中國粉體網(wǎng)訊 近年來，納米多孔碳材料作為吸附劑、催化劑載體、電儲能材料等成為研究熱點(diǎn)之一。特別是定制尺寸、均勻孔徑的納米碳的合成將多孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化到理想性能而備受關(guān)注。制備納米多孔碳材料的有效方法之一是使用多孔模板，例如利用具有均一有序微孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的沸石分子篩來制備沸石模板碳（ZTC）。
ZTC是一種將沸石作為犧牲模板合成的有序微孔碳材料，具有高比表面積（2000～4000m2/g）和大微孔體積（1.0～1.8cm3/g）的特點(diǎn)，還具有良好的化學(xué)改性適應(yīng)性，是一種理想的鈉離子電池負(fù)極材料。
與孔隙網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)的活性炭材料不同，由于其制備過程中將沸石作為模板犧牲，因此通過使用合適的沸石模板，制備出的ZTC材料往往具有均勻的微孔尺寸、發(fā)達(dá)的微孔和有序的孔結(jié)構(gòu)。
十六種類型的沸石用作制備納米碳材料的模板
碳引入沸石納米通道制備ZTC的方法大致有3種：浸漬碳化法、化學(xué)氣相沉積法以及將二者結(jié)合的兩步法。
浸漬碳化法將有機(jī)單體直接引入沸石通道中，經(jīng)聚合形成聚合物/沸石復(fù)合材料。沸石催化可以將大多數(shù)有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為聚合物之后再轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)物質(zhì)。這種方法可以使用多種單體，包括不易聚合的有機(jī)物單體。但聚合步驟繁瑣、實(shí)驗(yàn)耗時過長。
化學(xué)氣相沉積法（CVD）向沸石中引入足夠多的碳以獲得ZTC。碳沉積使沸石孔入口的尺寸變小，應(yīng)選擇小分子的CVD碳源氣體，如乙烯、丙烯和丁烯等。每一種CVD碳源氣體都有其熱分解的溫度，高于氣體熱分解溫度時，即使沒有催化劑，也會使其在氣相中轉(zhuǎn)化為碳。此情況下，碳不僅沉積在分子篩顆粒內(nèi)部，同時還沉積在分子篩顆粒的外部，外部的沉積不利于CVD碳源氣體進(jìn)入沸石納米通道的內(nèi)部，影響其內(nèi)部連續(xù)碳骨架的形成，不利于分子篩有序結(jié)構(gòu)的保持。因此，CVD溫度要低于分解溫度才能避免此類情況的發(fā)生。但低溫下，分子篩納米通道內(nèi)生成的多環(huán)芳香族化合物之間不能形成牢固的連接，只有高于分解溫度時，多環(huán)芳香族化合物才可凝聚形成連續(xù)的碳骨架，即使在分子篩被刻蝕后仍能保持分子篩內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)。所以，需要在低于分解溫度時先進(jìn)行CVD，之后在惰性氣體氣氛中進(jìn)一步高溫?zé)崽幚韥碇苽淅硐氲挠行蚩捉Y(jié)構(gòu)ZTC。對于大規(guī)模生產(chǎn)，CVD方法簡單高效。
2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”。我們有幸邀請到華北電力大學(xué)的潘偉平教授為我們帶來題為《多孔官能化沸石模板碳結(jié)構(gòu)調(diào)控及大規(guī)模制備》的報(bào)告。
在本報(bào)告中，潘教授以不同類型的沸石為模板制備不同孔道結(jié)構(gòu)的ZTC樣品，以優(yōu)化Na+在負(fù)極的插排特性；其次，采用化學(xué)氣相共沉積法在制備ZTC的過程中原位引入硫、氮等化學(xué)基團(tuán)，進(jìn)一步提升其儲存Na+的性能；最后，采用流化床反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)ZTC的規(guī)�；慨a(chǎn)，為產(chǎn)業(yè)化制備鈉離子電池奠定了基礎(chǔ)。
潘偉平，美國西肯塔基大學(xué)ICSET研究所創(chuàng)始人，華北電力大學(xué)（北京）特聘教授，曾任北美熱分析協(xié)會主席、院士成員，美國化學(xué)學(xué)會會員、美國燃燒協(xié)會會員、國際熱分析和量熱聯(lián)合會成員、美國肯塔基州科學(xué)學(xué)術(shù)委員會成員。曾獲肯塔基州千萬美元俱樂部獎及肯塔基州科學(xué)院最高獎項(xiàng)“著名的大學(xué)科學(xué)家”，全球熱分析ICTAC等獎項(xiàng)。
主要研究方向包括：先進(jìn)熱分析測試、痕量元素(汞、砷、鉛、鎘和鉻等)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及控制技術(shù)、新材料研發(fā)和可再生能源利用基礎(chǔ)研究。
參考資料：
1、李巖松等，《Y型沸石為模板化學(xué)氣相沉積法制備模板碳的研究》
2、周錫山，《沸石模板碳吸附揮發(fā)性有機(jī)物特性及機(jī)理研究》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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