层状双氢氧化物(LDHs)也称为水滑石,它具有独特的纳米层状结构和优异稳定的物化性能。近年来在催化剂、吸附剂、聚合物纳米材料和无卤阻燃材料等领域应用广泛。本论文以其作为碳化催化剂对聚烯烃材料进行催化成碳研究,并测试这种成碳聚合物材料的阻燃性能及所得碳材料的微观结构、石墨化程度和应用性能。本论文通过微波水热晶化法首先合成一种NiAl-LDHs。利用X射线衍射(XRD)表征NiAl-LDHs的层状结构和相态。证实所合成NiAl-LDHs为典型的LDHs结构,且由Ni(OH)2和Al(OH)3相构成。利用模型碳化实验研究NiAl-LDHs对聚烯烃(聚丙烯(PP)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚乙二醇(PEG200)和聚乙烯醇(PVA))的催化成碳性能,发现NiAl-LDHs具有一般Ni基催化剂的特点,即在微量氯化物存在下对非含氧类聚烯烃具有较高的催化碳化性能。碳化结果证实:当添加20 wt%NiAl-LDHs催化剂和0.5 wt%NH4Cl助剂时,LLDPE的碳化转化率达到49.6%,PP的碳化转化率为46.8%,PS的碳化转化率为44.2%。成碳可有效提高聚合物的阻燃性能,本论文接着研究NiAl-LDHs结合NH4Cl对LLDPE的阻燃作用。极限氧指数(LOI)和锥形量热(CONE)测试结果表明:添加NiAl-LDHs催化剂和微量NH4Cl助剂对LLDPE阻燃性能的影响较大,当添加20 wt%NiAl-LDHs和0.5 wt%NH4Cl助剂时,LLDPE的热释放速率峰值(PHRR)下降约80%,LOI值提高至26.5%。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对残炭微观结构及形貌进行表征,发现NiAl-LDHs能催化LLDPE生成多壁碳纳米管。这些碳与层状NiAl-LDHs形成碳隔离层,对LLDPE进行有效的阻燃。本论文通过同样方法合成了一种CuAl-LDHs。利用XRD表征CuAl-LDHs层状结构和相态。证实所合成CuAl-LDHs也为典型的LDHs结构,且由Cu(OH)2和Al(OH)3相构成。模型碳化实验发现CuAl-LDHs对含氧类聚烯烃具有较高的碳化性能,而对非含氧类聚烯烃的催化成碳效率较低。当CuAl-LDHs(CuAl-4)添加量为20wt%时,PEG200的成碳率为14.5%。同样在CuAl-4的添加量为20wt%时,PVA的成碳率为9.8%。相同添加量的情况下,对PP、LLDPE和PS的催化成碳率分别为2.1%、1.9%和2.6%。选取PEG200碳产物进行表征。分别利用XRD、TEM、SEM、拉曼波普(Raman)和比表面积(BET)等研究手段对碳产物的微观结构和形貌表征,结果证实:碳产物为多孔结构碳材料,孔径基本由微孔和中孔构成;比表面积最高达到877.65 m2·g-1。将该多孔碳材料应用于超级电容器的电极材料,在2 mVs-1扫描速率下,循环伏安(CV)测试发现其比电容可达到376.32 F·g-1,该结果说明该多孔碳材料具有较高的电化学性能。