块体碳材料的水热法合成及其催化石墨化研究

论文摘要

多孔块体碳材料具有良好的抗腐蚀稳定性（酸碱稳定性等）、良好的导电性,超强的吸附能力等特点,同时由于其块体的外形,可以直接进行工业应用,所以其合成无论在基础研究方面,还是在实际应用上都具有重要意义。传统制备块体碳材料主要是通过粘结铸压、模板复制、气溶胶等。这些方法分别存在成本高或合成结果不可控等缺点,而本论文采用了绿色、简便的水热碳化法对块体碳材料的合成进行了研究。本论文主要工作分为两个部分,在第一部分中,以间苯二酚和葡萄糖为碳源,在添加对甲苯磺酸的条件下,通过一步水热碳化制备了表面富含磺酸基的块体碳材料,并利用FT-IR、XPS、EDX等手段对材料的表面性质进行了表征。该材料作为固体酸催化剂在苯甲醛的缩醛化反应中表现出很高的催化活性和良好的稳定性。另外,通过进一步的碳化和水蒸气的活化,能制备比表面积和孔容高达2249 m2/g和2.12 cm3/g的块体碳材料。这些碳化和活化快体碳显示出较强的抗氧化能力,此外,这些高比表面高孔容的块体碳材料还具备非常好的染料吸附能力,优于普通商业活性碳及有序介孔碳CMK-3。石墨化的多孔块体碳材料,因其具备良好的晶体结构及更优良的导电性、稳定性和机械强度,而在催化、电容器、电极材料等方面有着重要应用。论文的第二部分工作是以葡萄糖和间苯二酚为碳源,在金属盐的催化作用下,借助水热法分别通过两步法和一步法制备了部分石墨化的块体碳材料。实验结果表明,两步法较易制备出部分石墨化的块体碳材料,而在一步法中,pH值和金属盐的种类对实验结果有很大影响。在使用硝酸钴为催化剂,初始pH值近中性条件下可以合成出具有石墨化结构的块体碳材料。利用TEM、XRD等手段对所制备材料进行了表征,并通过调变实验条件推测了在一步法中成功促使石墨化的反应机理。该材料在苯甲醇的选择性氧化制备苯甲醛反应中显示了很高的选择性（苯甲醛的选择性为89%）,远高于未石墨化的块体碳材料（<3%）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 碳材料
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 多孔碳材料的制备方法
• 1.2 水热法概述
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 水热法制备碳材料
• 1.2.3 水热法的机理探讨
• 1.3 块状碳材料概述
• 1.3.1 块体碳材料的优点及应用
• 1.3.2 块体碳材料的制备现状
• 1.4 本课题的研究背景及主要工作内容
• 参考文献
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 材料的合成
• 2.3 表征方法
• 第3章 水热法合成表面富含磺酸基的块体碳材料及其碳化/活化
• 3.1 前言
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 表面富含磺酸基的块状水热碳的合成
• 3.2.3 块体水热碳的碳化/活化
• 3.2.4 材料表征
• 3.2.5 苯甲醛的缩醛化反应
• 3.2.6 吸附性能
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 块体碳的形貌及其骨架结构
• 3.3.2 富含磺酸根的水热块体碳（HTC-MCs）
• 3.3.3 水热块体碳的碳化及其活化
• 3.3.4 活化块体碳的液相吸附
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第4章 部分石墨化的块体多孔碳材料的合成及其催化性能的研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 材料与试剂
• 4.2.2 浸渍法制备块体石墨碳
• 4.2.3 一步水热法制备块体石墨碳
• 4.2.4 材料的表征
• 4.2.5 苯甲醇的选择性氧化
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 两步浸渍法制备的块体石墨碳
• 4.3.2 一步法制备的石墨碳
• 4.3.3 苯甲醇的选择性氧化
• 4.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 硕士期间发表及拟投的论文
• 致谢