过渡金属氧化物/有序介孔碳复合材料的制备与性能研究

摘要

多孔材料是新型功能材料可用作催化剂载体、吸附剂等。其中90年代发展起来的介孔碳材料尤为引人注目。介孔碳材料具有大的比表面积、规则有序的孔道结构和可调的纳米级孔径。大的比表面积可以有效地实现客体材料负载,高分散度、较大的孔径有利于客体材料的组装和作为微型反应器,同时有利于反应物和产物在孔道内的扩散效率。介孔材料表面存在大量的可供修饰的C-O化学键,它们可以用来对介孔碳的孔道表面进行修饰。另外,介孔碳的有序孔道为客体材料提供有利的生长空间,为纳米材料的生长提供可能。所以,使用有序介孔碳材料为主体,进行主客体组装逐渐引起关注。
　　 有序介孔碳的孔道规则且有序,利用它作为纳米反应容器,分别制备了以氧化钒、氧化钼和氧化钨为客体材料的主.客体组装纳米复合材料,并分别研究了其电化学性能和气相光催化性能。具体结论如下:
　　 1、以过氧钼酸为钼源,采用超声浸渍法制备了MoO3／CMK-3复合材料,客体材料三氧化钼纳米颗粒成功引入到CMK-3的孔道内,并均匀地分布在有序介孔碳的孔道表面。复合材料作为电化学电容器电极与CMK-3电极相比,比电容有所增大。复合材料的比电容主要由三氧化钼提供的赝电容和CMK-3提供的双电层电容组成。在光催化降解气相苯的研究中,发现MoO3／CMK-3可以降解气相苯,其降解效率在三氧化钼载量为4wt％t时达到最高。
　　 2、以五氧化二钒的溶胶作为钒氧化物的前躯体,通过超声浸渍法制备的五氧化二钒／CMK-3复合材料,客体材料五氧化二钒在CMK-3孔道中均匀分布,且不破坏主体材料CMK-3的有序结构。通过复合材料的电化学性能研究发现复合材料的比电容要明显高于介孔碳材料,复合材料的比电容主要由主体材料CMK-3的双电层电容和客体材料V2O5的赝电容提供。
　　 3、以钨酸作为钨源,采用真空浸渍法制备了WO3／CMK-3复合材料,客体材料钨氧化物在介孔碳的孔道中限制性生长成一维三氧化钨纳米线。用扩散生长机制解释其生长机理。