介孔材料的制备介孔材料的制备方法主要有水热合成法,溶胶一凝胶法和模板合成法等。Ryoo R[25]等首次以分子筛MCM-48为模板,蔗糖为碳源,成功合成了有序介孔碳CMK-1,但CMK-1与MCM-48孔道结构完全不同,不是MCM-48真正的复制品,在脱除MCM-48硅模板过程中,孔道有序性下降。61905

HMS合成条件较温和,所用长链伯胺模板剂易回收,在实际应用中具有较大吸引力。Lee J等以富醇介质合成的HMS分子筛为模板,酚醛树脂为碳前驱体合成了介孔碳材料SNU-2,但该碳材料中不存在织构孔。Sevil-Lam等以富水介质HMS分子筛为模板,制备了含有较大孔容、比表面积和较窄孔径分布的双孔隙碳材料。

合成无序介孔碳材料所用模板主要有二氧化硅纳米粒子或晶体、硅胶、阳性氧化铝和铝硅酸盐等。Han S J[26]等以二氧化硅水溶胶纳米粒子作模板,制备了纳米孔碳SMC-1,但其孔径分布相当宽,可能是合成过程中硅纳米粒子团聚所致,为了阻止合成过程中硅纳米粒子发生团聚,在反应体系中加入十六烷基三甲基溴化铵,成功得到孔径分布较窄的介孔碳SMC-2。

2.介孔氧化铁的制备

Yuan和Li[27]等合成了碳包覆Fe3O4微粒。以a-FeOOH为前体,通过两步水热反应后煅烧得到最后的Fe3O4 /C复合材料。电化学测试后得到其比电容为1010mA·h/g,比Fe3O4的理论容量928mA·h/g还要高。该合成过程分为4步。

第一步,将含Fe3+溶液加入到过量的含OH-的溶液中不断地搅拌,并延长反应时间,生成了纳米颗粒的FeHO8·4H2O。

第二步,生成的纳米颗粒通过Ostwald熟化过程[28]将纳米颗粒聚集成纳米线。该过程水热反应在180℃的条件下处理25h,可以加强结晶和纳米线的生成质量,产生α-FeOOH。

第三步,以葡萄糖为前体,在180℃条件下水热反应2h。α-FeOOH的表面含有大量的羟基基团,可以诱导碳质材料在其表面以原位沉淀的形式形成一层碳质外壳。最后,将得到的沉淀物在充分洗涤并烘干以后,在500℃的N2气氛炉内煅烧4h,形成外表为碳层、内部是介孔Fe3O4的复合材料。因为从α-FeOOH中转移走了羟基基团同时又产生了气体,导致介孔的形成。

              12α-FeOOH + C →24Fe3O4 + 6H2O + CO2               

如果没有包覆碳层的话,将会形成α-Fe2O3纳米线,通过500℃的气氛炉内加热4h,可以形成很好的纳米线材料。虽然在这样的条件下可以形成很好的纳米结构,但是没有进行碳包覆,比电容仅为100 mA·h/g,远远低于Fe3O4 /C复合材料。

Su和Li[28]等提到了一种以石墨烯为基质的碳包覆Fe3O4颗粒的多层结构的复合材料Graphene/Fe3O4/C。可以看出来,Fe3O4颗粒均匀地分布在石墨烯薄片上。由电化学测试可知,其比电容在循环100 圈以后仍然可以达到920mA·h/g。说明该复合材料作为电极材料时表现出优越的电化学性能,其原因有如下几点可能:①Fe3O4纳米颗粒外面的碳层使其固定在石墨烯的表面,从而Fe3O4颗粒可以完全释放出其电化学性能;②Graphene/Fe3O4/C中的碳层外壳可以改善该复合材料的导电性能,使其可以快速地充放电;③由于碳层的存在,可以使复合材料的外表面形成一层均匀且SEI 膜,避免该电极在第一次充放电过程中的能量损失论文网

利用各种模板剂,通过无机颗粒与活性剂自组装、液晶模板机制和纳米铸造等机理[29]如图1.1。已经成功合成出多种过渡金属介孔氧化物[30-36],这些机理对介孔氧化铁的制备也有一定的指导作用。然而,由于氧化铁具有复杂的晶相行为,晶化过程容易

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