發(fā)展電化學(xué)能源存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)是我國的長期重大需求。作為電化學(xué)能源器件中的關(guān)鍵材料,多孔碳材料已成為當(dāng)前能源材料與化工領(lǐng)域的研究熱點。層次孔碳材料是一類新型的多孔碳材料,同時兼具不同尺寸與功能的微孔、中孔或大孔。研究者通過對層次孔碳材料可控設(shè)計,已制得一系列孔結(jié)構(gòu)、孔骨架及表面化學(xué)性質(zhì)和微/納拓?fù)湫蚊哺鳟惖男滦蛯哟慰滋技捌鋸?fù)合材料,極大地提升了其能源存儲和轉(zhuǎn)化性能。本綜述總結(jié)了近年來有關(guān)層次孔碳材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計、可控制備及其在電化學(xué)能源器件應(yīng)用領(lǐng)域等方面的研究進展,并對其未來發(fā)展提出了建議與展望。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2020,71(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

IUPAC基于孔尺寸對孔的分類和層次孔的離子傳輸路徑示意圖

冰模板綠色環(huán)保、成本低、易去除且在產(chǎn)物中不會有殘留，因此在各類模板中脫穎而出。通過控制冷凍條件和前體組成可以實現(xiàn)孔尺寸的調(diào)控。但是由于冰晶尺寸問題，大部分冰模板衍生的孔洞均為大孔，一般需借助額外模板或者活化處理實現(xiàn)層次孔碳材料的制備。Estevez等[26]首次結(jié)合冰模板和SiO2模板合成了集微孔、中孔和大孔于一體的層次孔碳材料，其中冰晶作為大孔模板，SiO2作為中孔模板，微孔則通過活化處理產(chǎn)生。其比表面積和孔體積分別為2096 m2·g-1和11.4 cm3·g-1。通過簡單地改變模板的尺寸和活化時間，可實現(xiàn)各級孔的精確調(diào)控，包括孔徑大小和比例。1.2 軟模板法

本課題組在軟模板法合成層次孔碳材料方面也做了一系列工作。例如，采用聚丙烯腈接枝交聯(lián)聚甲基丙烯酸甲酯納米球(x PMMA-g-PAN)作為構(gòu)筑單元，經(jīng)預(yù)氧化和碳化后，成功制得富氮納米多孔碳(圖3)[37]。在熱處理過程中x PMMA納米球可原位熱分解形成8.6 nm的球形中孔，聚丙烯腈衍生的碳骨架則具有大量的微孔。另外，利用聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS)嵌段共聚物作為構(gòu)筑單元，通過自組裝-超交聯(lián)聯(lián)合技術(shù)，制得一類具有核殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)單元的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合物，隨后將其碳化獲得一類新型的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次孔碳材料[38]。碳化過程中，PMMA核原位熱分解形成介孔空腔，交聯(lián)PS則形成微孔碳層。最近，以兩親性嵌段共聚物作為模板，苯胺、吡咯為共聚單體，通過誘導(dǎo)自組裝、碳化制得一類高比表面積碳納米球。該材料具有1.3 nm的微孔和18.6 nm的大尺寸中孔，呈現(xiàn)雙孔徑分布特征[39]。1.3 直接碳化法

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3062588