Synthese von Polymeren auf Polybenzoxazinbasis und stickstoffdotierten Kohlenstoffnanosphären
Kürzlich haben Wissenschaftler eine einfache tensidfreie Synthese von Polybenzoxazin-basierten Polymeren und stickstoffdotierten Kohlenstoff-Nanosphären vorgeschlagen.
Eine strenge Kontrolle der Monodispersität und Größe von Nanopartikeln unter 200 nm ist Voraussetzung für viele Anwendungen. Die template- und tensidfreie Synthese von monodispersen Polymeren und Kohlenstoff-Nanosphären unter 200 nm ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit wurden neue Polymernanosphären zunächst durch eine Sol-Gel-Methode über die Polykondensation von Phloroglucinol, p-Phenylendiamin und Formaldehyd auf Basis der Benzoxazin-Chemie in Abwesenheit von Templates und/oder Tensiden synthetisiert.
Dreidimensionale periodische Strukturen durch Selbstorganisation
Die Wissenschaftler bewiesen die Bildung einer Polybenzoxazinstruktur und fanden heraus, dass p-Phenylendiamin nicht nur an der Kondensation beteiligt ist, sondern auch die Polymerisation von Phloroglucinol und Formaldehyd auf Basis der Charakterisierung durch FTIR, Raman, NMR und XPS katalysiert. Die monodispersen Polymer-Nanosphären sind so gleichmäßig, dass sie durch Selbstorganisation dreidimensionale periodische Strukturen bilden können. Darüber hinaus können diese Polymernanosphären durch Pyrolyse pseudomorph in die entsprechenden gleichmäßigen stickstoffdotierten Kohlenstoffkugeln umgewandelt werden, da diese Polymere auf Polybenzoxazinbasis eine ausgezeichnete thermische Stabilität (48,6 Gew.-% bei 1000 °C, bezogen auf die Messung von TGA) aufweisen.
Präparation von Elektroden für Superkondensatoren
Der hohe Stickstoffdotierungsgrad von 9,77 Gew.-% in der Kohlenstoffmatrix wurde erreicht. Die Größen der Polymer- und Kohlenstoff-Nanosphären können im Bereich von 105-186 bzw. 79,2-137 nm eingestellt werden, indem die Konzentration der Monomere und das Verhältnis von Ethanol zu Wasser verändert werden. Um ihre Anwendbarkeit zu demonstrieren, wurden die Elektroden für Superkondensatoren mit stickstoffdotierten Kohlenstoff-Nanosphären ohne jegliche Aktivierung hergestellt und zeigten eine hervorragende Leistung.
Die Studie wurde veröffentlicht in: Polymer Chemistry, Issue 33, 2018.