近日,遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院遼寧省“能源材料與電化學(xué)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安百鋼教授團(tuán)隊(duì)的研究成果“Large-scale synthesis of 3D ordered microporous carbon at low temperature using cobalt ions exchanged zeolite Y as a template” 作為當(dāng)期封面論文在《New Carbon Materials》(中英文)在線(xiàn)發(fā)表。趙宏偉博士為論文第一作者,安百鋼教授為通訊作者,李莉香教授為共同通訊作者。該項(xiàng)目研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省特聘教授項(xiàng)目、遼寧省博士科研啟動(dòng)基金、遼寧科技大學(xué)人才項(xiàng)目以及遼寧省能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
沸石模板碳(ZTCs)由于具有獨(dú)特的三維有序微孔結(jié)構(gòu)和高的表面積,使其在吸附和能量存儲(chǔ)等方面表現(xiàn)出諸多優(yōu)異的性能。然而,ZTCs的有效合成策略缺乏和大規(guī)模合成困難嚴(yán)重限制了其發(fā)展。本文通過(guò)使用鈷離子交換的Y型沸石分子篩作為模板,采用直接乙炔化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法,開(kāi)發(fā)出一種低溫CVD合成及宏量制備ZTCs的簡(jiǎn)單工藝路線(xiàn)。沸石中的鈷離子作為L(zhǎng)ewis酸位點(diǎn),通過(guò)d-π配位效應(yīng)催化乙炔在400 ℃低溫?zé)峤?,使碳沉積選擇性地發(fā)生在沸石內(nèi)部。通過(guò)對(duì)CVD溫度和時(shí)間的優(yōu)化,ZTC(Co)-400-8h具有優(yōu)異的三維有序微孔結(jié)構(gòu)、高比表面積(3000 m
2 g
-1)、大的孔體積(1.33 cm
3 g
-1)(如圖1),CO2吸附容量和選擇性分別為2.78 mmol g
-1(25℃,100 kPa)和98(如圖2)。簡(jiǎn)單的合成條件可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量ZTCs的宏量制備,使用10.0g/批次沸石模板制備的ZTC(Co)-400-8h(L)的比表面和孔體積可達(dá)到2700 m2 g
-1和1.27 cm3 g
-1(如圖3)。

圖1. 樣品的碳含量、有序微孔結(jié)構(gòu)、比表面積和孔徑分布圖

圖2. 樣品的CO2吸附性能測(cè)試

圖3. 三維有序微孔碳的宏量制備及有序微孔結(jié)構(gòu)表征
(供稿:趙宏偉;審核:張涵)