随着不可再生能源消耗量的增加和水污染问题的不断加剧,可再生清洁能源及油水分离材料越来越受到人们关注。在诸多的可再生材料中,纤维素是自然界最丰富的资源之一,以纤维素为原料所制备的纤维素碳气凝胶是一种良好的疏水亲油性材料,此外纤维素碳气凝胶具有比表面积大、孔隙率高、密度低、和导电性能优异等特点,从而引起诸多学者广泛关注,对于解决能源不足和油水混合问题具有潜在应用前景。关于纤维素碳气凝胶基材料的制备和影响其形貌及其在单一应用上的研究较多,而对于纤维素碳气凝胶在油水分离和电催化水分解析氢等多方面应用的研究还较鲜见。因此,本研究以杨木中提取的纤维素为原料,通过冷冻干燥等工艺制备出纤维素气凝胶,探讨了纤维素添加量对纤维素气凝胶形貌和结构的影响;在此基础上,通过炭化工艺制备出纤维素碳气凝胶,探讨炭化温度对纤维素碳气凝胶形貌、结构和油水分离性能的影响;此外,通过水热法掺杂锰金属粒子,制备出锰掺杂纤维素碳气凝胶,考察锰金属掺杂量对锰掺杂纤维素碳气凝胶形貌、结构及电催化水分解析氢性能的影响,主要的研究内容及结果如下:(1)纤维素气凝胶的制备与表征:通过研究纤维素添加量对制备纤维素气凝胶形貌和结构的影响,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、全自动比表面积和孔隙度分析仪、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪分别进行了表征。结果表明,随着纤维素浓度的增加,所制备纤维素气凝胶的表面形貌变得更加紧密,当纤维素浓度增加到1 wt%时,出现纤维堆积的现象。当纤维素浓度为0.8 wt%时,纤维素气凝胶比表面积最大,为665.48 m2/g,纤维直径尺寸主要集中在0.35-7 nm之间。且随着纤维素浓度的增加,纤维素气凝胶的总孔体积和平均孔径逐渐降低。该结果可为后续制备纤维素碳气凝胶材料奠定一定的理论基础。(2)纤维素碳气凝胶的制备与表征:通过对纤维素气凝胶进行炭化处理,制备出纤维素碳气凝胶,探讨炭化温度对纤维素碳气凝胶的形貌和油水分离性能的影响,并对纤维素碳气凝胶进行形貌、结构、比表面积及孔隙度、水和油接触角和油水分离性能的检测。结果表明,随着炭化温度的增加,纤维素碳气凝胶的表面形貌发生变化的程度增大,出现了褶皱现象,该形貌有利于油水分离,但温度过高,会造成形貌破坏。炭化温度为900℃时,比表面积最大,可达238.21 m2/g,且可吸收油量最多,为自重的30倍。纤维素碳气凝胶的水接触角均在130°以上,且纤维素碳气凝胶可重复分离油水混合物,表明其具备疏水的特性及可重复使用的性能。该研究结果为纤维素碳气凝胶在油水分离方面的应用提供一定的技术支撑。(3)锰掺杂纤维素碳气凝胶的制备与表征:通过将锰金属掺杂纤维素碳气凝胶中,研究其在电催化水分解析氢上的应用。探讨了锰金属掺杂量对锰掺杂纤维素碳气凝胶的形貌、结构、比表面积和孔径分布及电催化水分解析氢性能的影响。结果表明,当锰金属掺杂量为7 wt%时,锰掺杂纤维素碳气凝胶的比表面积较大,可达15.08 m2/g。电催化水分解析氢测试表明,锰掺杂量为7 wt%时,电催化水分解析氢效果最佳。在50 mA/cm2的电流密度下有着115 mV的过电势,经过10 h的计时电位测试,压降仅为10%。这为制备锰掺杂纤维素碳气凝胶及其应用在电催化水分解析氢方面提供了一定的理论依据。综上结果表明,制备的纤维素气凝胶具有较好的形貌结构和比表面积及孔隙率。将纤维素气凝胶经炭化处理得到的纤维素碳气凝胶具有亲油疏水的特性,可将其应用在油水分离领域。将纤维素碳气凝胶与锰金属掺杂制备出锰掺杂纤维素碳气凝胶具有电催化水分解析氢性能,拓展其在电化学领域的应用。研究结果为制备纤维素碳气凝胶及纤维素碳气凝胶复合材料提供理论基础,并对于拓展纤维素碳气凝胶基复合材料的广泛应用领域具有一定的意义。