、氮气吸附、二氧化碳吸附、氢气吸附、氮气/二氧化碳分离比对材料进行了详细的表征。结果表明：材料内部的孔结构完全为微孔;氮元素含量最高可达9.1wt%，存在形式为吡啶氮、吡咯氮和石墨烯化的氮;最高比表面积为456m2/g，77K下氢气吸附量为0.91wt%，273K下二氧化碳吸附量最高可达11.77wt%，25C下二氧化碳/氮气的分离比最高为39，吸附热为45kJ/mol。 以聚苯乙烯微球（直径为89nm）为硬模板，葡萄糖为碳源，通过水热碳化的方法制备了介孔炭材料。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸附、二氧化碳吸附对材料进行了详细的表征，结果表明：所制备的炭材料为规则的空心碳结构，内部中空结构大小形状高度一致，空心球厚度均一;比表面积可达560m2/g，273K下材料的二氧化碳吸附量为13.5wt%。