功能化有序介孔碳材料的方法研究
实验研究功能化有序介孔碳材料的方法研究
程红丹，任少云，张成丽
(河南大学环境与规划学院，河南开封475004)
摘要：有序介孔碳材料（OMC)具有的孔径均一、孔隙排列高度有序、比表面积大和高的化学稳定性等性质，在电化学、环境修复和催化
等领域有广阔的应用前景。本文综述了OMC的具体改性方法，在文献的基础上讨论了OMC的应用，并对后续的研究进行了展望。
关键词：OMC;改性；表面氧化法；接枝法；浸渍法
中图分类号：X13文献标识码：A文章编号：2095-672X(2017)05-0143-02
D〇I:10.16647/https://www.wendangku.net/doc/097670186.html,15-1369/X.2017.05.091
Research on the methods o f functionalized ordered mesoporous carbon
Cheng Hongdan,Ren Shaoyun,Zhang Chengli
(College of E nvironment and Planning, He'nan University, Kaifeng He'nan 475004, China)
Abstract:Ordered mesoporous carbon material(OMC)has extensive application prospect in electrochemical,environmental remediation,catalysis and other aspects,because of their uniform pore size,high orderly arrangement of pores,large chemical surface stability and high chemical stability.The specific modification method of OMC was summarized.Based on the papers,the application of OMC was discussed and the future research was also point out.
Key words:OMC;Functionalized;Surface oxidation;Grafting;Dip-molding
有序介孔碳材料（OMC)具有有序的孔道、大的比表面积和孔容、高导电性，优化合成条件可以得到高稳定性、应用性很强的材料[1]，在吸附、电催化、储能系统、环境修复等应用领域均具有巨大的研究价值。对于某些更具针对性或高效性的应用需求来说，仅靠OMC的结构优势 还达不到预期的应用效果。因此，需通过对OMC进行功能化，将一些 含氧基团或有机官能团、金属、金属化合物等引入到〇“〇中[2-3]，使 其获得新的活性位点，提高OMC在某一方面的性能，从而进一步扩展 材料的应用效果及范围[4]。
本文主要介绍对OMC的功能化方法包括直接合成法和后修饰法。并在文献的进程上讨论OMC的改性各方面的应用，并对OMC的发展 中遇到的问题进行了展望。
1直接合成法
直接合成法是功能化方法中一种较简捷的方法，是指在用模板法制 备OMC时，直接将一种或多种特定的杂原子和碳源同时灌注到模板孔 道中，一步合成功能化的有序介孔碳气
在用软模板合成法中，将含有特定杂原子的前驱体与表面活性剂和 碳源共组装，制备出掺杂了目标原子的有序介孔碳材料，将这种方法称 作多元共组装法。多元共组装法不仅可以提高材料的稳定性，而且杂原 子与表面活性剂等溶液混合，在模板剂的孔道中分布均匀，这种方法也 不会造成孔道堵塞的问题。用多元共组装法功能化介孔碳具有代表性的 有硅杂化有序介孔碳、氮杂化有序介孔碳碳、氟杂化有序介孔碳。W an 等[6]以氟化苯酚、甲醛作为前驱体，以聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物（聚醚）为表面活性剂，经过溶剂挥发自组装（EISA)过程，通过调节目标 原子的前躯体和表面活性剂的比例，制备出氟化的介孔碳材料，经过氟 化的介孔碳材料，在电化学领域其电子传递速率明显高于改性前的介孔 碳材料[5]。
在硬模板合成法中，将碳源前躯体与掺杂了特定原子，如含有氮、磷、硫、氟等原子的溶液填充到模板的孔道中，然后经过高温碳化，再用HF或Na〇H溶液去除模板，就得到了掺杂特定原子的OMC,这种 方法称作浇铸法。由于OMC的化学稳定性高，掺杂在OMC中的原子 与材料自身间的相互吸引力很弱。因此，用浇铸法制得的OMC其孔道 中杂原子的分布不均。但这种改性方法的优势在于将制备与改性合为一 体，缩短了整个制备周期。人用S BA-15作为模板、C4H4S为碳源，直接一步制得硫掺杂的OMC，结果表明，该法制得的材料对Hg2+有很强 的吸附能力[7]。
2后修饰法
后修饰法是将OMC的制备和改性分为两步，第一步，选择适当的 方法（模板法、催化活化法）合成空白的有序介孔碳材料；第二步，通 过表面氧化法、后接枝法、浸渍法中的一种或多种方法对有序介孔碳材 料进行功能化达到预期的改性效果。
2.1表面氧化法
表面氧化法主要利用HN〇3、H2〇2、NaCl〇和酸性的（NH4) S2〇s(APS)等氧化性试剂，在20?150t比较温和的条件下反映，该法是 最易操作且常用的方法。经过表面氧化的材料主要具有以下两大优势：(1)碳材料表面的含氧官能团种类和含量，包括羟基、羰基、羧基等 基团增多；（2)碳材料的化学活性和极性有很大改善。
Zhao等[8]研究了在一系列不同的表面氧化反映条件下，〇M C的表面含氧官能团的变化及不同的表面氧化法对〇MC本身的孔道结构、孔径尺寸大小的影响。研究者在对〇M C功能化时很少单独使用表面氧 化法，功能化过程往往还需要引入其他的官能团，这就需要结合下面的 改性方法得到最终的功能化〇MC〇Bazula等[9]通过不同浓度的硝酸改 性CMK - 5表面，研究发现，低浓度的硝酸处理可增加碳骨架表面含 氧官能团，经修饰后的介孔炭进一步通过酯化反映可将有机基团嫁接到 表面[10]。
2.2后接枝法
后接枝法是利用一定的有机化学反映，将有机官能团（如巯基、偶氮基、胺基等）添加到〇MC表面的一种改性方法，也称其为嫁接法。在〇MC表面增加有机基团相当于添加了新的活性位点，可大大提高 〇M C的性能，特别是在吸附领域应用研究广泛。
八〇恤等[11]用不同尺寸的MCM-48为模板，蔗糖做碳前驱体合成 〇MC,然后用苯胺作为氨基来源，利用嫁接法使材料负载上氨基，得到 的氨基〇MC。用此材料来吸附甲酚、苯酚、间苯二酚等有机污染物，发现用苯胺改性的〇M C的吸附量大大提高。He等[12]通过在〇MC表面嫁接辛基，改性后的材料对苯酚的吸附量增加了100&〇〇咐。〇此等[13]在有序介孔碳CMK-3上负载聚甲基丙烯酸甲酯，把得到的有序介孔
碳用于吸附维生素B12,结果发现，功能化的〇MC对维生素B12的吸附量高
HUANJINGYUFAZHAN 143<