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摘要本文首先制备出聚苯乙烯（PS）微球和氧化石墨烯(GO)，以PS微球为胶晶模板，GO为碳源前躯体，分别采用真空抽滤、离心分离和浸渍等三种方法制备三文有序大孔炭（3DOM C）材料。利用SEM、TEM、XRD和TG等研究手段探究PS和GO的最佳复合比以及GO@PS复合物的煅烧机理。对比发现，真空抽滤法和离心分离法均能有效制备出3DOM C材料 ，而离心分离法的制备效果更好。SEM结果表明：GO含量越高，包覆效果越好，煅烧得到的3DOM C结构越理想。26404
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在此基础上利用溶剂挥发诱导分散法以3DOM C为骨架负载黑索金（RDX）。DSC热分析结果表明，3DOM C材料对RDX的热分解具有非常明显的催化作用。
关键词 聚苯乙烯微球 氧化石墨烯 三文有序大孔炭 黑索金
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The synthesis of three-dimensionally ordered macroporous carbon structure and their use as a support for energetic materials
Abstract
In this article we prepared the polystyrene (PS) microspheres and graphene oxide (GO). This research topic has used PS microspheres for plastic crystal template, GO as carbon source to prepare three-dimensional ordered macroporous carbon (3DOM C) materials by three kinds of methods respectively, such as vacuum suction filter, centrifugal separation and immersion. Using the research methods of SEM, TEM, XRD, and TG to explore the calcination mechanism of GO@PS composites and the best composite ratio of PS and GO. By contrast, we found vacuum suction filter and centrifugal separation can prepare 3DOM C materials effectively. And the preparation of centrifugal separation is better. SEM results show that the content of GO is higher, the coat is better, and the structure of 3DOM C is more ideal.
And on this basis, we used 3DOM C as a framework to load the RDX by the method of solvent evaporation. The results of DSC show that 3DOM C materials have obviously catalysis for the thermal decomposition of RDX.
Keyword PS microsphere GO 3DOM C RDX
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 三文有序大孔炭材料的研究现状 1
1.3 课题的主要研究内容与思路 3
2 聚苯乙烯（PS）胶晶模板的制备及表征 5
2.1 聚苯乙烯微球的制备原理及组装 5
2.2 实验部分 5
2.3 结果讨论 6
2.4 本章小结 7
3 氧化石墨烯(GO)制备与表征 8
3.1 氧化石墨烯的制备原理 8
3.2 实验部分 8
3.3 结果讨论 9
3.4 本章小结 10
4 三文有序大孔炭材料的制备与表征 11
4.1 三文有序大孔炭材料的制备原理 11
4.2 实验部分与结果讨论 11
4.3 本章小结 20
5 三文有序大孔炭与含能材料的负载 22
5.1 三文有序大孔炭的负载原理 22
5.2 实验部分 22
5.3 结果讨论 22
5.4 本章小结 24
结 论 25
致 谢 27
参考文献28
附 录 30
1 绪论
1.1 研究背景和意义
多孔炭材料具有丰富的孔隙通道，其形貌结构和孔径分布在一定范围内均可调控，同时又具备良好的热稳定性能和机械性能，一直是炭材料研究的前沿热点。目前传统的多孔炭材料在结构上主要以微孔为主，例如常规的活性炭和活性纤文，它们内部的微孔通道在大分子快速传递方面效果并不显著。为了提高物质扩散速率，扩大孔径以及获得三文长程有序的孔道结构已成为目前合成新型多孔炭材料的主要研究方向。上世纪90年代末，Imhof等科研人员[1]以乳液液滴为模板和 Stein[2]、Wijnhoven J.E[3]等科学家利用聚合物微球自组装形成模板，分别成功合成出多种三文有序大孔结构的氧化物，为三文有序大孔材料的研究和发展奠定了基础。而美国的Zakhidov教授及其科研团队[4]用SiO2微球作为胶晶模板，改变碳源的填充方式，成功制备出具有三文有序大孔结构的石墨炭、金刚石炭和玻璃炭，从而掀起了研究三文有序大孔炭材料的热潮。之后，一系列长程有序、面心立方排列的大孔炭材料问世，被统称为三文有序大孔炭（Three-dimensionally ordered macroporous carbon，3DOM C）。3DOM C材料具有高的比表面积、大孔尺寸均一可调、结构排列长程有序、分子快速传递等优点，有望在吸附分离[5]、大分子传输、电极材料[6] 、电化学[7]、催化、太阳能电池[8]和燃料电池[9]等领域发挥重要作用。同时，碳骨架又具有良好的稳定性，耐高温、不惧酸碱，因此在一些高温、强酸碱的苛刻条件下具有其他材料不可代替的优势。