Analysis of Formation Mechanisms of Sugar-Derived Dense Carbons via Hydrogel Carbonization Method

自愈水凝胶 傅里叶变换红外光谱 碳化 化学工程 材料科学 分子 热重分析 氢键 红外光谱学 有机化学 化学 高分子化学 扫描电子显微镜 复合材料 工程类
作者
Liting Chen,Zheqiong Fan,Weiguo Mao,Cuiying Dai,Daming Chen,Xinghong Zhang
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:12 (22): 4090-4090 被引量:2
标识
DOI:10.3390/nano12224090
摘要

Four kinds of sugar (glucose, fructose, sucrose, and maltose) were selected as carbon precursors, and corresponding dense carbon products were prepared using a novel hydrogel carbonization method. The carbonization processes of sugar-polyacrylamide (sugar-PAM) hydrogels were studied in detail. The molecular structures in the raw materials were analyzed by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR). Samples prepared at different temperatures were characterized by thermogravimetry analysis (TGA) and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. The morphology and microstructure of sugar-derived carbons were confirmed by field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray diffraction (XRD). The results indicated that the sugar solution was surrounded by PAM with a three-dimensional network structure and formed hydrogels in the initial stage. The sugar solution was considered to be separated into nanocapsules. In each nanocapsule, sugar molecules could be limited within the hydrogel via walls formed by PAM chains. The hydroxyl group in the sugar molecules connected with PAM by the hydrogen bond and intermolecular force, which can strengthen the entire hydrogel system. The self-generated pressure of hydrogel constrains the foam of sugar during the heat treatment. Finally, dense carbon materials with low graphitization instead of porous structure were prepared at 1200 °C.
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