掺N多孔碳材料由于其比表面积大、孔容大、孔径分布窄、亲水性好、有特定的吸附位点等优势,广泛应用于催化、气体吸附、超级电容器、药物载体等领域。其中水热法由于实验操作简便、周期短、样品性质易调控而被广泛选择,并且低聚物更易于规律的自组装聚合,因此本文选择含氮量高、来源广、聚合度低的壳寡糖作为碳氮源。但目前生物质原料的水热温度多在180 C以上,该温度下水热F127(三嵌段共聚物)胶束和TEOS(正硅酸乙酯)聚合物均不稳定,会出现团聚严重或胶束被部分破坏等问题;因此通过添加交联剂(乙二醛或乙醛酸)降低水热温度探究多孔碳材料的孔结构性质。鉴于此,本文基于合成孔径集中、孔隙发达的掺N多孔碳材料为目标,以含N生物质材料壳寡糖为前驱体,选择低温水热法合成掺N多孔碳材料,并探究了相关合成方法对掺N多孔碳材料孔结构的影响。具体研究内容如下:研究F127为模板剂,乙二醛交联壳寡糖基掺N多孔碳材料的合成及XRD、FITR、XPS、Raman和SEM表征。结果表明:以F127为模板剂,乙二醛为交联剂成功合成了掺N多孔碳材料CGF-A-B-C-D。发现在相对平稳、适宜pH值、适宜压力的水热过程中聚合最为规整,得到的多孔碳材料孔径分布较窄;随着pH值、水热溶液体积比的增加,多孔碳材料的孔径分布先趋于集中后又分散,说明该体系对反应pH值、水热压力、水热溶液浓度较为敏感,主要是对聚合过程影响较大。适宜的合成条件为:以烘箱为水热设备、配制壳寡糖溶液时添加乙二醛、水热溶液体积比40:20(反应液体积:蒸馏水体积)、pH值3.5时,孔径分布最为集中,主要分布在18 nm左右,其比表面积、总孔容和平均孔径分别为325.1205m~2/g、0.5121 cm~3/g和6.3004 nm。同时该材料为非晶结构碳,表面含氧基团较少,表面N含量为5.87 wt%,掺杂形态以吡啶氮、季铵氮为主,并且石墨化程度较低,样品表面存在部分缺陷位点,孔结构为颗粒堆积的蜂窝状孔。研究F127为模板剂,乙醛酸交联壳寡糖基掺N多孔碳材料的合成及XRD、FITR、XPS、Raman和SEM表征。结果表明:以F127为模板剂,理论交联效果更好的乙醛酸替代乙二醛作为交联剂成功合成了掺N多孔碳材料CAF-A-B-C-D。发现扩孔剂的添加会显著降低F127胶束的稳定性,并且自身易团聚;同时该体系对pH值、稀释量与碳化温度较为敏感,随pH值增长孔径分布先趋于集中后又分散,随稀释量与碳化温度的增长孔径分布愈发集中。适宜的合成条件为:模板剂扩孔剂摩尔比1:0、pH值2.5、稀释量50 mL、碳化温度700 C时,孔径分布最为集中,主要分布在1.3 nm左右,其比表面积、总孔容和平均孔径分别为391.6940 m~2/g、0.2231 cm~3/g和2.2788 nm。同时该材料为非晶结构碳,表面含氧基团较少,表面N含量为5.32 wt%,掺杂形态以吡啶氮、季铵氮为主,并且石墨化程度较低,样品表面存在部分缺陷位点,孔结构为球状颗粒堆积的蜂窝状孔。研究TEOS为模板剂,乙二醛交联壳寡糖基掺N多孔碳材料的合成及XRD、FITR、XPS、Raman和SEM表征。结果表明:选择水热碳化过程更加稳定的TEOS代替F127为模板剂,乙二醛为交联剂成功合成了掺N多孔碳材料CGT-A-B-C。发现在搅拌时间足够条件下;水热温度越低,合成的多孔碳材料孔径分布越窄,说明水热温度越低聚合过程越稳定,因此聚合形成的中间体越规整;同时硅碳比的降低,可以改善多孔碳材料的双峰分布,主要是由于硅的减少,游离的硅数量下降导致1.5 nm的孔急剧减少得到单峰分布的多孔碳材料。适宜的合成条件为:水热温度95 C,搅拌时间8 h,硅碳比为1时,孔径分布最为集中,主要分布在2.8 nm左右,其比表面积、总孔容和平均孔径分别为382.0799 m~2/g、0.3506 cm~3/g和4.2705 nm。同时该材料为非晶结构碳,表面含氧基团较少,其表面N含量为6.68 wt%,掺杂形态以吡啶氮、季铵氮为主,并且石墨化程度较低,样品表面存在部分缺陷位点,孔结构为块状碳内存在的蜂窝状孔。