基于冰模板导向的有序多级孔取向石墨烯基骨架材料的设计及可控制备

本项目采用简单的低温冷冻浇筑技术开展有序多级孔取向石墨烯基骨架结构材料方面的研究，探索冰模板隔离诱导石墨烯自组装过程的一般原理和规律；调节冰晶体界面生长动力学行为、冷冻过程参数，以及前躯体物质的性质等因素实现对多孔取向石墨烯骨架形貌和孔道结构地有效调制。系统地研究试验参数对合成出来的多孔取向石墨烯基骨架材料的形貌、孔道大小及取向，以及其基本性能指标的影响，并揭示其变化规律；这对阐明有序多级孔取向石墨烯骨架结构的形成过程及机制有重要的现实意义；有望提高其固有的性能指标并赋予其新的功能特性，最终为实现其在能源催化、吸附与分离、药物的输运和可控释放、生物组织工程，以及作为定向可控生长模板等方面提供理论基础和科学依据。

我们课题组在过去的三年时间里基本按照项目的研究内容开展了实验工作，各项研究工作进展还比较顺利，基本上完成了项目的各项技术指标和要求。我们在以下几个方面开展了研究工作并取得了一些进展：.1）我们采用混合溶剂热法合成了钴基配位聚合物(Co-MOF，{[Co3(abtc)3(bpy)1.5(H2O)3]•(H2O)2}n)，测得其单晶结构，该结构是由双分子层结构通过弱作用力形成的三重锁套超分子结构。将Co-MOF作为模板通过热分解过程合成了多孔碳基四氧化三钴复合材料，并对其进行了形貌和结构表征，探讨了可能的形成机理，还研究了碳包覆的四氧化三钴材料作为超级电容器电极材料的储能行为。电化学测试结果表明，在1 A g−1电流密度下的比容量为150F g−1，循环3400次后其比容量仍然保持不变。.2）我们课题组采用温和的溶剂热反应，在聚乙烯吡咯烷酮作用下，通过对称的Ostwald熟化成功制备了一系列匀质核壳结构三维球状的钨酸铋。另外，通过简单的光助沉积还原法制备了钨酸铋与贵金属复合的光催化剂。制备的钨酸铋基光催化剂在可见光条件下可以有效的降解模拟污染物罗丹明（RhB）。研究结果表明：适宜的pH值和合适质量的聚乙烯吡咯烷酮是制备匀质核壳结构三维球状的钨酸铋的两个关键要素。相关研究即将投到国际知名杂志：RSC Advances, 2013, 3, 6631-6639 。.3) 我们采用简单的陈化反应及后续的热处理过程合成了FeMnO3空心球/石墨烯的复合材料。研究结果表明，制备的FeMnO3样品从空心球变到固体棒状聚合物，同时随着煅烧温度的增加，结晶度也显著提高。此外，合成的FeMO3/RGO应用于超级电容器电极，表现出显著提高的比容量：189F/g和良好的循环稳定性。这可能是由于RGO的高电导率和空心球结构的协同作用引起。特别的是：这种合成方法是温和的、可控的和可重复性。这为合成其它具有可控形貌和表面结构的铁酸盐复合物提供了有利的合成渠道。相关的研究结果发表在国际能源的著名期刊：J. Power. Sources, 2014, 248, 465-473. 此外，还制备超声辅助震动技术制备了Co3O4和多壁碳纳米管复合材料。