《新型粉末狀炭氣凝膠的可控制備與性能研究》是依託中山大學，由吳丁財擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型粉末狀炭氣凝膠的可控制備與性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳丁財
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬通過（微）乳液聚合法合成單分散聚苯乙烯-二乙烯基苯（PSDVB）納米球，然後利用超交聯法進行球內和球間交聯，製備新型粉末狀炭氣凝膠。該（微）乳液聚合-超交聯法的優勢體現在（1）合成過程無爆聚現象，易於工藝放大；（2）可常壓乾燥；（3）產品是微米級粉末，免球磨；和（4）氣凝膠納米結構可精確調控。本項目擬著重研究PSDVB納米球在超交聯形成氣凝膠納米結構過程中的作用機制，闡明氣凝膠納米結構的炭化機理，建立粉末狀炭氣凝膠及其有機氣凝膠前驅體的納米結構設計與調控規律。在可控制備的基礎上，弄清這些新材料的吸附緩釋、電化學等性能，並與其獨特的氣凝膠納米結構相關聯。本項目將有力地促進炭氣凝膠材料的製備科學進步，具有重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
炭氣凝膠是一類具有三維納米網路結構的新型多孔炭材料，在能源、環境、催化和化工等領域擁有廣泛的套用前景。然而，現有炭氣凝膠通常採用溶膠-凝膠法製備，存在易爆聚、超臨界/冷凍乾燥成本高、塊狀產物的網路單元結構不精確且使用前常需球磨成粉末等瓶頸問題。有鑒於此，本項目致力於炭氣凝膠材料的創新結構設計、先進制備及其構效關係研究。我們利用（微）乳液聚合法合成出的單分散聚苯乙烯-二乙烯基苯（PSDVB）納米球作為反應原料，經超交聯和常壓乾燥後獲得粉末狀有機氣凝膠前驅體，隨後經高溫炭化，製備得到新型粉末狀炭氣凝膠。我們系統研究了單分散PSDVB納米球的合成條件—納米結構關係；闡明了PSDVB納米球的分子結構和納米結構與有機氣凝膠的三維納米網路結構的關聯性，從而建立了有機氣凝膠的結構設計和可控合成規律；實現了氣凝膠納米網路結構的炭化穩定性，進而揭示了炭氣凝膠的可控制備理論；考察了各層次孔結構和骨架表面化學結構在吸附緩釋、電化學充放電等過程的作用機制及協同效應，從而釐清了有機氣凝膠和炭氣凝膠的結構-性能關係。除了上述PSDVB納米球，我們還利用其他苯乙烯系聚合物納米材料設計合成了多種新型有機氣凝膠和炭氣凝膠。此外，我們還發展了若干新型多孔高分子和多孔炭材料。在本項目資助下，項目負責人以通訊作者在Nat Commun、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Adv Mater、Mater Today、Chem Sci和Energy Environ Sci等期刊發表SCI論文38篇，獲授權專利12件。項目執行期間，項目負責人獲得國家優秀青年科學基金資助，併入選國家“萬人計畫”青年拔尖人才。
