纤维素催化水热炭化生成炭球的机理与结构控制

以自然界中储量最大的天然高分子化合物纤维素为原料，采用环境友好的催化水热炭化方法，制备新型炭材料- - 炭球；筛选确定适宜的催化剂种类和加入量；分析催化水热条件下的纤维素分子水解机理；阐明纤维素水热炭化生成炭球的反应历程；分析实验条件对炭球形貌、尺寸大小与分布、表面规整度的影响规律，建立纤维素基炭球形貌、官能团结构的控制制备实验基础；探索炭球的应用途径。为纤维素资源的高效综合利用制备高性能炭材料提供理论和技术支撑。

以纤维素及其衍生物为原料，采用催化水热炭化方法，制备新型炭材料- - 炭球；筛选确定了适宜的催化剂种类和加入量；分析了催化水热条件下的纤维素分子水解机理；阐明了纤维素水热炭化生成炭球的反应历程；分析了实验条件对炭球形貌、尺寸大小与分布、表面规整度的影响规律，建立了纤维素基炭球形貌、官能团结构的控制制备实验基础；探索了炭球的应用途径。为纤维素资源的高效综合利用制备高性能炭材料提供了理论和技术支撑。.研究了柠檬酸为催化剂条件下纤维素的水热炭化行为，表明炭微球的形成经过了纤维素的水解、脱水、聚合和芳构化四个过程；研究了丙烯酸对纤维素水热炭化的影响作用机理，考察了在反应温度、反应时间和丙烯酸的浓度对炭微球的形貌、粒径和分散度的影响；分析了硫酸为催化剂条件下纤维素的水热炭化行为；采用软模板/水热法，以羧甲基纤维素为原料，合成出了表面形貌可调的有序介孔结构炭微球，解释了软模板存在情况下炭的结构生成机理和调控规律。软模板F127能够自组装形成球形小囊泡，随后能够进一步与CMC及其水热中间产物通过聚合和环加成作用反应，粒径进而增长。当添加的F127量由0.5 g增加到1.0 g时，形成炭微球的形貌分别为类-核桃形，类-莓形及类-球形。高温炭化后，炭骨架中的F127降解，形成大量介孔结构。介孔的百分比和形貌可以通过F127的添加量控制得到。.以戊聚糖为原料，水热炭化合成表面富含含氧官能团的炭微球；以软模板/水热法合成有序介孔结构可调的类笼形炭微球，系统探讨研究了反应时间对有序介孔结构形成及结构性质的影响；前驱体与F127的自组装反应能够形成介孔结构，根据反应时间不同，形成的空间群和空的方向不同，依次形成棒状，球状的中间液晶相胶束，致使最终的介孔结构由类-条纹六边形结构变为六边形和立方体的混合体，变为纯立方体孔结构。.以羧甲基纤维素为原料，水热法制备了形貌可控的炭微球。以纸浆精制副产物提取的半纤维素衍生物为原料，采用水热法制备水溶性的荧光碳量子点。以落叶松木粉为原料，采用一步水热炭化法在不同反应温度下制备水溶性炭纳米点（CNDt）。以羧甲基纤维素和乙酸镍通过水热法-高温炭化法制备出具有高吸附性能和磁性的镍掺杂介孔碳微球CSs。以羧甲基纤维素为原料，尿素为氮源，一步水热炭化制备导电性固体水热碳和水溶性纳米碳点CNDs。制备的纳米粒子CNDs为球形粒子，具有完美的荧光性质，激发-发射独立性