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有序孔碳材料的宏量制备研究取得进展

  近日,jnty. com化学工程学院辽宁省“能源材料与电化学”重点实验室安百钢教授团队的研究成果“Large-scale synthesis of 3D ordered microporous carbon at low temperature using cobalt ions exchanged zeolite Y as a template” 作为当期封面论文在《New Carbon Materials》(中英文)在线发表。赵宏伟博士为论文第一作者,安百钢教授为通讯作者,李莉香教授为共同通讯作者。该项目研究工作得到了国家自然科学基金、辽宁省特聘教授项目、辽宁省博士科研启动基金、jnty. com人才项目以及辽宁省能源材料与电化学重点实验室的支持。
  沸石模板碳(ZTCs)由于具有独特的三维有序微孔结构和高的表面积,使其在吸附和能量存储等方面表现出诸多优异的性能。然而,ZTCs的有效合成策略缺乏和大规模合成困难严重限制了其发展。本文通过使用钴离子交换的Y型沸石分子筛作为模板,采用直接乙炔化学气相沉积(CVD)的方法,开发出一种低温CVD合成及宏量制备ZTCs的简单工艺路线。沸石中的钴离子作为Lewis酸位点,通过d-π配位效应催化乙炔在400 ℃低温热解,使碳沉积选择性地发生在沸石内部。通过对CVD温度和时间的优化,ZTC(Co)-400-8h具有优异的三维有序微孔结构、高比表面积(3000 m 2 g -1)、大的孔体积(1.33 cm 3 g -1)(如图1),CO2吸附容量和选择性分别为2.78 mmol g -1(25℃,100 kPa)和98(如图2)。简单的合成条件可实现高质量ZTCs的宏量制备,使用10.0g/批次沸石模板制备的ZTC(Co)-400-8h(L)的比表面和孔体积可达到2700 m2 g -1和1.27 cm3 g -1(如图3)。

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图1. 样品的碳含量、有序微孔结构、比表面积和孔径分布图


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图2. 样品的CO2吸附性能测试

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图3. 三维有序微孔碳的宏量制备及有序微孔结构表征




  (供稿:赵宏伟;审核:张涵)