一種聚碳硅烷原位轉(zhuǎn)化有序介孔碳化硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種具體屬于一種以介孔氧化硅為 模板，高陶瓷轉(zhuǎn)化率聚碳硅烷原位轉(zhuǎn)化具有高穩(wěn)定性有序介孔碳化硅材料及其制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 介孔材料因?yàn)槠涓弑缺砻娣e，在多相催化劑、吸附分離、傳感器、天然氣和氫氣的 存儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，自其出現(xiàn)至今，一直受到人們的廣泛關(guān)注，眾多研宄 組對(duì)其展開(kāi)研宄。介孔碳化硅（SiC)基陶瓷材料也因其結(jié)構(gòu)和性能的特殊性，逐漸進(jìn)入人 們視野。SiC是一種寬帶隙的半導(dǎo)體和高溫陶瓷，晶格中具有強(qiáng)的Si-C共價(jià)鍵，因而具有堅(jiān) 硬和及其穩(wěn)定的優(yōu)良性能。目前，合成介孔SiC的方法有很多，然而具有高比表面積的SiC 卻鮮少有人報(bào)道。納米澆鑄法是合成高質(zhì)量介孔SiC的方法之一，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠精確地 復(fù)制模板的孔結(jié)構(gòu)，并且能夠控制化學(xué)組成，制備一些用軟模板法無(wú)法得到的材料。目前已 有多人用納米澆鑄的方法合成介孔Sic。
[0003]2006年，復(fù)旦大學(xué)趙東元課題組以SBA-15和KIT-6為模板，聚碳硅烷為前驅(qū)體，用 納米澆鑄的方法，首次合成了有序介孔SiC材料。聚碳硅烷被配成溶液澆鑄到有序介孔氧 化硅模板的孔道中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫?zé)峤猓晦D(zhuǎn)化為SiC。脫除模板得到具有二維六方 和三維雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的高度有序的介孔SiC。該SiC有無(wú)定形a-SiC和e-SiC兩種晶型，比 表面積高為720m2/g，孔容為0.8m3/g，且孔徑分布窄。這種具有開(kāi)放的介孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物具 有高的熱穩(wěn)定性，惰性氣氛中在1400°C高溫下也可保持穩(wěn)定。
[0004] 但目前所用的聚碳硅烷有一定的弊端，高溫下其陶瓷轉(zhuǎn)化率不高且會(huì)產(chǎn)生大量的 游離碳，游離的碳能夠形成大量的微孔，從而造成高的比表面積，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)有一定影 響。趙東元課題組采用中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)生產(chǎn)的聚碳硅烷，得到的介孔SiC材料中含有18% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上的游離碳；Kaskel等用SigmaAldrich公司生產(chǎn)的低恪點(diǎn)聚碳硅烷，產(chǎn)品中 含有12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))游離碳；Shiraishi等用日本碳化公司L型樣品，游離碳含量為20%(質(zhì) 量分?jǐn)?shù))。而本發(fā)明中采用分子設(shè)計(jì)合成的具有高硅含量、主鏈含可交聯(lián)基團(tuán)（C=C)的聚 碳硅烷（PCAS)為SiC前驅(qū)體，得到凈化學(xué)組成的介孔SiC材料，結(jié)構(gòu)式為SiCu2Oatltl3，游離 碳的殘留率極低。本發(fā)明中采用的聚碳硅烷結(jié)構(gòu)式1如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有序介孔碳化硅材料，其特征在于采用的硬模板分別為具有二維六方相結(jié)構(gòu)的 SBA-15和立方相結(jié)構(gòu)的KIT-6,前驅(qū)體為高硅含量的主鏈含有可交聯(lián)基團(tuán)（C = C)的聚碳 硅烷，具有高度有序的二維六方相結(jié)構(gòu)，材料孔徑為4-10nm，比表面積為200-600m2/g，前驅(qū) a體結(jié)構(gòu)式1如下： 結(jié)構(gòu)式1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有序納米介孔碳化硅材料，其特征在于形狀為粉末，或單片 材料， 單片材料的大小為（〇· 5-2) X (0· 5-2) cm2,厚度為0· l-2cm。
3. -種如權(quán)利要求1所述的有序納米介孔碳化硅材料的制備方法，其特征在于首先將 模板抽真空，將前驅(qū)體溶液在真空條件下與模板混合；經(jīng)過(guò)攪拌、熱處理，得到黃褐色固體 物；再在一定的固化制度下固化碳化硅前驅(qū)體；然后在惰性氣體保護(hù)下高溫焙燒，使碳化 硅前驅(qū)體完全裂解，得到碳化硅與二氧化硅的復(fù)合物；最后脫除模板劑并進(jìn)行后處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有序納米介孔碳化娃材料的制備方法，其特征在于碳化娃與 模板劑二氧化硅介孔材料的用量的質(zhì)量比為：1:0. 5-2。
5. 權(quán)利要求3所述的有序納米介孔碳化硅材料的制備方法，其特征在于固化溫度為 120°C _400°C，時(shí)間為 16-70 小時(shí)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有序納米介孔碳化硅材料的制備方法，其特征在于焙燒溫度 為900-1600°C，焙燒時(shí)間為2-4小時(shí)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高陶瓷轉(zhuǎn)化率聚碳硅烷原位轉(zhuǎn)化為碳化硅，得到有序納米介孔碳化硅材料的方法。該材料的制備過(guò)程后是：首先將模板抽真空，前驅(qū)體溶液在真空條件下與模板混合；經(jīng)過(guò)攪拌、熱處理，得到黃褐色固體物；再在一定的固化制度下固化碳化硅前驅(qū)體；然后在惰性氣體保護(hù)下高溫焙燒，使碳化硅前驅(qū)體完全裂解，得到碳化硅與二氧化硅的復(fù)合物；最后氫氟酸溶液脫除模板劑，并經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，即得到有序納米介孔碳化硅材料。高溫裂解得到凈化學(xué)組成的有序介孔碳化硅材料，產(chǎn)品具有相對(duì)均一的孔徑，熱氧化穩(wěn)定性好，外形為粉末或單片。
【IPC分類(lèi)】C01B31-36
【公開(kāi)號(hào)】CN104876221
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510269148
【發(fā)明人】周權(quán), 王永麗, 倪禮忠, 張白雪
【申請(qǐng)人】華東理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日