07-1多孔炭材料.ppt

1、多孔碳材料及其應(yīng)用,陳水挾 中山大學(xué)材料科學(xué)研究所 ,1971年，基辛格博士為恢復(fù)中美外交關(guān)系秘密訪華。在一次正式談判尚未開始之前，基辛格突然向周恩來總理提出一個要求：“尊敬的總理閣下，貴國馬王堆一號漢墓的發(fā)掘成果震驚世界，那具女尸確是世界上少有的珍寶啊!本人受我國科學(xué)界知名人士的委托，想用一種地球上沒有的物質(zhì)來換取一些女尸周圍的木炭，不知貴國愿意否?”,多孔碳材料,按形態(tài) 粉狀、顆粒狀、球形、纖維狀 按化學(xué)結(jié)構(gòu)、原材料、孔形成機(jī)理 膨脹石墨、多孔石墨 碳納米管 活性炭、活性炭纖維 粉狀活性炭 粒狀活性炭 柱狀活性炭 多孔碳微球 纖維狀活性炭（活性炭纖維） 碳?xì)饽z,多孔石墨,多孔石墨材料是以

2、天然的鱗片石墨為原材料，經(jīng)過化學(xué)插層、高溫膨化、碾壓等程序生產(chǎn)而成的一種多孔碳材料。 其表面和內(nèi)部有發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)狀孔隙結(jié)構(gòu),但組織上仍由石墨微晶組成,因此具有鱗片石墨非極性的特性,在其表面的基團(tuán)也是非極性。 多孔石墨具有吸附能力強(qiáng)、柔軟、自緊密性、導(dǎo)熱導(dǎo)電等特點，在環(huán)境保護(hù)、化工、機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)、建筑等許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。 膨脹石墨蠕蟲具有豐富的孔結(jié)構(gòu),因此適合吸附非極性有機(jī)大分子,特別是油類物質(zhì),可用于工業(yè)油的污染治理。,多孔石墨孔結(jié)構(gòu)及吸附性能,石墨蠕蟲（Exfoliated Graphite）,吸附劑膨脹石墨：80目鱗片石墨用濃硫酸氧化,原料和藥劑的質(zhì)量配比（石墨乙酸酐重鉻酸鉀濃硫

3、酸）分別為0.8：0.06：0.45和1：1.5：0.16：0.85，水洗、干燥后,于1000下制得兩種膨脹體積分別為250mL/g和350mL/g的石墨蠕蟲。,膨脹石墨在保溫方面的應(yīng)用,膨脹石墨復(fù)合保溫材料 原料來源廣、成本低、生產(chǎn)工藝簡單。酸浸石墨: 含碳80 %85 % , 膨脹90100 倍; 土狀石墨: 含碳60 %70 % , 膨脹45 倍; 高爐水渣、頁巖粉、火山灰、添加劑1 和添加劑2 是良好的鐵水保溫材料。工業(yè)實驗表明, 膨脹石墨復(fù)合保溫材料具有優(yōu)良的保溫性能和熔渣性能, 降溫速度比碳化稻殼保溫材料低0118 / min , 比空白罐低0134 / min。,碳?xì)饽z(car

4、bon aerogel),Carbon aerogels are materials prepared by carbonisation of organic aerogels, mainly resorcinolformaldehyde (RF). Carbon aerogels usually consist of a network of primary particles network that confers a coral aspect. So, meso and macroporosity take place in the remaining spaces between t

5、he above mentioned particles, whereas the microporosity appears during the carbonisation inside these particles. Textural parameters of carbon aerogels can be independently controlled from the different initial recipes and from the curing, drying and carbonisation processes,碳?xì)饽z(carbon aerogel),Fabr

6、ications of carbon aerogel spheres by reversed phase suspension polycondensation and ambient pressure drying method,碳?xì)饽z,FIGURE 4: SEM micrographs of carbon aerogels obtained using organic acids as polymerization catalysts and on an activated carbon aerogel.,碳?xì)饽z,FIGURE 2: SEM micrographs of carbon

7、aerogels obtained using alkaline carbonates as polymerization catalysts.,碳微球 carbon sphere,The wondrous world of carbon nanotubes,Introduction: nanotube structure,Roll a graphene sheet in a certain direction:,Armchair structure Zigzag structure Chiral structure Defects result in bends and transition

8、s,四、管碳(碳納米管)： 1991年日本Sumio Iijima用電弧放電法制備C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與管軸的幾何關(guān)系可分為“扶手椅管”、“鋸齒狀管”和“螺管”三大類，按管口是否封閉可分為“封口管”和“開口管”，按管壁層數(shù)可分為單層管（SWNT）和多層管（MWNT）。管碳的長度通常只達(dá)到納米級（1nm=10-9m）。,FIGURE 1: SEM images of CNTs grown on Fe/MgO catalyst.,Graphene演化史,1930代 熱學(xué)的觀點，認(rèn)為單層原子的二維(平面)結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。 196

9、0代 graphene被廣泛用於描述碳基材的材。 Slonczewski, J. C. & Weiss, P. R. Band structure of graphite. Phys. Rev. 109,272279 (1958). 1990代 graphene的同素構(gòu)物被發(fā)現(xiàn)是研究凝態(tài)物質(zhì)很好的材。 Semenoff , G. W. Condensed-matter simulation of a three-dimensional anomaly. Phys. Rev. Lett. 53, 24492452 (1984). 1990 代 科學(xué)家試著使用化學(xué)剝法（ chemical exfoliation method）製造石墨烯。 2004英國曼徹斯特大學(xué)Geim和Novoselov用膠帶剝的方法，首先分出單獨石墨烯。 Novoselov, K. S. et al. Electric fi eld eff ect in atomically thi