本文關(guān)鍵詞：ZIF基多孔炭的可控合成

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【摘要】：面對化石能源短缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的雙重壓力,開發(fā)新型材料以實(shí)現(xiàn)能源儲存和轉(zhuǎn)化,逐漸成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。多孔炭是指以碳質(zhì)材料結(jié)構(gòu)基元堆疊形成的具有不同孔結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料,具有豐富的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)(即表面官能團(tuán)),高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性；并且其孔徑可調(diào)、孔道可控、比表面積大,已被廣泛應(yīng)用于吸附分離、催化、電子、能源等諸多領(lǐng)域。因而,近年來多孔炭的制備及其應(yīng)用方面的研究是當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。近年來,金屬有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)在作為模板或前驅(qū)體制備多孔炭材料方面成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一類典型的MOFs,既有沸石的高穩(wěn)定性特點(diǎn),又有MOFs的結(jié)構(gòu)及功能多樣性、高比表面積等特點(diǎn),同時(shí)在咪唑配位基中含有豐富的氮源,使其成為制備性能優(yōu)良的氮摻雜多孔炭的理想前驅(qū)體。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：(1)采用水熱法,將硝酸鋅和2-甲基咪唑以1：20的摩爾比進(jìn)行反應(yīng),制備了純相ZIF-8晶體,顯著降低2-甲基咪唑用量,實(shí)現(xiàn)原料經(jīng)濟(jì)化、工藝綠色化。(2)考察了反應(yīng)時(shí)間和表面活性劑添加量對合成ZIF-8晶體的影響。結(jié)果表明反應(yīng)時(shí)間對ZIF-8的合成沒有明顯影響；表面活性劑用量與顆粒尺寸呈負(fù)相關(guān),通過改變CTAB添加量,實(shí)現(xiàn)不同粒徑ZIF-8顆粒的可控合成。當(dāng)添加0.006wt%　CTAB,水熱反應(yīng)6h時(shí),得到的ZIF-8晶體粒徑～500nm,熱穩(wěn)定溫度高達(dá)600℃,比表面積約1250m2g-1,總孔容為0.72cm3g-1,其中微孔孔容占91.6%。(3)以ZIF-8多面體為前驅(qū)體,通過直接固相熱解制備得到的ZIF基多孔炭材料,比表面積為800-1000m2 g-1,N含量高達(dá)9.10-28.47wt%,25 ℃,800mmHg CO2吸附值達(dá)3.64mmo1/g,表現(xiàn)出良好的CO2吸附性能。(4)通過對比直接固相熱解ZIF-8和限域固相熱解核殼結(jié)構(gòu)ZIF-8@SiO2合成的ZIF基炭材料的孔結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)殼層Si02在熱解過程中起到支撐和限域作用,能有效避免炭顆粒結(jié)構(gòu)坍塌和團(tuán)聚現(xiàn)象,故限域熱解合成的多孔炭比直接固相熱解合成的炭材料具有更高的比表面積(1215m2g-1)和更大的總孔容(0.93cm3g-1)。
【關(guān)鍵詞】：沸石咪唑酯骨架材料 多孔炭 表面活性劑 固相熱解法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-26
• 1.1 多孔炭材料概述10-19
• 1.1.1 多孔炭材料的定義與分類10
• 1.1.2 多孔炭材料的合成方法10-17
• 1.1.3 多孔炭材料的前驅(qū)體17-19
• 1.2 沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)概述19-25
• 1.2.1 沸石咪唑酯骨架材料概述19-20
• 1.2.2 沸石咪唑酯骨架材料合成方法20-23
• 1.2.3 沸石咪唑酯骨架材料應(yīng)用23-25
• 1.3 論文選題依據(jù)和研究內(nèi)容25-26
• 2 實(shí)驗(yàn)綜述26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與原料26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備26-27
• 2.3 表征方法27-30
• 2.3.1 X射線衍射27-28
• 2.3.2 動態(tài)光散射28
• 2.3.3 氮?dú)馕锢砦?/span>28
• 2.3.4 熱重分析28-29
• 2.3.5 掃描電子顯微鏡29
• 2.3.6 透射電子顯微鏡29
• 2.3.7 元素分析29-30
• 3 水熱法可控合成ZIF-830-38
• 3.1 前言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31
• 3.2.1 調(diào)節(jié)表面活性劑添加量合成ZIF-8晶體31
• 3.2.2 調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間合成ZIF-8晶體31
• 3.3 結(jié)果討論31-36
• 3.3.1 不同表面活性劑添加量對合成ZIF-8的影響31-33
• 3.3.2 不同反應(yīng)時(shí)間對合成ZIF-8的影響33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 4 固相熱解法制備ZIF基多孔炭材料38-46
• 4.1 前言38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 4.2.1 直接固相熱解法制備多孔炭材料38-39
• 4.2.2 限域固相熱解法制備多孔炭材料39
• 4.3 結(jié)果討論39-45
• 4.3.1 直接固相熱解法制備多孔炭材料39-42
• 4.3.2 限域固相熱解法制備多孔炭材料的結(jié)構(gòu)42-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻(xiàn)47-52
• 致謝52-53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：802786