非聚醚类两亲性高分子模板剂导向合成具有可控结构的大孔径介孔碳-金属氧化物复合材料
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21673048
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0204.胶体与界面化学
- 结题年份:2020
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:柳亮亮; 周欣然; 辜敏; 王春; 王正仁; 任元;
- 关键词:
项目摘要
In this proposal, we will design home-made non-Pluronic amphiphillic block copolymers (e.g. PEO-b-PS) with high-molecular weights and use them to direct the assembly of pre-synthesized hydrophobic metal oxide nanoparticles (typically iron oxides and tungsten oxides) via spin-coating casting their solutions on silicon substrate, followed with solvent annealing. It will generate metal oxide/ PEO-b-PS nanocomposites with ordered mesostructures. The ordered mesostructures can be fixed via in-sequence exposure of the composites in the vapor of resorcinol (or phloroglucinol) and formaldehyde due to the formation of thermoset phenolic resin. A further pyrolysis treatment at optimum temperatures and ramping rate to selectively remove the PEO-b-PS template and then carbonize the phenolic resin, ordered mesoporous carbon with pores filled by metal oxide nanoparticles can be obtained. A systematic investigation will be carried out to elucidate the mechanism about how the template molecules guide the assembly of hydrophobic metal oxide nanoparticles, and to obtain optimum conditions for formation of composites with ordered mesostructures, including the template/metal oxide weight ratio, solvent nature, particle sizes, the molecular weights of copolymers, active vapors' concentrations, polymerization temperature, pyrolysis treatment programs (ramping rate, pyrolysis temperature), etc. By using the obtained mesoporous carbon-metal oxide composites as the electrode materials, extensive electrochemical measurements will be carried out, including cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), and cycling stability tests, to study the specific capacitance, rate capability, energy density and cyclability of the obtained materials. The results of this study are expected to elucidate the relationship and the nanostructure, composition and textural features of the nanocomposites and help to guide advanced mesoporous composite materials with multicomponents and integrated properties for applications in energy storage.
本项目结合高分子嵌段共聚物微相分离、胶体组装以及介孔材料软模板合成法,设计一系列超高分子量的两亲性嵌段共聚物模板剂(如PEO-b-PS),通过溶剂退火的策略,使其与疏水金属氧化物颗粒协同组装形成介观有序复合体,然后通过原位酚醛聚合“锁定”介观结构,最后在惰性气氛中煅烧处理复合物,使模板剂分解,酚醛树脂碳化,得到介孔碳-金属氧化物复合材料。研究组装条件(如溶剂类型、模板剂组成、氧化物颗粒的尺寸等)对复合介观结构形成的影响;研究复合物中软模板与间苯二酚(或均苯三酚)蒸气的作用规律及后续甲醛气氛下酚醛聚合速率等因素对固定介观结构效果的影响;研究煅烧条件等因素对于介孔碳-金属氧化物的结构及性能的影响。发展具有较大孔径(5-30 nm)、可控结构和组成以及优异电化学性能的介孔碳-金属氧化物复合材料,论证其结构、组成与电化学储能性能的关系,为发展高性能多功能、多组分集成的介孔复合材料奠定一定的基础。
结项摘要
非聚醚类两亲性嵌段共聚物作为一类极具应用价值和推广价值的表面活性剂已经广泛应用于多种复杂结构、组分及功能调控的介孔材料合成体系。通过设计具有不同分子嵌段、分子量的嵌段共聚物,可以实现介孔碳-金属氧化物复合材料的孔径调控与结构优化。嵌段分子能够在高温下转化为无定形sp2杂化碳,极大地提升了介孔材料孔道的稳定性和有序度。本项目紧密围绕非聚醚类两亲性高分子模板剂的设计合成展开研究,系统开发了一系列具有高比表面积、高化学活性的介孔金属氧化物材料及其复合材料的合成的新策略和方法。结合凝胶-溶胶界面组装化学及sp2-杂化碳支撑晶化策略,精准设计合成了一系列具有催化、传感反应活性的功能纳米材料,深入揭示和阐明了界面组装作用机制和表/界面催化作用机理。相关研究成果发表于Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等材料化学顶级期刊,共计40篇SCI论文,同时申请了4件中国发明专利,授权2件,该项目研究成果推动了介孔功能材料及相关学科的发展,为新型介孔材料的开发奠定了理论基础。
项目成果
期刊论文数量(36)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
A Magnetic-Field Guided Interface Coassembly Approach to Magnetic Mesoporous Silica Nanochains for Osteoclast-Targeted Inhibition and Heterogeneous Nanocatalysis
磁性介孔二氧化硅纳米链的磁场引导界面共组装方法,用于破骨细胞靶向抑制和多相纳米催化
- DOI:10.1002/adma.201707515
- 发表时间:2018
- 期刊:Advanced Materials
- 影响因子:29.4
- 作者:Wan Li;Song Hongyuan;Chen Xiao;Zhang Yu;Yue Qin;Pan Panpan;Su Jiacan;Elzatahry Ahmed A.;Deng Yonghui
- 通讯作者:Deng Yonghui
Amphiphilic block copolymers directed synthesis of mesoporous nickel-based oxides with bimodal mesopores and nanocrystal-assembled walls
两亲性嵌段共聚物直接合成具有双峰介孔和纳米晶体组装壁的介孔镍基氧化物
- DOI:10.1016/j.cclet.2019.01.019
- 发表时间:2019-12
- 期刊:Chinese Chemical Letters
- 影响因子:9.1
- 作者:Yuan Ren;Xuanyu Yang;Xinran Zhou;Wei Luo;Yi Zhang;Xiaowei Cheng;Yonghui Deng
- 通讯作者:Yonghui Deng
Self-Template Synthesis of Mesoporous Metal Oxide Spheres with Metal-Mediated Inner Architectures and Superior Sensing Performance
具有金属介导内部结构和卓越传感性能的介孔金属氧化物球的自模板合成
- DOI:10.1002/adfm.201806144
- 发表时间:2018
- 期刊:Advanced Functional Materials
- 影响因子:19
- 作者:Wang Gen;Qin Jing;Zhou Xinran;Deng Yonghui;Wang Huanting;Zhao Yongxi;Wei Jing
- 通讯作者:Wei Jing
High performance lithium-sulfur batteries by facilely coating a conductive carbon nanotube or graphene layer
通过轻松涂覆导电碳纳米管或石墨烯层来制备高性能锂硫电池
- DOI:10.1016/j.cclet.2018.08.013
- 发表时间:2018
- 期刊:Chinese Chemical Letters
- 影响因子:9.1
- 作者:Yang Y.;Chen C.;Hu J.;Deng Y.;Zhang Y.;Yang D.
- 通讯作者:Yang D.
A vesicle-aggregation-assembly approach to highly ordered mesoporous γ-alumina microspheres with shifted double-diamond networks.
具有移位双金刚石网络的高度有序介孔γ-氧化铝微球的囊泡聚集组装方法
- DOI:10.1039/c8sc02967a
- 发表时间:2018-10-21
- 期刊:Chemical science
- 影响因子:8.4
- 作者:Liu Y;Teng W;Chen G;Zhao Z;Zhang W;Kong B;Hozzein WN;Al-Khalaf AA;Deng Y;Zhao D
- 通讯作者:Zhao D
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- 通讯作者:蒋涛
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