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有序孔碳材料的宏量制备研究取得进展

  近日,辽宁科技大学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、辽宁科技大学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)