Page 77 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期 屈 佳，等: 有序介孔碳的模板化构筑及其水处理应用研究 ·2439·
是在多孔碳中均匀引入杂原子的有效方法。通过 制备了氮掺杂的介孔碳纳米粒。该材料孔隙发达，
MOFs 煅烧法制备有序介孔碳，需要选择具有合适 具有蠕虫状介孔结构，当壳聚糖和 F127 质量比为
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孔道结构和元素组成的 MOFs 材料。另外，MOFs 3∶1 时，介孔碳的比表面积最大为 868.9 m /g，孔
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煅烧法涉及 MOFs 材料的制备，基于 MOFs 材料制 容为 0.963 cm /g，孔径 3.052 nm。
备的技术与成本问题，MOFs 煅烧法合成多孔碳所 商品化的高分子表面活性剂如 P123、F127 等具
涉及的报道较少。 有结构规整、胶束结构易控的优点，故适于用作软
1.4 以嵌段共聚物为软模板制备有序介孔碳材料 模板制备高度有序的介孔碳材料。但由于其嵌段比
嵌段共聚物是由两种或两种以上化学结构不同 例及相对分子质量（简称分子量）的限制，模板缺
的链段交替聚合而成的线型共聚物。两亲性嵌段共 乏多样性，故而限制了介孔碳在吸附、催化领域的
聚物中既含有亲水链段，又含有疏水链段，作为高 应用。因此，设计并制备新型模板剂来合成有序介
分子表面活性剂，其分子能够在不同溶剂中聚集成 孔碳材料成为拓宽材料实际应用的有效方式。实验
结构不同的胶团、囊泡、胶束等。利用碳前驱体与 室制备嵌段共聚物通常采用可逆加成-断裂链转移聚
嵌段共聚物之间的氢键、亲/疏水作用、库仑力等进 合法（RAFT）、原子转移自由基聚合法（ATRP）等。
行有机-有机自组装，可得到有序复合体，进而得到 QIANG 等 [39] 通过 RAFT 法制备了一种离子化
有序介孔碳材料。溶剂挥发诱导自组装（EISA）是 两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚对苯乙烯磺酸钠-
利用软模板合成有序介孔碳的常用方法。将碳前驱 十八烷基二甲基叔胺（PS-b-PSS-DMODA），并以
体、碳前驱体聚合催化剂、溶剂（乙醇、四氢呋喃） 此为软模板，以低聚酚醛树脂为碳源，通过有机-
与嵌段共聚物模板充分混合形成溶液，常温下铺膜 有机自组装和溶剂蒸汽退火法制备了介孔碳膜。结
促使溶剂挥发形成复合液晶相，缩聚得到具有有序 果发现，简单的热处理不能产生高度有序的介孔结
结构的复合体；最后经过低温脱除模板、高温炭化 构，而溶剂蒸汽退火法可以有效地调控孔径及孔隙
即可得到有序介孔碳材料。 形貌。TIAN 等 [40] 通过 ATRP 法合成了不同链段比
LIU 等 [37] 以线型酚醛树脂为碳前驱体，分别以 例的两亲性两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚氧化乙烯
F127 和 P123 为软模板，通过有机-有机自组装法制 （PS-b-PEO），并将其溶解在四氢呋喃/乙醇/水混合
备了有序介孔碳。模板与碳前驱体的质量比、炭化 溶剂中得到组装体，以此为软模板，以多巴胺（DA）
温度以及模板类型影响着所得介孔碳的结构。当 作为碳源和氮源，通过协同自组装法成功制备得到
F127/酚醛树脂（PF）质量比为 1∶1 且炭化温度为 氮掺杂的有序介孔碳纳米球（氮掺杂 MCNSs，图 5a）。
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700 ℃时，介孔碳的 BET 比表面积为 670 m /g，孔 氮掺杂 MCNSs 具有良好的尺寸单分散性（~300 nm）
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径为 2.3 nm，孔容为 0.40 cm /g，孔壁厚度 3.7 nm。 和可控的介孔（8~38 nm），比表面积达到 450 m /g，
提高碳前驱体的比例，比表面积减小，孔径减小， 氮含量（质量分数，下同）约 3%。氮掺杂 MCNSs
孔容减小，孔壁增厚。升高炭化温度，比表面积增 作为超级电容器的电极材料，当充放电电流密度为
大，孔径、孔容和壁厚减小。以 F127 为模板所得介 0.1 A/g 时，比电容高达 350 F/g，展现出卓越的电化
孔碳为二维六方结构，有序度较高；以 P123 为模板 学性能。TANG 等 [41] 同样以高分子量 PS-b-PEO 的
所得介孔碳为蠕虫孔道结构，有序度较低。王贤书 胶束为模板，以多巴胺为碳源，通过自组装形成有
等 [38] 以壳聚糖为碳源和氮源，以 F127 为软模板， 序复合体，随后氨化引发多巴胺聚合，氮气氛、800 ℃
图 5 氮掺杂 MCNSs（a） [40] 和 NHCS-LM（b） [42] 的合成示意图
Fig. 5 Schematic illustration of preparation of N-doped MCNSs (a) [40] and NHCS-LM (b) [42]
