中文摘要：

本项目以嵌段共聚物聚苯乙烯－聚对氯苯乙烯（PS-b-PClSt）前驱体经热诱导本体自组装合成有序纳米炭。其中，PS充当模板，PClSt直接热解成炭，无需另加模板与炭源，具有独创性。项目拟控制PS-b-PClSt的分子量、链段组成及自组装温度，实现有序纳米炭在层状、球状和柱状等微相形态之间的转变，并阐明其孔结构控制机理。然后，依据自洽场理论，绘制PS-b-PClSt的热力学相图，为其构筑有序纳米炭提供理论指导。在此基础上，开展有序纳米炭在超级电容器等储能器件中的应用研究。通过阐明其骨架微孔、有序中孔和微晶结构在电荷储存、释放过程中的作用机制及协同效应规律，建构其纳米结构－电化学性能关系。本项目提出可成炭嵌段共聚物模板、并开创热诱导本体自组装合成有序纳米炭的新方法。对比溶液自组装，具有免溶剂，节能环保，容易规模化等优势，将有力推动有序炭在储能领域的应用，具有开拓性学术意义和重要的实用价值。

结论摘要：

项目以聚苯乙烯等为碳源，设计合成含可成炭组分的嵌段共聚物，通过热诱导本体自组装制备有序纳米孔炭前驱体，实现了前驱体纳米结构在成炭过程中的可继承性，并进一步开展了此类新型纳米炭在储能器件中的应用研究，提出了一种免溶剂、易于规模化生产的制备储能用有序纳米孔炭材料新方法，具有重要的科学和实用价值。主要工作如下 1、开展了有序纳米孔炭前驱体PCMS-b-PS、PMMA-b-PS、PAN-b-PMMA和PTEPM-b-PS等嵌段共聚物的设计合成，考察了反应时间、单体/引发剂比等制备工艺对分子量、链段组成和单分散系数等分子结构的影响，实现了系列嵌段共聚物的可控合成。但CMS自聚倾向较大，这使PCMS-b-PS的合成可控性较差。 2、通过热诱导自组装方法，实现了PTEPM-b-PS、PMMA-b-PS和PAN-b-PMMA系列嵌段共聚物的微相分离，成功得到具有柱状、层状和球状等预定纳米形貌的有序纳米孔前驱体，并着重研究了嵌段共聚物的组成及自组装条件对前驱体纳米形貌的影响，阐明了有序孔前驱体微纳形貌调控规律。发现PCMS和PS的玻璃化温度都较高，不利于大块状样品的有序组装，而PTEPM-b-PS是比其它共聚物更适合于进行热诱导自组装制备有序结构炭的前驱体。 3、创新原位自凝胶化和超交联反应技术，实现了PTEPM-b-PS有序孔前驱体在成炭过程中的纳米结构继承，成功制得有序纳米孔炭材料，并研究了链段组成、超交联工艺等对所得炭材料孔结构的影响，阐明了有序孔炭材料纳米结构对嵌段共聚物分子量及组成的依赖性。 4、考察了PTEPM-b-PS有序孔炭材料的电化学性能，证明有序孔炭材料具有更好的离子传输性能和更高的有效电化学活性表面。例如，在不同电流密度下，有序孔炭材料的比电容和电容保持率均明显高于活性炭YP-50，在0.5 A/g电流下，比电容仍高达151 F/g，显示出优异的大电流充放电能力。 5、发展了聚乙二醇诱导、反应性模板诱导和交联反应诱导等自组装法，分别制备了具有优异电化学性能的二维六方和体心立方有序中孔炭以及高微孔炭材料和炭纳米球，丰富了纳米孔炭材料的制备科学。 6、以这些炭为模型，开展中孔形貌、中孔构造、炭骨架结构以及中/大孔网络结构与离子传输能力等关系研究，证实了笔直有序孔优于弯曲孔，三维连通有序孔优于不连通孔；中/大孔网络和中空腔可提供离子输运通道并有效缩短离了输运距离等。