二氧化碳活化法制备高比表面积碳气凝胶.pdf

第 5 卷第 6 期 过 程 工 程 学 报 Vol.5 No.6 2005 年 12 月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2005 二氧化碳活化法制备高比表面积碳气凝胶 侯今强， 沈 军， 薛 辉， 吴广明， 周 斌， 倪星元 ( 同济大学波耳固体物理研究所，上海 200092) 摘 要：以间苯二酚−甲醛为原料，常压干燥条件下制备传统的碳气凝胶，通过活化工艺成功地将其比表面积提高了 3 倍以上. 用比表面积测试及孔径分布、扫描电镜(SEM)等手段对其微观结构进行了表征并优化了工艺参数. 关键词：碳气凝胶；常压干燥；活化 中图分类号：TQ127.1 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2005)06−0651−03 1 前 言 首先在 50 ℃下维持 1 d，接着升温至 90 ℃，经 3 d 反应， 生成 RF 有机湿凝胶. 将该湿凝胶在丙酮中浸泡 3 d (温 碳气凝胶是一种新型的纳米结构多孔材料，目前主 度 25 ℃，相对湿度40%)，并且每天更换 1 次，以将有 要是以间苯二酚和甲醛为原料，在碳酸钠为催化剂的条 机湿凝胶中的水替换完全. 将替换过的有机湿凝胶在空 件下发生缩聚反应，形成间苯二酚−甲醛(Resorcinol− 气中干燥 3∼4 d ，即得具有连续网络结构的纳米多孔RF Formaldehyde, RF)有机气凝胶，经进一步高温碳化制得. 有机气凝胶. 一般孔洞率高达 80%∼90%，BET 方法所得比表面积为 2.2 碳气凝胶的制备 2/g[1−4] ，主要为微孔、介孔和少量大孔结构. 500∼1000 m 在惰性气体(N2)保护下，将干燥后的 RF 有机气凝 在超大容量电容器、锂离子电池电极和海水淡化等领域 胶由室温升温到 1050 ℃，并维持4 h ，使有机气凝胶均 [5,6] 都有广泛的应用前景 . 匀碳化为碳气凝胶，最后再降温至室温. 碳化过程中， 为了提高碳气凝胶的比表面积和多孔特性，目前国 为防止材料受热不均匀而开裂，升、降温速率要缓慢， 际上主要采用降低 RF 有机气凝胶的反应物与催化剂的 具体升降温速率视样品大小而定，样品越大，速率越小. 配比和改变反应物制备三聚氰胺−甲醛(Melamine− 2.3 碳气凝胶的活化 Formaldehyde, MF)有机气凝胶等技术路线. 以上两种 将制备好的碳气凝胶在隔绝空气条件下缓慢升温 2/g ，但前者在制 方法虽然可使其比表面积达到 1000 m 到 1000 ℃，并维持一段时间以保证碳气凝胶内部温度 备过程中要采用成本较高和危险性较大的超临界干燥 均匀. 然后通入 CO2 气体进行活化，活化完成后，以缓 工艺，否则比表面积会有明显的下降；后者的制备工艺