基于聚合物刷的纳米网络结构聚苯乙烯及其炭材料的可控制备与性能研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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基于聚合物刷的纳米网络结构聚苯乙烯及其炭材料的可控制备与性能研究

项目名称：基于聚合物刷的纳米网络结构聚苯乙烯及其炭材料的可控制备与性能研究
项目类别：面上项目
批准号：51173213
申请代码：E030906
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：吴丁财
依托单位：中山大学
批准年度：2011

中文摘要：

本项目拟通过原子转移自由基聚合（ATRP）合成球状和柱状聚苯乙烯均聚物/嵌段共聚物刷作为构筑单元，然后利用羰基交联法进行聚苯乙烯分子链的单元内和单元间交联，在分子水平上精确设计制备具有（1）实心纳米球、（2）空心纳米球、（3）纳米线、和（4）纳米管等新颖网络单元的纳米网络结构聚苯乙烯及其炭材料。项目拟研究构筑单元的分子结构，主要包括分子量和分子链密度，在聚苯乙烯单元内和单元间羰基交联形成纳米网络结构的作用机制，阐明聚苯乙烯纳米网络结构的设计与调控理论。紧接着，揭示炭化过程中纳米网络结构的稳定性对构筑单元分子结构的依赖规律。在实现可控制备的基础上，弄清这些新材料的吸附缓释、电化学等性能，并与其独特的纳米网络结构（主要是中孔腔、微孔壳和中/大孔网络通道）相关联。本项目基于聚合物刷的全新应用，将有力地促进纳米结构聚合物和炭材料的制备科学进步，具有重要的理论意义和应用价值。

中文主题词：纳米网络结构；多孔聚合物和炭材料；孔结构；吸附性能；电化学性能

英文摘要：

Nanonetwork structure；Porous polymer and carbon materials；Pore structure；Adsorption performances；Electrochemical properties

英文主题词： Nanonetwork structure；Porous polymer and carbon materials；Pore structure；Adsorption performances；Electrochemical properties

结论摘要：

纳米网络结构聚合物和炭材料是一类重要的新型多孔材料，具有独特的、三维连通的层次化纳米网络孔道结构，在能源、吸附、分离、催化和医药等领域具有潜在的应用优势。有鉴于结构创新是材料性能和应用能否取得突破的关键所在，本项目致力于纳米网络结构聚苯乙烯及其炭材料（NNS-PS和NNS-C）的结构创新设计、可控合成及其构效关系研究。我们设计合成了一系列新型的球状和柱状聚苯乙烯均聚物/嵌段共聚物刷作为构筑单元，然后利用构筑单元的单元内和单元间交联，在分子水平上精确设计制备具有实心纳米球、空心纳米球、纳米线和纳米管等网络单元的NNS-PS和NNS-C。我们系统研究了构筑单元的种类和理化结构（主要包括分子量、分子链密度和纳米结构）及其交联反应工艺对NNS-PS的化学结构、三维纳米网络形貌和层次孔结构等方面的影响，从而揭示了NNS-PS的结构设计原理和调控规律。我们随后系统考察了NNS-PS的理化结构与炭化工艺（主要包括升温速率、炭化温度和炭化时间）对所得NNS-C的化学结构、纳米网络结构和类石墨微晶结构等方面的影响，由此阐明了NNS-C的炭化机制和可控制备规律。这些新型NNS-PS和NNS-C不仅具有可设计和易剪裁的精确纳米网络结构，而且具有发达的层次孔结构（例如，BET比表面积超过2000 m2 g-1）。紧接着，我们重点研究了这些NNS-PS和NNS-C的纳米结构在吸附分离和电化学充放电等过程的作用原理，从而优化了其吸附性能和电化学特性，为这些新材料用作气相吸附剂（CO2和有机蒸汽）、液相尺寸选择性吸附剂和超级电容器电极材料奠定了理论基础。与此同时，我们也发展了超高比表面积中空炭纳米球、环境响应型微孔聚合物纳米球、空心有序中孔聚合物纳米球等其它新型多孔聚合物和炭材料，并揭示其吸附、电化学和催化等性能。上述研究结果有力地促进了多孔聚合物和炭材料的制备科学进步，具有重要的理论意义和应用价值。在本项目资助下，已在Chem. Rev.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Energy Environ. Sci.等期刊发表SCI论文30篇（IF>1030%），在国内外会议上发表论文44篇，并获得授权专利3项。

成果综合统计