新型功能高分子和炭材料的孔结构设计、构建及其应用

摘要

多孔性在自然界广泛存在,多孔结构材料由于具有大的比表面积以及传质通道等特点,从而赋予它们优良的吸附、分离、传质等性能。多孔聚合物和炭材料在气体储存和分离、药物分离释放、催化剂和载体、传感器、生物分子固定化和细胞骨架的支撑、环境保护以及能量储存等领域有重要应用,其材料的结构设计、可控制备及功能开发倍受人们关注。创新多孔材料的设计思路,精确控制材料的孔结构参数,调控多孔材料的表面特性是当前新型多孔材料研发的热点方向。rn 本文针对多孔聚合物和炭材料的设计和制备,重点总结介绍本课题组的部分研究工作和结果。利用嵌段共聚物的相分离是构筑各种新型多孔材料的良好手段。通过嵌段共聚物的分子设计、组装工艺和后交联控制，可以设计制备出不同维度、不同层次结构、不同有序度的多孔材料，满足不同领域的应用需求。在构筑介孔结构时，利用高分子作为模板剂，可以方便地使用热分解去除模板造孔，同时能实现孔形貌和尺寸的精确控制。孔结构参数对多孔材料吸附分离等性能的重要影响是不容质疑的。然而，合理设计和改造多孔材料的化学结构或功能基团，可显著提升多孔材料的性能，甚至创新新功能。利用嵌段共聚物PEO-PPO-PEO为结构导向剂、甲阶酚醛树脂为碳源、正硅酸乙酯为Si02前驱体和尿素为氮源，通过多元共组装法构筑新型的碳/Si02纳米复合结构，合成出富含氮的有序中孔碳/Si02纳米复合材料。含氮官能团可有效增强电解液的湿润性和复合骨架的导电性，从而有利于提高锂离子电池的性能。