水热法纤维状碳材料合成的初步研究+文献综述(7)
(2)添加剂的影响
在水热过程中，当糖类或者葡萄糖用作前躯体时，将生成分散、均一的碳球颗粒，并且碳球表面富含羟基和羰基等有机官能团。利用这一特点，在水热前驱体溶液中加入适当的添加剂（如金属、金属化合物、有机单体等）或者模板剂（硅球、表面活性剂PVA，CTAB等）有助于合成结构特殊的新型碳、碳基复合材料。
将金属类化合物添加到水热碳化过程中有两个显著的特点：（1）葡萄糖等原料有一定的还原性，所以在加入一些贵金属离子的时候，可以将这些贵金属离子还原到金属态，从而易于形成碳@金属壳核结构；（2）所生成的碳球表面富含羟基等亲水性官能团，可以和金属离子相互作用，形成碳@金属氧化物壳核结构。
例如，李海波[18]在高压釜中利用金属还原热解丙三醇和四氢呋喃分别合成了蜂窝状碳球和竹节状碳纳米管。同时在聚丙烯酰胺的辅助下，以CuCl2为 Cu源、文生素C为还原剂和碳源通过水热-碳化过程合成了嵌有Cu纳米颗粒的碳基母体，碳基母体经600°C氩气保护下的热处理转变为核-壳结构Cu@C微米球。
在水热碳化过程中加入金属类助剂，不仅影响水热碳化过程中碳材料的形成，同时对材料的结构起到了至关重要的作用[34]。俞书宏等人以水溶性淀粉为碳源，加入一定量的AgNO3作为催化剂，在160-200°C条件下水热碳化，能得到各种金属/碳复合材料，如碳包裹银纳米线。Mingshang Jin等人[35]以氯化银和葡萄糖作为前驱物，通过一步水热合成制得了银/聚合物/碳包覆的纳米线，并提出了温度是葡萄糖聚合和表面碳化的关键因素。
另外，在水热碳化的过程中，通过各种有机添加剂的加入，还能一步引入各种官能团至碳材料表面，实现碳材料的功能化。Huiquan Xiao[36]将葡萄糖，柠檬酸和羟乙基磺酸在180°C一步水热碳化4h，得到了一种新型的碳材料，其酸度为1.7mmol/g，碳基与磺酸基摩尔比为1:3，对酯化反应和环氧酯化反应有高的催化活性。
在碳材料表面引入官能团后，可以通过有机反应实现官能团的相互转化。例如，Demir-Cakan等人[37]报道的以葡萄糖为前躯体，以硅球为模板，并加入少量乙烯基咪唑，成功地制备出表面富含咪唑基的多孔碳材料。将该材料用溴化烷进一步对其烷基化，使表面形成丰富的烷基咪唑，改官能团在Diels-Alder和Knoevenagel缩聚反应中都表现出较高的催化活性。
通过水热法，还可以制备表面富含功能基团的，形貌可控的多级孔碳材料[38]。
2 实验部分
2.1 实验药品与仪器
2.1.1 实验药品
表2.1 实验试剂一览表
试剂名称 等级 生产厂家
葡萄糖 分析纯AR 南京化学试剂有限公司
蔗糖 分析纯AR 国药集团化学试剂有限公司
蛋白胨 生化试剂BR 中国医药(集团)上海化学试剂公司
牛肉膏 生化试剂 BR 中国医药(集团)上海化学试剂公司