[00115877]碳及含碳类气凝胶的合成、特性及应用研究

该项目通过溶胶－凝胶工艺，成功合成了孔径可控、低成本、成型好的高比表面积导电纳米多孔含碳及纯碳气凝胶；并且以SiO_2气凝胶为基底合成了性能优异的（C60/无机碳）－硅复合气凝胶。同时探索了其在储能器件、锂离子二次电池、水处理和储氢等领域的应用。该项目历经十一年，实现了数次技术突破，主要创新点如下：1.常压干燥技术 通过逐步降低纳米孔隙结构中溶剂的表面张力，进而实现在常温常压下进行有机气凝胶的干燥。这项技术把原来的高危高成本技术方法转变为无危险低成本的合成路线。2.气体活化技术 在碳气凝胶碳化的过程中，通入适量的弱氧化性气体（CO_2）可将碳气凝胶的比表面积由600m^2/g增加到2500m^2/g，极大的提高的碳气凝胶的吸附性能，拓宽的碳气凝胶的应用领域。3.碳－硅复合气凝胶 以SiO_2气凝胶为基底，采用气相渗透沉积和纳米团簇混合的方法在国际上首次获得了SiO_2团簇和C60-SiO_2气凝胶。这对纳米团簇的聚集行为和纳米孔洞气凝胶的发光特性的研究都具有重大意义。4.能量存储和水处理的应用 在国内率先将碳气凝胶应用于超级电容器，锂离子二次电池和储氢燃料电池等能量存储设备的设计和制造。并将碳/含碳气凝胶作为海水淡化的核心材料。在该项目的研发过程中，得到了比表面积在500m^2/g ～2500m^2/g，孔径尺寸峰值在2nm～100nm连续可控的导电多孔碳气凝胶。在Ar+离子激光（488nm）激发下，观察到了可见光发射。同时，以碳气凝胶为核心材料得到了容量为25F/g的超级电容器，首次充放电＞700mAh/g的锂离子钮扣电池。至今，已申请国家发明专利1项，发表论文50篇，其中SCI、EI、ISTP收录19篇，被国内外发表论文共他引83篇次。根据上海市科委的科研成果鉴定，碳－硅复合气凝胶小尺寸效应研究成果达到了国际先进水平，导电碳气凝胶在储能设备上的应用也达到了国际先进水平。该项目不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实用价值。在项目研究过程中形成了一支由青年科研工作者组成的高效率的科研队伍和相关实验室。培养出青年学术骨干2人，博士生2人，硕士生8人，推动了学科发展，取得了显著社会效益。