一纳米氧化镁为模板一步法制备多级孔炭材料
一纳米氧化镁为模板一步法制备多级孔炭材料分析
第一部分文献综述1.1 多孔炭的研究背景与意义伴随着全球经济的快速发展和科技水平的进步，煤、石油和天然气等化石燃料消耗逐年增加，日渐枯竭，并且化石燃料的利用造成严重的环境污染，如温室效应、酸雨、大气颗粒物污染、臭氧层破坏和生态环境破坏等。
人类正面临着资源短缺、环境污染、生态破坏等迫切需要解决的问题，全球经济和会的可持续发展也面临着严峻的考验。
人们迫切需要开发利用新能源和可再生清洁能源来解决日趋短缺的能源问题和日益严重的环境污染。
化学储能装置具有使用方便，性能可靠，便于携带，容量、电流和电压可在相当大的范围内任意组合和对环境无污染等许多优点，在新能源技术的开发和利用中占有重要地位。
储氢、储锂和超级电容器等储能装置的电极材料的研究成为材料研究中的热点。
在所有的储能材料中，多孔碳材料由于具有大的比表面积，均一的孔径分布，孔结构可调等优点，是迄今为止最理想的储能材料。
除此之外，多孔碳材料由于具有均匀的孔径分布，吸收储存气体和液体性能也非常优秀，常被应用于环境保护，制药和化工等领域，作为有毒气体和液体的净化吸收剂。
在近十几年间，有关多孔碳材料方面的报告和论文大批量在国际会议和国际学术刊物上发表，表明多孔碳材料已经成为当今科学界的研究热点。
经过科研人员多年不断的试验研究，大批量孔径尺寸分布均匀且可以调控、结构组成可以变化、排列样式和孔道形态多种多样的多孔碳材料可以通过各种各样的合成方法被制备出来。
尽管人们已经取得了许多成果，但是多孔碳材料仍然存在许多不足，需要我们去探索和解决，多孔碳材料的性能与实际应用有一定的差距，也有待进一步提高。
未来仍然需要我们不断努力去开发成本低，制备过程简单，性能优越的多孔碳材料，并不断推进在电化学领域的广泛应用。
1.2 多孔碳材料概述多孔碳材料是指一种具有多孔性结构的含碳物质，具有高度发达的孔隙结构，大的比表面积，且其孔径可以根据实际要求进行调控。
多孔碳材料主要包括普通活性碳、超级活性碳（高比表面积活性炭）、活性炭纤维、泡沫碳材料、碳分子筛等不同形态的碳材料。
纳米氧化镁模板法制备氮掺杂炭电极材料
２ ６ ｎ ｍ 的氧化 镁 ， 以纳 米 氧化 镁 为模 板 ， 将 聚 丙 烯 酰
胺 高温炭化 ， 酸 溶去模 板 ， 制 备 出 高 含 氮 量 的 多 孔 炭 材
料， 并对材料 进行 Ｘ ＲＤ、 Ｓ Ｅ Ｍ、 孔径表 征 和 电化 学性 能
测试 。 结 果 显 示 ， 炭 材 料 以 层 状 为 主， 平 均 孔 径
一
步提 高 电极 材 料 的功 率 密 度 和能 量 密度 ， 除 了提 高 团ｌ ＿ ２ ］ 。而模 板 法＿ ［ ］ 是 目前 较 活 跃 的 多 孔 炭材 料 的制
质 量配 比混合 ， 干燥后 ， 在惰 性气 氛的保 护下 高 温炭 化 ６ ０ ０ ９ ０ ０ ℃。用过量 的 １ ｍｏ ｌ ／ Ｉ 的硫 酸溶 液将 氧 化 镁 溶解 ， 抽 滤洗 涤至 滤液 ｐ Ｈ 值 一７ ， ７ ０ ℃ 真空 干燥 １ ０ ｈ 。 将 制得 的炭材 料 、 乙炔 黑 和 聚 四氟 乙烯 按 ８ ５：１ ０： ５ 比例混合 ， 均 匀涂抹 在泡沫 镍或钛 金 属片 上 ， ６ ｏ ℃干 燥
１ 引 言
超级 电容 器作 为一种 高效 、 清洁 的新 型储 能器 件 ， 受 到越来 越多 研 究人 员 的 关 注 ， 而炭 材 料 是 负极 材 料 研究 的热 点之 一 。多 孔炭 作为 电极材料 的优势 在 于能
镁／ 氨水 （ 摩尔 比） 为一 定 比例 ２： １ ～６：１ ， ２ ０ ｍｉ ｎ反应
制备 了含氮 炭材料 ， 考查 了形貌 特征 、 孔径 分 布 以及含 氮炭 材料在 碱性 、 中性 和 酸性 电解 质溶 液 中 电化学 性
能 的差 异 。
关键 词 ： 超级 电容器 ； 负极 材料 ； 模板 法 ； 多子 Ｌ 炭 材 料 中 图分类号 ： ＴＭ ５ ３ １ 文献标 识码 ： Ａ
mgo模板法制备多孔碳及其影响因素的研究
mgo模板法制备多孔碳及其影响因素的研究近年来，多孔碳的研究引起了学者的广泛关注。
与传统的固体材料不同，多孔碳具有较高的比表面积和较低的密度，在许多应用领域具有重要的意义，如储气体、吸附剂、电极材料、催化剂和超级电容器。
目前，模板法已成为一种有效、绿色的多孔碳制备技术，这种技术能够控制多孔碳的形貌和结构，从而提高多孔碳的性能。
模板法是一种用于制备多孔碳的技术，它将替代模板、各种有机和无机组分以及气体原料（如氨）一起煅烧，形成一个多孔碳微结构。
这种技术具有较高的效率和绿色环保，因此得到了广泛的应用。
此外，该技术也能控制多孔碳的结构形貌，从而改善多孔碳的性能，广泛应用于存储、吸附和催化等领域。
模板法是一种多变性的技术，其中的参数和变量（如原料的结构类型、模板的形状、煅烧温度、气体流速和等离子体参数等）都可以改变多孔碳的形貌和结构。
因此，本文将重点讨论模板法制备多孔碳的影响因素，以指导多孔碳的研究和开发。
首先，有机模板和无机模板的类型和形状是影响多孔碳性质的重要因素。
有机模板主要包括酯和酯树脂，它们可以帮助多孔碳具有更高的空隙率，表面积和吸附能力。
无机模板，如二氧化硅，可以改变多孔碳的比表面积和孔隙大小，为特定环境提供特定功能。
其次，原料组分及其结构也是影响多孔碳制备的重要因素，这些原料可以分为有机物和无机物两类。
有机物可以有效形成富含碳的框架，提供空间的支撑，形成孔隙，可以影响多孔碳微结构的形状、大小和性能。
此外，无机物，如钠、钙、镁等，也可以影响多孔碳微结构的形状、大小和性能。
再者，煅烧条件，如温度和时间，也是影响多孔碳形貌结构的重要因素。
高温能够有效降低有机物的分子量，提高有机物的碳化水平，形成一种致密的碳框架，从而形成大面积的孔隙。
然而，如果温度过高，有机物会与其他原料发生不可逆的反应，而无机模板可能会因烧结而失去其结构和稳定性。
最后，气体流速和气体种类也是影响多孔碳结构的重要因素。
较高的气体流速可以使有机物和无机物得到良好的分散，避免凝固、结晶和烧结。
一纳米氧化镁为模板一步法制备多级孔炭材料解读
第一部分文献综述1.1 多孔炭的研究背景与意义伴随着全球经济的快速发展和科技水平的进步，煤、石油和天然气等化石燃料消耗逐年增加，日渐枯竭，并且化石燃料的利用造成严重的环境污染，如温室效应、酸雨、大气颗粒物污染、臭氧层破坏和生态环境破坏等。
人类正面临着资源短缺、环境污染、生态破坏等迫切需要解决的问题，全球经济和会的可持续发展也面临着严峻的考验。
人们迫切需要开发利用新能源和可再生清洁能源来解决日趋短缺的能源问题和日益严重的环境污染。
化学储能装置具有使用方便，性能可靠，便于携带，容量、电流和电压可在相当大的范围内任意组合和对环境无污染等许多优点，在新能源技术的开发和利用中占有重要地位。
储氢、储锂和超级电容器等储能装置的电极材料的研究成为材料研究中的热点。
在所有的储能材料中，多孔碳材料由于具有大的比表面积，均一的孔径分布，孔结构可调等优点，是迄今为止最理想的储能材料。
除此之外，多孔碳材料由于具有均匀的孔径分布，吸收储存气体和液体性能也非常优秀，常被应用于环境保护，制药和化工等领域，作为有毒气体和液体的净化吸收剂。
在近十几年间，有关多孔碳材料方面的报告和论文大批量在国际会议和国际学术刊物上发表，表明多孔碳材料已经成为当今科学界的研究热点。
经过科研人员多年不断的试验研究，大批量孔径尺寸分布均匀且可以调控、结构组成可以变化、排列样式和孔道形态多种多样的多孔碳材料可以通过各种各样的合成方法被制备出来。
尽管人们已经取得了许多成果，但是多孔碳材料仍然存在许多不足，需要我们去探索和解决，多孔碳材料的性能与实际应用有一定的差距，也有待进一步提高。
未来仍然需要我们不断努力去开发成本低，制备过程简单，性能优越的多孔碳材料，并不断推进在电化学领域的广泛应用。
1.2 多孔碳材料概述多孔碳材料是指一种具有多孔性结构的含碳物质，具有高度发达的孔隙结构，大的比表面积，且其孔径可以根据实际要求进行调控。
多孔碳材料主要包括普通活性碳、超级活性碳（高比表面积活性炭）、活性炭纤维、泡沫碳材料、碳分子筛等不同形态的碳材料。
利用纳米技术制备多孔碳材料及其应用探索
利用纳米技术制备多孔碳材料及其应用探索随着科技的不断进步，纳米技术逐渐成为各个领域的一个新兴热点，它不仅可以用于制备新型材料，还可以应用于医学、能源等领域中。
其中，利用纳米技术制备多孔碳材料，可以得到较好的物理和化学性能，并且在催化、吸附、分离等领域中具有广泛的应用前景。
一、多孔碳材料的制备方法目前，多孔碳材料的制备方法主要包括模板法、碳化法、氧化石墨烯和水热反应法等。
其中，模板法和碳化法是最为常见的制备方法。
（一）模板法模板法是利用有机或无机模板，在其周围固定或增生碳源，制备规定孔径、孔径分布较窄的孔型有序的碳材料。
模板法制备的多孔碳材料孔径和孔径分布很容易被调控，因此可用于催化、分离、吸附等领域。
（二）碳化法碳化法则是将含碳材料（如木材、天然橡胶等）高温焙烧成多孔碳材料。
这种方法可以获得高孔容与孔径相对分布较广的多孔碳材料。
（三）氧化石墨烯目前，氧化石墨烯作为一种新型碳材料，也被用于多孔碳材料的制备。
该方法先利用氧化剂处理石墨烯，使其形成氧化石墨烯，再利用还原剂将其还原成多孔碳材料。
（四）水热反应法水热反应法利用有机物在高温高压水条件下与无机物反应生成复合材料，再经过全部或部分焙烧，从而得到多孔碳材料。
该方法操作简单，无需高温、高压条件，且制备出的多孔碳材料孔径可调节。
二、多孔碳材料的应用探索多孔碳材料因其特殊的物理、化学性质，在各个领域都有广泛的应用，以下是其中的几个方面。
（一）催化多孔碳材料的大孔径和高比表面积，使其具有很好的催化性，可广泛应用在催化剂中。
如在工业型催化剂中，多孔碳材料可用于催化裂解、加氢和氧化等反应。
同时，在环境清洁型催化剂中，多孔碳材料还可应用于有关VOCs的催化氧化。
（二）吸附多孔碳材料的孔径可调控性以及良好的吸附特性，使其在吸附分离技术中能够得到广泛的应用。
如在制备固相微萃取剂中，多孔碳材料可用于提取水样中的有机污染物，提高分离灵敏度。
同时，在废气、污水处理中，多孔碳材料还可应用于吸附处理。
物理实验技术中的纳米多孔材料制备方法
物理实验技术中的纳米多孔材料制备方法纳米多孔材料是一类具有高度规则孔道结构的材料，其孔道大小在纳米尺度范围内。
由于其极大的比表面积和独特的物理化学性质，纳米多孔材料在许多领域具有广泛的应用前景，例如催化剂、分离膜、能源存储等。
而制备纳米多孔材料是实现这些应用的关键。
一种常见的制备纳米多孔材料的方法是模板法。
这种方法利用模板的形状和大小来决定纳米多孔材料的孔道结构。
常见的模板包括硬模板和软模板。
硬模板通常包括颗粒、纤维和膜等形状固定的模板，例如胶体颗粒模板和聚合物纤维模板。
而软模板则是通过控制物理或化学参数来决定纳米多孔材料的孔道结构，例如嵌段共聚物胶束模板和微乳液模板。
在实验中，制备纳米多孔材料的过程通常包括模板选择、制备、模板剥离和孔道修饰四个步骤。
首先，根据所需的孔道结构和材料性质，选择合适的模板。
接下来，将材料与模板接触，制备成薄膜、颗粒或液滴等形式。
然后，通过热处理、溶剂处理或化学处理等方法，将模板从材料中剥离出来。
最后，根据需求对纳米多孔材料的孔道进行修饰，例如表面功能化或离子交换。
除了模板法外，还有一些其他的方法可以制备纳米多孔材料。
其中一种是溶胶-凝胶法。
该方法首先将溶胶制备成胶体溶液，然后通过凝胶过程，形成纳米多孔材料。
这种方法的优点是制备过程简单，且可以控制孔道大小和分布。
另一种方法是电化学沉积法。
这种方法利用电场引导金属离子在电极表面沉积形成纳米多孔材料，具有制备速度快、成本低的优势。
总的来说，纳米多孔材料的制备是一个复杂且具有挑战性的过程。
在实验中，需要选择合适的制备方法，并控制各个步骤的参数，以获得所需的孔道结构和材料性能。
随着技术的不断发展，相信纳米多孔材料的制备方法也会更加完善和多样化，为其在各个领域的应用提供更多可能性。
纳米多孔碳材料的制备与应用
纳米多孔碳材料的制备与应用纳米多孔碳材料作为一种重要的材料，在许多领域中都有着广泛的应用。
它具有高度的比表面积、良好的电化学性能和独特的化学稳定性，因此在能源存储、催化剂、吸附分离等方面发挥着重要作用。
纳米多孔碳材料的制备方法多种多样，其中一种常用的方法是模板法。
模板法通过选择合适的模板，在其表面沉积碳源，然后去除模板得到纳米多孔碳材料。
常用的模板有硅胶、纳米颗粒和有机聚合物等。
通过调控模板的形状和尺寸，可以得到具有不同孔结构和孔径分布的纳米多孔碳材料。
纳米多孔碳材料在能源存储领域的应用受到广泛关注。
由于其高比表面积和优良的导电性，纳米多孔碳材料被用作电化学超级电容器和锂离子电池的电极材料。
通过调控碳材料的孔结构和孔径分布，可以提高电化学反应的速率和电容量。
此外，纳米多孔碳材料还可以用作储能材料，用于存储气体、液体和氢能等。
在催化剂领域，纳米多孔碳材料也有着重要的应用。
由于其高度开放的孔道结构和丰富的活性位点，纳米多孔碳材料可以作为催化剂的载体或直接作为催化剂使用。
通过调控纳米多孔碳材料的孔结构和孔径分布，可以增加反应通道和提高催化效率。
此外，纳米多孔碳材料还可以用于电催化、光催化和生物催化等方面，为催化领域的研究和应用提供了新的思路和方法。
纳米多孔碳材料还可以用于吸附分离领域。
由于其高比表面积和调控孔结构的能力，纳米多孔碳材料可以用来吸附和分离小分子、气体和离子等。
例如，纳米多孔碳材料可以用于污染物的吸附和去除，环境保护和水处理方面具有很大的潜力。
此外，纳米多孔碳材料在药物传递和生物检测等方面也有着广泛的应用。
虽然纳米多孔碳材料在各个领域中都有广泛的应用，但是其制备过程仍然面临一些挑战。
首先，纳米多孔碳材料的制备方法需要考虑孔结构的调控和碳源的选择。
其次，纳米多孔碳材料的制备过程需要注意反应条件的控制和材料的纯度。
最后，纳米多孔碳材料的应用需要进一步研究和开发，以满足实际应用中的需求。
综上所述，纳米多孔碳材料作为一种重要的材料，在能源存储、催化剂和吸附分离等领域具有广泛的应用。
纳米多孔材料的制备与应用指南
纳米多孔材料的制备与应用指南纳米多孔材料是一类具有多个纳米级孔洞的材料，其孔径通常在1到100纳米之间。
这些孔洞结构可以提供材料更大的比表面积和更丰富的孔隙容积，从而赋予材料更多优异的性能。
纳米多孔材料在各个领域都有广泛的应用，包括催化、气体吸附、分离纯化、药物输送等。
在本文中，我们将探讨纳米多孔材料的制备技术和应用指南。
一、纳米多孔材料的制备技术1. 模板法制备模板法制备纳米多孔材料是一种常用的方法。
该方法通常涉及两个步骤：首先，在一个较大的模板上形成原位孔洞阵列；然后，通过沉积材料或化学反应来填充或取代模板中的孔洞。
模板的选择非常关键，常见的模板包括硅胶、聚合物微球等。
此外，可通过自组装、硅烷化等方法对模板进行表面处理，以控制孔洞结构和孔径大小。
2. 溶剂挥发法制备溶剂挥发法制备纳米多孔材料的过程中，通过选择合适的溶剂和溶质，利用挥发性溶剂的挥发来形成孔洞结构。
这种方法简单易行，成本较低。
常用的溶剂挥发法包括溶胶-凝胶法、模板溶剂挥发法等。
溶剂挥发法制备的纳米多孔材料结构相对较简单，孔径大小可调控性较差。
3. 硬模板法制备硬模板法是在模板材料（如氧化铝、二氧化硅）的辅助下制备纳米多孔材料的方法。
该方法常与溶胶-凝胶法或沉积法结合使用。
首先，在硬模板孔洞中进行前驱体的沉积；然后，通过化学反应或热处理来脱除硬模板材料。
硬模板法制备的纳米多孔材料具有良好的孔洞结构和较高的孔隙度，但受限于模板材料的形状和制备过程相对复杂。
4. 气相沉积法制备气相沉积法利用气相反应物沉积在基底上形成纳米多孔材料。
常见的气相沉积法有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。
这种方法在制备过程中可以通过调控温度、反应气体流量等参数来控制纳米多孔材料的孔径和结构。
然而，气相沉积法通常需要较高的设备成本和复杂的操作。
二、纳米多孔材料的应用指南1. 催化应用纳米多孔材料具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，这使得它们在催化反应中具有显著优势。
纳米氧化镁模板法制备氮掺杂炭电极材料
纳米氧化镁模板法制备氮掺杂炭电极材料杨旸;陈胜洲;陈伟平;林维明【摘要】六水氯化镁作为镁源,制备了粒径范围11~26 nm的氧化镁,以纳米氧化镁为模板,将聚丙烯酰胺高温炭化,酸溶去模板,制备出高含氮量的多孔炭材料,并对材料进行XRD、SEM、孔径表征和电化学性能测试。
结果显示,炭材料以层状为主,平均孔径为4.72nm,比表面积达1873m2/g；在1mol/L H2 SO4电解液中,放电电流密度为1A/g 时,电极材料的质量比电容达176F/g。
%Porous carbons containing nitrogen were prepared from polyacrylamide using the MgO template meth-od which was produced by magnesium chloride hexahydrate.Particle size range of nanometer MgO was 1 1-26nm.After carbons were heat-treated at different temperature in inert atmosphere,MgO formed in the car-bonization products was dissolved out using a diluted acid.Carbon material were characterized by XRD,SEM, pore parameters test and electrochemical measurement.The results showed that porous carbons were layer structure,average pore size was 4.72nm.BET surface area of the carbons obtained could be reached to 1873m2/g .The specific capacitance 176F/g was obtained at a current density 1A/g in H2 SO4 .【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(000)019【总页数】6页(P2868-2873)【关键词】超级电容器;负极材料;模板法;多孔炭材料【作者】杨旸;陈胜洲;陈伟平;林维明【作者单位】广州大学化学化工学院，广东广州 510006; 广州大学广州市氢能与绿色催化重点研究室，广东广州 510006;广州大学化学化工学院，广东广州510006; 广州大学广州市氢能与绿色催化重点研究室，广东广州 510006;广州大学化学化工学院，广东广州 510006; 广州大学广州市氢能与绿色催化重点研究室，广东广州 510006;广州大学化学化工学院，广东广州 510006; 广州大学广州市氢能与绿色催化重点研究室，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TM5311 引言超级电容器作为一种高效、清洁的新型储能器件，受到越来越多研究人员的关注，而炭材料是负极材料研究的热点之一。
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第一部分文献综述1.1 多孔炭的研究背景与意义伴随着全球经济的快速发展和科技水平的进步，煤、石油和天然气等化石燃料消耗逐年增加，日渐枯竭，并且化石燃料的利用造成严重的环境污染，如温室效应、酸雨、大气颗粒物污染、臭氧层破坏和生态环境破坏等。
人类正面临着资源短缺、环境污染、生态破坏等迫切需要解决的问题，全球经济和会的可持续发展也面临着严峻的考验。
人们迫切需要开发利用新能源和可再生清洁能源来解决日趋短缺的能源问题和日益严重的环境污染。
化学储能装置具有使用方便，性能可靠，便于携带，容量、电流和电压可在相当大的范围内任意组合和对环境无污染等许多优点，在新能源技术的开发和利用中占有重要地位。
储氢、储锂和超级电容器等储能装置的电极材料的研究成为材料研究中的热点。
在所有的储能材料中，多孔碳材料由于具有大的比表面积，均一的孔径分布，孔结构可调等优点，是迄今为止最理想的储能材料。
除此之外，多孔碳材料由于具有均匀的孔径分布，吸收储存气体和液体性能也非常优秀，常被应用于环境保护，制药和化工等领域，作为有毒气体和液体的净化吸收剂。
在近十几年间，有关多孔碳材料方面的报告和论文大批量在国际会议和国际学术刊物上发表，表明多孔碳材料已经成为当今科学界的研究热点。
经过科研人员多年不断的试验研究，大批量孔径尺寸分布均匀且可以调控、结构组成可以变化、排列样式和孔道形态多种多样的多孔碳材料可以通过各种各样的合成方法被制备出来。
尽管人们已经取得了许多成果，但是多孔碳材料仍然存在许多不足，需要我们去探索和解决，多孔碳材料的性能与实际应用有一定的差距，也有待进一步提高。
未来仍然需要我们不断努力去开发成本低，制备过程简单，性能优越的多孔碳材料，并不断推进在电化学领域的广泛应用。
1.2 多孔碳材料概述多孔碳材料是指一种具有多孔性结构的含碳物质，具有高度发达的孔隙结构，大的比表面积，且其孔径可以根据实际要求进行调控。
多孔碳材料主要包括普通活性碳、超级活性碳（高比表面积活性炭）、活性炭纤维、泡沫碳材料、碳分子筛等不同形态的碳材料。
根据国际理论（化学）与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry)对多孔材料孔径按尺寸大小的分类，多孔碳材料通常也可以分为三类：孔径尺寸小于 2 nm 为微孔（MICROPORE）、孔径尺寸在 2-50 nm 之间为介孔（MESOPORE）和孔径尺寸大于 50 nm 为大孔（MACROPORE），具体见图1-1。
多孔碳材料由于具有高度发达的孔隙结构和可调控的孔径，比表面积大，高的化学稳定性、高机械稳定性、耐高温、耐酸碱、良好的导电和导热性、价格低廉等特点，而在金属离子吸附、自润滑涂层大分子气体吸附、催化剂、催化载体、储氢、甲烷储存以及超级电容器、燃料电池和锂离子电池等领域显示出巨大的应用潜力。
1.3 多孔碳材料的制备方法模板法经过多年的研究，可以成功制备多孔碳材料的方法种类很多。
目前常用的主要是物理和化学方法，包括活化法、模板法、高温热分解法、卤素侵蚀法等。
在这里主要介绍一下模板法。
（1）硬模板法硬模板法是以一种以现有的且孔隙构造和成分已知的硬质材料作为模板，将前驱体通过物理或化学方法填充到硬模板的孔隙中，经过碳化使碳原子固定在硬模板上了，最后使用物理或化学反应将孔隙中硬模板移除，以获得具有特定孔结构的多孔碳材料。
早在1982 年就提出硬模板法合成多孔碳材料的概念。
硬模板指结构刚性的物质，如硅基材料、金属氧化物和硫化物材料等。
硬模板法制备多孔碳材料，主要由模板母体决定其孔结构，选用不同的硬模板就可以得到相应孔结构的多孔碳材料如图1-2。
图1-2 用沸石、介孔二氧化硅、二氧化硅猫眼石和AAO 薄膜为模板分别合成（a）大孔、（b）介孔（c）微孔碳材料和（d）碳纳米管虽然硬模板法可以成功地制备出具有极其规整的孔道结构的多孔碳材料，但是整个制备过程可以分为硬模板的选择或制备、碳前驱体填充、高温碳化、硬模板的去除等步骤，非常复杂繁琐，这就导致了合成周期漫长，操作的每一歩都是整个制备过程的关键[1]。
模板法分为以步伐和两步法，这里主要介绍一步法。
一步法就是使用溶胶-凝胶法，将硅源和碳源一同加入，当模板形成后，碳源在模板组装成功，碳化溶硅有序介孔结构成功制备。
一步硬模板法以其工艺过程简便环保，无需多次浸渍碳前驱体或添加价格昂贵的嵌段聚合物，且环保实用，在大规模生产介孔碳用于工业生产和应用具有广阔的前景。
Han 等均以廉价的硅酸钠为硅源，蔗糖为碳源，合成了孔径为3nm 且孔道连续的介孔碳材料；Kyotani 等人以正硅酸乙酯（TEOS）为硅前驱体，将糠醛与正硅酸乙酯（TEOS）发生聚合反应。
碳化溶硅后，获得的高比表面积（1060m2/g）的多孔碳材料，介孔率在70%以上。
SiO2在炭化过程中起到支撑作用，通过改变炭化温度和HCl 的用量，可以有效的控制SiO2的离子的大小，进而控制炭材料的孔径。
Ting在酸性溶液中使用正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，表面活性剂（P123）和蔗糖作为共碳源制备了有序介孔碳材料。
材料显示了较高的表面积（1225m2/g）。
Li 等以酚醛树脂为碳源，TEOS 为硅源，40℃下酸性条件下，让TEOS 水解充分。
铺膜缓慢挥发乙醇，成功的制备了有序介孔碳材料。
材料具有 6.7 nm 的孔径，BET 比表面积约为2390 m2/g。
没有添加TEOS 的样品，样品的BET 比表面积明显降低到了650 m2/g，说明了TEOS 起到增大比表面积和增加微孔的作用。
因此，一步法制备有序介孔碳材料的前提条件就是需要长分子链的有机高分子作为模板，添加酸，如硝酸，硫酸为交联剂。
产物中的孔结构基本是一步添加的硅源和碳源的量所决定的[2]。
1.4 多孔碳材料在电化学中的应用近年来，随着人们对能源问题和环保问题的日益关注，人们越来越意识到开发新能源的重要性。
多孔碳作为能量存储材料正逐渐被研究开发，已广泛应用于储氢、天然气存储、锂离子电池、燃料电池和超级电容器等领域。
1.4.1 电化学储氢目前许多研究工作都是以合金进行储氢，储氢合金种类繁多，性能各异。
但总体来说，合金储氢中制备合金过程复杂，成本高，储氢量低。
而与储氢合金相比，多孔碳材料是最好的储氢材料。
多孔碳吸附储氢，具有吸氢和放氢过程完全可逆、储存容器质量轻、价格低廉、抗中毒性能较好、工作压力低、吸放氢不需在高温下进行、储氢密度高(理论容量可达到 5 wt%-10 wt%)等优点，逐渐成为当前储氢材料开发和研究的热点[1]。
1.4.2 超级电容器1.4.2.1超级电容器的基本原理(l)双电层电容器一对浸在电解质溶液中的固体电极在外加电场的作用下,在电极表面与电解质接触的界面电荷会重新分布、排列。
作为补偿,带正电的正电极吸引电解液中的负离子,负极吸引电解液中的正离子,从而在电极表面形成紧密的双电层,由此产生的电容称为双电层电容。
双电层是由相距为原子尺寸的微小距离的两个相反电荷层构成,这两个相对的电荷层就像平板电容器的两个平板一样。
Helmholtz首次提出此模型lsl。
如图1.2所示。
能量是以电荷的形式存储在电极材料的界面。
充电时,电子通过外加电源从正极流向负极,同时,正负离子从溶液体相中分离并分别移动到电极表面,形成双电层:充电结束后,电极_L的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在l卜负极间产生相对稳定的电位差。
在放电时,电子通过负载从负极流到正极,在外电路中产生电流,正负离了从电极表面被释放进入溶液体相呈电中性。
根据以_L两个公式可知:电容器工作电压的增大可以显著地提高功率密度和能量密度。
(2)法拉第鹰电容器法拉第鹰电容器也叫法拉第准电容,是在电极表面活体相中的:'.维或三维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。
这种电极系统的电仄随电荷转移的量呈线性变化,表现出电容特征,故称为“准,匕容”,是作为双电层吧电容器的·种补充形式。
法拉第准电容的充放电机理为:电解液中的离子(一般为H+或OH一)在外加电场的作用下向溶液中扩散到电极/溶液界面,而后通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中;若电极材料是具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。
放电时这些进入氧化物中的离子又会重新回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路释放出来。
在电极的比表面积相同的情况下,由于法拉第鹰电容器的电容在电极中是由无数微等效电容电路的网络形式形成的,其电容量直接与电极中的法拉第电量有关,所以法拉第鹰电容器的比电容是双电层电容器的10一100倍,目前对法拉第鹰电容的研究工作成为一个重点开展的方向[3]。
1.4.1.2超级电容器的结构超级电容器的结构如图1.3所示,是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成。
电极材料与集流体之间要紧密相连,以减小接触电阻;隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件,一般为纤维结构的电子绝缘材料,如聚丙烯膜。
电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。
1.4.1.3超级电容器的应用超级电容器与传统电容器、电池作比较,见表1.4.1超级电容器具有更高的功率密度和循环寿命,特别适合应用于需要高功率输出的环境。
例如应用超级电容器可以满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率要求;或作为燃料电池的启动动力、移动通讯和计算机系统的后备电源等。
电化学能量储存可用于需要高能量密度的领域,例如:电机、数字通讯系统和为电脑提高脉冲能量等。
具有电池和电容器的性质,可用超级电容器调节能量值。
与普通的电容器相比,超级电容器具有较小的尺寸,因此,它拥有不同寻常的储存大量电能的能力。
此性质对于混合工具上的自动化应用程序、电池电子工具的后备能源、风力涡轮机的电子能量应用程序有重人意义。
然而由于大多数超级电容器都使用有机电解液,造成单位电容的价格很高,最初只应川于军事领域,作潜艇或坦克发动机的启动动力。
近年来电极材料的比电容不断提高,超级电容器逐渐走向民用。
但是提高现有电极材料的比电容,研制在水相电解液,具有高能量密度的超级电容器依然是研究者面临的挑战。
只有攻克这一瓶颈问题,超级电容器才有可能在能量储存领域获得不可或缺的位置[4]。
1.5 多孔碳电极材料研究进展近年来,多孔碳材料由于具有高比表面积、良好的电子导电性、价格低廉以及环境友好等优点而在气体储存与分离、催化剂载体、污水纯化,尤其是能量储存和转化等领域被广泛应用。
对于能量的储存,多孔碳材料作为锂离子电池或者钠离子电池的负极、锂硫电池中硫载体以及金属空气电池的空气电极被越来越多的科研工作者报道。