微波辅助裂解离子液体制备硫氮共掺杂多孔碳材料

蒙延双 王琛 王磊 王功瑞 夏军 朱福良 ZHANG Yue

引用本文: 蒙延双,  王琛,  王磊,  王功瑞,  夏军,  朱福良,  ZHANG Yue. 微波辅助裂解离子液体制备硫氮共掺杂多孔碳材料[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9): 1915-1922. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705083 shu
Citation:  MENG Yan-Shuang,  WANG Chen,  WANG Lei,  WANG Gong-Rui,  XIA Jun,  ZHU Fu-Liang,  ZHANG Yue. Efficient Synthesis of Sulfur and Nitrogen Co-Doped Porous Carbon by Microwave-Assisted Pyrolysis of Ionic Liquid[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(9): 1915-1922. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705083 shu

微波辅助裂解离子液体制备硫氮共掺杂多孔碳材料

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51364024, 51404124),甘肃省自然科学基金(1506RJZA100),甘肃省基础研究创新群体计划项目(1606RJIA322)资助

摘要: 采用一步微波辅助裂解离子液体法制备了硫氮共掺杂多孔碳材料。用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,拉曼光谱,X射线衍射(XRD),电子显微镜和X射线光电子能谱(XPS)等检测手段对裂解产物的结构和形貌进行了表征。对微波辐照下离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMImNTf2)的裂解机理进行了分析。结果表明,微波辐照能够促进EMImNTf2的裂解,使其在320 ℃下裂解得到硫氮共掺杂的多孔碳材料。离子液体EMImNTf2的阳离子作为多孔碳材料骨架的前驱体,而阴离子作为硫源和造孔剂。制备的硫氮共掺杂多孔碳材料具有含缺陷的石墨结构。石墨碳基体中氮和硫的原子百分含量分别为12.84%和1.07%,其中N原子主要取代C成为活性点,而S原子主要存在于边界和缺陷处。

English

    1. [1]

      (1) He, Y.; Han, X.; Du, Y.; Song, B.; Xu, P.; Zhang, B. ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 3601. doi: 10.1021/acsami.5b07865

    2. [2]

      (2) Pašti, I. A.; Gavrilov, N. M.; Dobrota, A. S.; Momčilović, M.; Stojmenović, M.; Topalov, A.; Stanković, D. M.; Babić, B.; Ćirić-Marjanović, G.; Mentus, S. V. Electrocatalysis 2015, 6, 498.doi: 10.1007/s12678-015-0271-0

    3. [3]

      (3) Zhao, S.; Liu, J.; Li, C.; Ji, W.; Yang, M.; Huang, H.; Liu, Y.; Kang,Z. ACS Appl. Mater. Inter. 2014, 6, 22297. doi: 10.1021/am506284k

    4. [4]

      (4) Sun, F.; Gao, J.; Liu, X.; Yang, Y.; Wu, S. Chem. Eng. J. 2016, 290,116. doi: 10.1016/j.cej.2015.12.044

    5. [5]

      (5) Chen, K.; Huang, X.; Wan, C.; Liu, H. Mater. Chem. Phys. 2015, 164,85. doi: 10.1016/j.matchemphys.2015.08.027

    6. [6]

      (6) Zhu, T.; Zhou, J.; Li, Z.; Li, S.; Si, W.; Zhuo, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 12545. doi: 10.1039/c4ta01465k

    7. [7]

      (7) Wang, C.; Sun, L.; Zhou, Y.; Wan, P.; Zhang, X.; Qiu, J. Carbon 2013, 59, 537. doi: 10.1016/j.carbon.2013.03.052

    8. [8]

      (8) Nasini, U. B.; Bairi, V. G.; Ramasahayam, S. K.; Bourdo, S. E.; Viswanathan, T.; Shaikh, A. U. J. Power Sources 2014, 250, 257.doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.11.014

    9. [9]

      (9) Si, W.; Zhou, J.; Zhang, S.; Li, S.; Xing, W.; Zhuo, S.Electrochim. Acta 2013, 107, 397.doi: 10.1016/j.electacta.2013.06.065

    10. [10]

      (10) Kim, H. S.; Kang, M. S.; Yoo, W. C. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 28512. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b10552

    11. [11]

      (11) Ryu, J.; Park, M.; Cho, J. J. Electrochem. Soc. 2015, 163,A5144. doi: 10.1149/2.0191601jes

    12. [12]

      (12) Chen, F.; Yang, J.; Bai, T.; Long, B.; Zhou, X. Electrochim. Acta 2016, 192, 99. doi: 10.1016/j.electacta.2016.01.192

    13. [13]

      (13) Zhou, X.; Liao, Q.; Tang, J.; Bai, T.; Chen, F.; Yang, J.J. Electroanal. Chem. 2016, 768, 55.doi: 10.1016/j.jelechem.2016.02.037

    14. [14]

      (14) Yun, Y. S.; Jin, H.-J. Mater. Lett. 2013, 108, 311.doi: 10.1016/j.matlet.2013.07.026

    15. [15]

      (15) Ou, J.; Zhang, Y.; Chen, L.; Yuan, H.; Xiao, D. RSC Adv. 2014, 4, 63784. doi: 10.1039/c4ra12121j

    16. [16]

      (16) Paraknowitsch, J. P.; Thomas, A. Energy Environ. Sci. 2013, 6,2839. doi: 10.1039/c3ee41444b

    17. [17]

      (17) Paraknowitsch, J. P.; Thomas, A.; Schmidt, J. Chem. Commun. 2011, 47, 8283. doi: 10.1039/c1cc12272j

    18. [18]

      (18) Schmidt, J.; Weber, J.; Epping, J. D.; Antonietti, M.; Thomas,A. Adv. Mater. 2009, 21, 702. doi: 10.1002/adma.200802692

    19. [19]

      (19) Thomas, A. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49, 8328.doi: 10.1002/anie.201000167

    20. [20]

      (20) Qu, K.; Zheng, Y.; Dai, S.; Qiao, S. Z. Nano Energy 2016, 19,373. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.11.027

    21. [21]

      (21) Liang, J.; Jiao, Y.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 11496. doi: 10.1002/anie.201206720

    22. [22]

      (22) Yang, S.; Zhi, L.; Tang, K.; Feng, X.; Maier, J.; Müllen, K.Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3634. doi: 10.1002/adfm.201200186

    23. [23]

      (23) Ito, Y.; Cong, W. T.; Fujita, T.; Tang, Z.; Chen, M. W. Angew. Chem. Int. Edit. 2015, 54, 2131. doi: 10.1002/anie.201410050

    24. [24]

      (24) Xie, Z. L.; Su, D. S. Eur. J. Inorg. Chem. 2015, 1137.doi: 10.1002/ejic.201402607

    25. [25]

      (25) Wang, X. Q.; Dai, S. Angew. Chem. Int. Edit. 2010, 49, 6664.doi: 10.1002/anie.201003163

    26. [26]

      (26) Lee, J. S.; Wang, X. Q.; Luo, H. M.; Baker, G. A.; Dai, S.J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4596. doi: 10.1021/ja900686d

    27. [27]

      (27) Zhi, L.; Hu, Y. S.; El, H. B.; Wang, X.; Ingo, L.; Ute, K.; Joachim, M.; Klaus, M. Adv. Mater. 2008, 20, 1727.doi: 10.1002/adma.200702654

    28. [28]

      (28) Fulvio, P. F.; Lee, J. S.; Mayes, R. T.; Wang, X. Q.; Mahurin,S. M.; Dai, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 13486.doi: 10.1039/c1cp20631a

    29. [29]

      (29) Wan, M. M.; Sun, X. D.; Li, Y. Y.; Zhou, J.; Wang, Y.; Zhu, J.H. ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 1252.doi: 10.1021/acsami.5b09759

    30. [30]

      (30) Paraknowitsch, J. P.; Thomas, A. Macromol. Chem. Phys. 2012, 213, 1132. doi: 10.1002/macp.201100573

    31. [31]

      (31) Lee, J. S.; Wang, X.; Luo, H.; Dai, S. Adv. Mater. 2010, 22,1004. doi: 10.1002/adma.200903403

    32. [32]

      (32) Xiao, D. L.; Yuan, D. H.; He, H.; Gao, M. M. J. Lumin. 2013, 140, 120. doi: 10.1016/j.jlumin.2013.02.032

    33. [33]

      (33) Tang, Z. H.; Song, Y.; He, X.; Yang, J. H. Mater. Lett. 2012, 89, 330. doi: 10.1016/j.matlet.2012.08.105

    34. [34]

      (34) Ferrari, A.; Meyer, J.; Scardaci, V.; Casiraghi, C.; Lazzeri, M.; Mauri, F.; Piscanec, S.; Jiang, D.; Novoselov, K.; Roth, S.Phys. Rev. lett. 2006, 97, 187401.doi: 10.1103/PhysRevLett.97.187401

    35. [35]

      (35) Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Saito, R.; Jorio, A. Phys. Rep. 2005, 409, 47. doi: 10.1016/j.physrep.2004.10.006

    36. [36]

      (36) Han, P. X.; Yue, Y. H.; Zhang, L. X.; Xu, H. X.; Liu, Z. H.; Zhang, K. J.; Zhang, C. J.; Dong, S. M.; Ma, W.; Cui, G. L.Carbon 2012, 50, 1355. doi: 10.1016/j.carbon.2011.11.007

    37. [37]

      (37) Nakamizo, M.; Kammereck, R.; Walker, P. L. Carbon 1974, 12, 259. doi: 10.1016/0008-6223(73)90397-7

    38. [38]

      (38) Yen, B.; Tadashi, i. Carbon 1996, 34, 489.doi: 10.1016/0008-6223(95)00205-7

    39. [39]

      (39) Zou, L.; Huang, B.; Huang, Y.; Huang, Q.; Wang, C. A. Mater. Chem. Phys. 2003, 82, 654.doi: 10.1016/S0254-0584(03)00332-8

    40. [40]

      (40) (40) She, Y.; Lu, Z.; Ni, M.; Li, L.; Leung, M. K. ACS Appl. Mater. Inter. 2015, 7, 7214. doi: 10.1021/acsami.5b00222

    41. [41]

      (41) (41) Wu, H.; Shi, L.; Lei, J.; Liu, D.; Qu, D.; Xie, Z.; Du, X.; Yang, P.; Hu, X.; Li, J. J. Power Sources 2016, 323, 90.doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.05.044

    42. [42]

      (42) Cheng, X. B.; Zhang, Q.; Wang, H. F.; Tian, G. L.; Huang, J.Q.; Peng, H. J.; Zhao, M. Q.; Wei, F. Catal. Today 2015, 249,244. doi: 10.1016/j.cattod.2014.10.047

    43. [43]

      (43) Liu, X. W.; Wu, Y.; Yang, Z. Z.; Pan, F. S.; Zhong, X. W.; Wang, J. Q.; Gu, L.; Yu, Y. J. Power Sources 2015, 293, 799.doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.05.074

    44. [44]

      (44) Qian, Z.; Ma, J.; Shan, X.; Feng, H.; Shao, L.; Chen, J.Chem.-Eur. J. 2014, 20, 2983. doi: 10.1002/chem.201400424

    45. [45]

      (45) Ding, H.; Wei, J. S.; Xiang, H. M. Nanoscale 2014, 6, 13817.doi: 10.1039/c4nr04267k

    46. [46]

      (46) Zhu, T. T.; Zhou, J.; Li, Z. H.; Li, S. J.; Si, W. J.; Zhuo, S. P.J. Mater. Chem. A 2014, 2, 12545. doi: 10.1039/c4ta01465k

    47. [47]

      (47) Sun, F.; Gao, J. H.; Liu, X.; Yang, Y. Q.; Wu, S. H. Chem. Eng. J. 2016, 290, 116. doi: 10.1016/j.cej.2015.12.044

    48. [48]

      (48) He, Y. Z.; Han, X. J.; Du, Y. C.; Song, B.; Xu, P.; Zhang, B.ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 3601. doi: 10.1021/acsami.5b07865

    49. [49]

      (49) Jiang, T. T.; Wang, Y.; Wang, K.; Liang, Y. R.; Wu, D. C.; Tsiakaras, P.; Song, S. Q. Appl. Catal. B-Environ. 2016, 189, 1.doi: 10.1016/j.apcatb.2016.02.009

    50. [50]

      (50) Herrmann, I.; Kramm, U. I.; Radnik, J.; Fiechter, S.; Bogdanoff, P. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, B1283.doi: 10.1149/1.3185852

    51. [51]

      (51) Yang, S. B.; Zhi, L. J.; Tang, K.; Feng, X. L.; Maier, J.; Mullen, K. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3634.doi: 10.1002/adfm.201200186

    52. [52]

      (52) Xia, Y. D.; Zhu, Y. Q.; Tang, Y. Carbon 2012, 50, 5543.doi: 10.1016/j.carbon.2012.07.044

    53. [53]

      (53) Yan, Y.; Yin, Y. X.; Xin, S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Chem. Commun. 2012, 48, 10663. doi: 10.1039/c2cc36234a

    54. [54]

      (54) Jiang, T.; Wang, Y.; Wang, K.; Liang, Y.; Wu, D.; Tsiakaras, P.; Song, S. Appl. Catal. B-Environ. 2016, 189, 1.doi: 10.1016/j.apcatb.2016.02.009

    55. [55]

      (55) Song, H.; Yang, G.; Wang, C. ACS Appl. Mater. Inter. 2014, 6,21661. doi: 10.1021/am506747z

    56. [56]

      (56) Paraknowitsch, J. P.; Thomas, A. Energy Environ. Sci. 2013, 6,2839. doi: 10.1039/c3ee41444b

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  834
  • HTML全文浏览量:  77
文章相关
  • 发布日期:  2017-05-08
  • 收稿日期:  2017-03-22
  • 修回日期:  2017-04-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章