多孔碳材料研究进展

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第4章多孔炭材料材料

第四章多孔炭材料
多孔炭材料
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料，其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔。
作为新材料，它们又具有耐高温、耐酸碱、导电、传热等一系列优点。多种形态的活性炭是这类材料的典型例子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理和空气净化等方面已得到广泛的应用。活性炭活性碳纤维碳分子筛
原料粘结剂
活化介质: CO2、空气、
烟道气等
水蒸汽
混合
成型
炭化
活化
产品
分级
干燥
洗涤
优点：对环境无污染，缺点是收率不高，活化温度较高。
物理活化法工艺
反应主要工序为炭化和活化两个阶段。炭化就是将原料加热，预先除去其中的挥发成分，
制成适合于下一步活化用的炭化料。炭化的实质是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、氧等元素的组成被分解，炭原子不断环化，芳构化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断富集，最后成为富炭或纯炭物质。
泥煤，褐煤，无烟煤，煤沥青
石油原料石油焦，石油沥青，石油渣，油砂地沥青
塑料
聚氯乙烯，聚丙烯，各种树脂等
其它
砂糖，蜜糖，旧轮胎等
制备方法
物理活化法利用气体介质对原料进行活化成孔化学活化法利用化学试剂对原料进行活化成孔化学-物理活化法先化学活化再用物理法进一步扩孔
物理活化法工艺流程图
得比表面积为3231m2/g的AC；大连舰艇学院的梅建庭等以煤沥青为原料，采用KOH活化制
出比表面积为2690m2/g的AC。
活性炭的结构
微晶结构孔隙结构

多孔碳材料的制备及其储能性能研究

多孔碳材料的制备及其储能性能研究随着能源危机的加剧，储能技术成为解决环境和能源问题的一项关键技术。

多孔碳材料因其优异的电化学性能而成为超级电容器、锂离子电池、燃料电池等储能器件的重要材料。

本文将介绍多孔碳材料制备方法和储能性能研究进展。

1. 多孔碳材料制备方法多孔碳材料的制备方法包括模板法、碳化物法、水热法、物理气相沉积法等。

其中模板法得到的多孔碳材料具有孔径分布均匀、孔径大小可调、孔壁光滑等优点。

碳化物法制备的多孔碳材料具有高比表面积和丰富的孔洞结构。

水热法可以制备出纳米级多孔碳材料，具有较高的电容性能。

2. 多孔碳材料的储能性能研究进展多孔碳材料的电容性能受孔径大小、孔隙度和孔道结构等多种因素影响。

近年来，研究人员通过控制碳材料的孔径、孔隙度和孔道结构等因素，进一步提高了多孔碳材料的储能性能。

（1）孔径大小对储能性能的影响理论上，孔径越小，电容越大。

实际研究发现，孔径在1~10 nm的多孔碳材料具有优异的电容性能。

当孔径小于1 nm时，电容反而降低。

这是因为孔径过小时，电解液中离子难以进入孔道内部，导致电容降低。

（2）孔隙度对储能性能的影响孔隙度是指多孔碳材料的空隙占比。

一般来说，孔隙度越高，电容越大。

然而，孔隙度过高会导致电容下降。

这是因为孔道结构过于分散，导致离子传输困难，影响电容性能。

（3）孔道结构对储能性能的影响多孔碳材料的孔道结构包括直孔、弯曲孔、分支孔等。

研究表明，弯曲孔和分支孔有利于离子传输，提高了多孔碳材料的储能性能。

3. 多孔碳材料未来研究方向多孔碳材料的制备和储能性能研究在过去几十年里得到了飞速发展。

未来，需要进一步探究多孔碳材料的制备新方法、孔道结构调控机制、化学修饰等，提高多孔碳材料的储能性能。

同时，多孔碳材料在储能器件中的应用仍需加强探索，拓宽多孔碳材料的应用领域。

4. 结论多孔碳材料制备方法多种多样，不同制备方法得到的多孔碳材料具有不同的孔径大小、孔隙度和孔道结构等，影响了其储能性能。

碳质多孔材料的研究现状及进展

碳质多孔材料的研究现状及进展
李丹李嘉俊
陕西省建筑科学研究院
摘要碳质多孔材料具有密度低高导电和高导热热膨胀系数小抗冲击等诸多优点被广泛应用于隔热材料热容材料电极材料催化剂载体和吸附材料等领域本文阐述了碳质多孔材料及其改性方法的研究现状探讨了碳质多孔材料的发展趋势 : 关键词碳材料 ; 泡沫 ; 改性 ; 孔洞
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碳质泡沫材料的发展趋势碳质泡沫材料的研究仍然有诸多问题悬而未决今后对于碳质泡沫材料的研究认为应该重点加强以下几个方面 (l ) 研究提高碳质多孔材料的力学性能的策略和方法并建立相关的数学模型对其强度进行预测 z 分析碳质多孔材料在不同服役环境下的失效演变机理 ) ( 采用无损检测技术研究碳质多孔材料的失效过程 (3 ) 拓展碳质多孔材料在隔热领域的应用的关键仍然是其表面改性技术的进步需要结合表面改性添加增强相和高温处理等方法促进碳质多孔材料改性技术的长足进步 ’) ( 探索碳质多孔材料与其他材料的结合途径在发挥碳质多孔材料的功能性作用的基础上实现材料的结构功能一体化 ) 研究碳质多孔材料的孔隙机构和微孔尺寸的控制方法 5 ( 建立微孔尺寸和孔隙分布与材料的力学性能和热学性能的关联性数据库

多孔碳材料的制备与应用

多孔碳材料的制备与应用摘要:多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定高、导电性好等优点，由于多孔结构的引入，还具有比表而积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点，在催化、吸附和电化学储能等方而都得到了广泛的应用。

本文综述了微孔、介孔、大孔及多级孔碳等多孔碳材料的最新研究进展，重点介绍了多孔碳孔道结构的调控，并对多孔碳材料的应用进行了展望。

关键词:多孔碳；模板合成；活化合成；有序孔道Abstract: Porous carbon with large specific surface area，tunable porous structure，high stability and good electron conductivity，has attracted considerable attention due to its promising applications in the fields of catalyst，catalyst support，absorption and electrochemical energy storage．This manuscript reviews recent development in the fabrication of microporous carbon，mesoporous carbon，macroporous carbon and hierarchically porous carbon with both ordered and disordered porous structures.The so-called soft- and hard-template methods are efficient in tuning the porous structures and morphologies of carbon materials.The potential applications of porous carbon materials are also highlighted in this review．Key words porous carbon:template synthesis; activation preparation; ordered porous channels一．引言多孔碳材料是指具有不同孔结构的碳材料，其孔径可以根据实际应用的要求(如所吸附分子尺寸等)进行调控，使其尺寸处于纳米级微孔至微米级大孔之间。

多孔碳材料的研究进展

Cheminform， 1999， 30(50).
Joo S H， Choi S J， Oh I， et al. Ordered nanoporous arrays of carbon supporting high dispersions of platinum nanoparticles[J]. Nature， 2001， 412(6843):169-
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硬模板法
• 硬模板法流程：先合成多孔分子筛，以其为硬模板，将碳前驱体灌入其孔道中，将形成的纳米有机物/硅复合材料经过高温碳化和模板刻蚀技术，最终获得多孔碳材料。其孔结构和孔道尺寸主要取决于所使用的硬模板的结构，通过选择不同结构的硬模板，来控制和合成反相复制模板的多孔碳材料。
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硬模板法
美国国立可再生能源实验室采用tpd程序控温脱附仪测量单壁纳米碳管swnt的载氢量从实验结果推测在常温下swnt能储存510wt的氢气并认为swnt接近氢燃料电池汽车的应用标准9wtchen等对金属掺杂对纳米碳管储氢容量的影响进行了研究他们称掺杂li及掺杂k的多壁碳纳米管在常压200400条件下的储氢量分别高达20及14
硬模板法
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软模板法
• 软模板法利用表面活性剂作为模板剂，通过表面活性剂和碳源之间的相互作用,经过自组装形成多孔结构。
赵东元课题组以酚醛树脂为碳源，在乙醇做溶剂条件下，利用溶剂挥发诱导自组装将嵌段共聚物与碳源自组装形成具有介孔结构的高分子聚合物，而后经过脱除模板和预碳化得到有序介孔碳材料。
• 1999年，韩国科学家Ryoo等人以蔗糖为碳源，以介孔二氧化硅分子筛MCM-48 为模板，首次合成出有序介孔碳材料CMK-1。

多孔碳材料的研究进展课件(一)

多孔碳材料的研究进展课件(一)多孔碳材料是一种新型的碳材料，拥有开发多个孔隙的特殊结构，使其具有很强的吸附能力、催化活性和导电性，因此在环境治理、化学催化、能源存储等方面具有广阔的应用前景。

本课件将对多孔碳材料的研究进展进行详细介绍。

一、多孔碳材料的分类根据孔径大小和形态分布，多孔碳材料可以分为以下几类：1. 微孔碳材料：亚纳米尺寸级别的孔隙大小只有2~3nm，内部结构紧密，表面积相对较小，通常用于气体分离和储存。

2. 中孔碳材料：孔隙大小在10~100nm范围内，内部结构相对疏散，表面积比微孔碳高，通常用于固体催化反应、吸附和分离。

3. 大孔碳材料：孔隙大小超过100nm，内部结构疏松，表面积相对较小，通常用于电池电解介质或者储存电能。

二、多孔碳材料的制备方法制备多孔碳材料的方法多种多样，常见的包括物理法、化学法、物理化学法及其衍生方法等。

常见的方法有：1. 碳化法：根据原料不同制备出不同的多孔碳材料，常用的原料包括聚苯乙烯、酚醛树脂等。

2. 模板法：通过选择合适的模板材料和模板剂，制备出拥有多种孔径、孔隙结构或者表面形貌的多孔碳材料。

3. 化学法：通过选择合适的前驱体，利用典型的化学反应制备出多孔碳材料，如硫酸葡萄糖法，等离子体刻蚀法等。

三、多孔碳材料的应用1. 环境治理：多孔碳材料可以通过吸附和分解有机物等方式，起到净化环境的作用。

2. 化学催化：多孔碳材料的催化效果具有很大优势，可用于催化剂的制备、有机合成、电化学催化等方面。

3. 能源存储：多孔碳材料作为电容器或储能材料可以用于电源和超级电容器等方面。

四、结语多孔碳材料的研究进展一直是碳材料研究的热点和重点。

我们相信，在未来的科技研究中，多孔碳材料将会继续得到广泛关注和应用。

生物基多孔炭制氢储氢材料的研究进展

生物基多孔炭制氢储氢材料的研究进展作者：徐沣驰赵曜吕明磊来源：《科学大众·教师版》2021年第11期摘要：化石燃料不可再生且燃烧污染较大，风能、光伏、生物质等可再生新能源的波动性、季节性等特征对实际使用影响较大，因而研发清洁稳定的能源对人类社会可持续发展至关重要。

氢能作为燃料，燃烧热值高、无污染，是典型的清洁零碳能源。

将氢能与生物质材料有机结合，制备性能优异的生物基多孔炭材料，不仅有利于高效稳定制氢和储氢，而且可有效降低生产成本，为实现氢能的长期稳定使用提供了有效途径。

关键词：清洁能源; 氢能; 生物基多孔炭; 制氢; 储氢中图分类号：TB383;TK91 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2021）11-114-0021.前言化石燃料是当今世界最重要的能源，但随着科技的發展和人口的增长，不可再生的化石燃料终有一天会消耗殆尽。

同时，化石燃料燃烧向大气排放大量温室气体，造成大气环境污染，南北两极冰川融化、全球气候变暖、极端气候增加等正成为威胁人类生存的重大问题[1]。

利用风能、光伏和生物质等可再生能源发电可在一定程度上缓解因使用化石燃料而导致的环境问题，但风能、光伏和生物质能发电又具有波动性、季节性和间歇性等特点，尚不具备与常规能源发电的竞争力。

向“双碳”目标靠近，寻求和开发低碳、无碳新能源，成为可持续发展的唯一途径。

氢是自然界中含量最丰富的化学元素，氢气的燃烧热值高，且燃烧产物是水，对环境无污染，这也是其区别于石油、煤等传统化石燃料的最大优势。

因此氢被认为是解决全球变暖和相关能源环境问题的关键方案。

氢能作为一种清洁、零碳能源，拥有巨大储量，是未来最具前景的清洁能源之一。

氢气用作车用燃料能够极大降低对化石燃料的依赖，减少尾气对环境的污染。

但要想推进氢能应用，不仅需要先进的制氢技术[2]，与之配套的高效储氢技术也不可或缺。

煤气化制氢、生物质气化制氢和电解水制氢是几种常见的制氢方式。

多孔炭材料

多孔炭材料
所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料，其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级大孔。
多孔炭材料具有耐高温、耐酸碱、导电、传热等一系列优点。多种形态的活性炭是这类材料的典型例子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理和空气净化等方面已得到广泛的应用。活性炭活性炭纤维膨胀石墨微纳米多孔炭材料
国内外活性炭的生产现状
二战前后，美国的AC产量一直居世界第一位。80年代后，第三世界国家的AC工业开始发展，产量逐渐增加，到目前，世界五大洲40多个国家生产AC，年产量达70多万吨。
国外AC工业起步较早，活性炭需求量也与日俱增。西方一些方达国家在环保方面的人均活性炭需求量达到300400克/年·人。目前世界活性炭年消费量超过70万吨，并以每年15%的速度递增长。
炭化样与活化样ＳＥＭ图
活性炭的主要性能表征
比表面积及孔径分布ＢＥＴ比表面测定仪
孔隙结构
ＳＥＭ TEM ＳＴＭ
表面化学结构
ＦＴＩＲ RAMAN
微晶结构
ＸＲＤ
BET吸附理论
吸附的发生是由于吸附质分子与吸附剂表面分子发生相互作用。吸附作用一般分为两类，一种为物理吸附，即吸附质分子与吸附剂之间的作用力是范德华引力，另一种为化学吸附，即吸附质分子与吸附剂之间形成表面化学键。
我国的AC产量也一直呈上升的趋势，单从出口来看，我国早在1995年就已超过美国，成为活性炭最大的出口国。
高比表面积活性炭的研究进展
早在20世纪70年代，美、日等国已开展高比表面AC的研究工作，并获得比表面积>3000m2/g的实验室样品。
AMOCO公司研究发现，在煤或石油焦中加入数倍的碱活化处理可使AC比表面迅速提高，得到前所未有的高吸附容量的AC。从此采用KOH作活化剂的化学活化法制备高比表面积、性能良好AC的新型方法及产品不断出现。

磁性多孔碳材料的研究进展

04098功滋讨科2021年第4期(52)卷文章编号：1001-9731(2021)04-04098-07磁性多孔碳材料的研究进展”颛孙梦林1，何伟1,(1.沈阳化工大学材料科学与工程学院，沈阳110142； 2.辽宁隆镁科技有限公司，辽宁鞍山114207)摘要：磁性多孔碳材料同时具有磁性和多孔性质，其拥有丰富的孔道结构、高的比表面积、高孔容、良好的活性位点和磁性可分离等优异的性能，可以很好的解决多孔碳材料在应用过程中难分离回收等问题，因此，磁性多孔碳材料已经在吸附领域得到广泛的应用。

按照孔径大小、磁性强弱以及组合方式的不同将磁性多孔碳材料进行了分类，并综述了近年来磁性多孔碳材料的制备方法以及吸附应用，最后，对磁性多孔碳材料的应用前景进行了展望。

关键词：多孔碳材料；磁性；制备方法；吸附中图分类号：TB34文献标识码:A DOI：10.3969/.issn.1001-9731.2021.04.0140引言多孔碳材料［］具有高度发达的孔隙结构、高比表面积、良好的电导率、有序的多孔结构、大孔隙体积、强耐腐蚀性、热稳定性和良好的活性位点等优异的物理化学性能，因此，广泛应用在超级电容器电极23］、催化与储能［］、电池负极材料［］、重金属离子吸附［］、气体吸附⑺和微波吸收］8］等诸多领域。

目前，工业废水的大量排放,其中的许多染料对环境和人类身体健康具有一定的危害性，因此，从工业废水中去除有机染料就显得十分重要。

多孔碳材料凭借自身特性可应用于有机染料吸附，然而，常规的多孔碳材料在实际应用中难以分离和回收，且可能会造成二次污染。

随着人们对多孔碳材料的深入研究，开发具有优异性能的磁性多孔碳材料成为研究热点。

科研工作者们通过对多孔碳材料进行磁性复合来制备磁性多孔碳材料，如在多孔碳材料中增加磁性纳米粒子，可以轻而易举地将被污染的多孔材料分离出来，达到分离净化、重复利用的目的。

磁性多孔碳材料［］具有高比表面积、高孔容、吸附能力强、磁性可分离等特点，拥有磁性性质和多孔性质，可以很好的解决多孔碳材料的缺陷,在诸多领域有着巨大的应用潜力，如作为宽带电磁波的吸收剂［0］、用于药物输送［1］、屏蔽电磁干扰［2］等，磁性多孔碳材料所具备的优异特性有助于其作为吸附剂发挥出色的性能。

多孔材料发展、制备与构效关系

图文速递
3、功能化的多孔碳材料(杂原子掺杂效应)
杂原子掺杂是指在碳原子的晶格中, 外来的原子替代了一些碳原子, 从而显著地改变了最终材料的电子和表面电荷的性质。主要有原位掺杂和后处理掺杂两种方法。原位掺杂是指将预先制备的含杂原子的碳前驱体材料进行高温碳化，一步得到杂原子掺杂的多孔碳材料。其优点：将杂原子均匀地结合到整个纳米多孔碳体系中。后处理掺杂主要是对多孔碳材料通过浸渍或氧化的方法进行后处理, 从而使多孔碳材料表面接上含有杂原子的官能团或者将多孔碳材料置于含有杂原子的气体中，在高温条件下反应从而得到杂原子掺杂的多孔碳材料。其优点：通常只是将多孔碳材料表面功能化而不改变其整体性质。
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2.1.1、硬模板法
图2、P掺杂介孔碳的制备示意图及其SEM和TEM图
常用的硬模板包括介孔氧化硅、阳极氧化铝、沸石分子筛和胶体晶体等。最先由英国爱丁堡大学的Knox教授等提出。目前，利用硬模板法制备了大量具有高比表面积、大孔体积、不同形貌的多孔碳材料。虽然目前制备了许多类型的有序或无序的多孔碳材料，并且能够较好地控制它们的孔径和形貌，但是其操作过程复杂、耗时较多且碳化以后需要去除模板，存在模板残留问题。
图文速递
3.1、氮掺杂
图6、分级多孔N掺杂的碳材料制备示意图
氮(N)的原子半径与碳相似, 但具有与碳原子不同的电子构型和电负性。氮掺杂到多孔碳骨架中可以改变它们的电子结构，同时使晶格失配最小化，从而产生独特的电子特性。目前，仍存在一些亟需解决的问题：（1）需要开发更简单、有效制备高氮含量掺杂碳材料的方法；（2）需要进一步阐明不同类型的氮在氮掺杂碳材料中的作用机理；（3）如何精确调控氮原子的含量和不同类型氮原子的比例。
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zif-8碳化的多孔碳吸附电增强吸附磺胺甲恶唑的研究

目录摘要 (I)Abstract (III)引言....................................................................................................................... - 1 -1 多孔碳材料吸附/电吸附污染物研究进展............................................................ - 3 -1.1 MOFs碳化的多孔碳材料概论................................................................... - 3 -1.1.1 金属有机骨架材料简介................................................................... - 3 -1.1.2 MOFs碳化的多孔碳材料制备........................................................ - 4 -1.1.3 MOFs碳化的多孔碳材料特性及应用............................................ - 6 -1.2 吸附理论概述............................................................................................ - 11 -1.2.1 吸附理论......................................................................................... - 11 -1.2.2 吸附剂发展..................................................................................... - 12 -1.2.3 吸附动力学..................................................................................... - 14 -1.2.4 吸附热力学..................................................................................... - 17 -1.2.5 吸附影响因素................................................................................. - 18 -1.3 电吸附研究进展........................................................................................ - 19 -1.3.1 电吸附原理..................................................................................... - 19 -1.3.2 电吸附在污染控制方面研究......................................................... - 19 -1.4 有机污染物的污染控制............................................................................ - 20 -1.5 本文主要研究内容与思路........................................................................ - 21 -1.5.1 选题依据......................................................................................... - 21 -1.5.2 选题目的和意义............................................................................. - 21 -1.5.3 研究内容......................................................................................... - 22 -2 多孔碳材料的制备和表征................................................................................... - 23 -2.1 实验材料与方法........................................................................................ - 23 -2.1.1 实验材料......................................................................................... - 23 -2.1.2 纳米多孔碳材料制备和活性炭的活化......................................... - 24 -2.1.3 纳米多孔碳材料的表征................................................................. - 25 -2.2 结果与讨论................................................................................................ - 27 -2.2.1 元素分析......................................................................................... - 27 -2.2.2 扫描电镜(SEM)分析...................................................................... - 27 -2.2.3 BET比表面及孔径分析 ................................................................ - 28 -基于MOFs碳化的多孔碳吸附/电增强吸附有机污染物的研究2.2.4 Zeta电位分析................................................................................. - 32 -2.2.5 红外光谱分析................................................................................. - 33 -2.2.6 拉曼光谱分析................................................................................. - 33 -2.2.7 X-射线衍射分析............................................................................. - 35 -2.3 本章小结.................................................................................................... - 35 -3 多孔碳材料吸附SMX的研究 ............................................................................ - 37 -3.1 实验材料与方法........................................................................................ - 38 -3.1.1 实验材料......................................................................................... - 38 -3.1.2 目标污染物的定量分析................................................................. - 39 -3.1.3 批处理吸附实验............................................................................. - 39 -3.2 结果与讨论................................................................................................ - 41 -3.2.1 污染物的结构特征......................................................................... - 41 -3.2.2 吸附动力学..................................................................................... - 42 -3.2.3 吸附等温线..................................................................................... - 44 -3.2.4 纳米多孔碳特征对吸附的影响..................................................... - 45 -3.3 小结............................................................................................................ - 46 -4 多孔碳电极制备及电增强吸附SMX的研究 .................................................... - 47 -4.1 材料与方法................................................................................................ - 48 -4.1.1 实验材料......................................................................................... - 48 -4.1.2 电泳沉积法制备多孔碳/Ti (NPC/Ti)电极和碳纳米管/Ti (MWNT/Ti)电极..................................................................................................................... - 49 -4.2 结果与讨论................................................................................................ - 51 -4.2.1 多孔碳电极的特征......................................................................... - 51 -4.2.2 电吸附动力学................................................................................. - 52 -4.2.3 电吸附等温线................................................................................. - 57 -4.3 小结.............................................................................................................. - 59 -结论..................................................................................................................... - 60 -参考文献..................................................................................................................... - 61 -攻读硕士学位期间发表学术论文情况..................................................................... - 65 -致谢..................................................................................................................... - 66 -................................................................. - 67 -引言随着社会的不断发展，人们的生活水平日益提高，科技、医学水平也不断进步，生活中形形色色的洗涤剂、护理品和药物等都通过不同的方式流入到水环境中，对生态环境和人类健康都产生了一定的影响。

多孔碳材料的制备与性能研究

多孔碳材料的制备与性能研究多孔碳材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，在能源储存和转换、环境污染治理、催化剂载体等领域有着重要的应用价值。

本文将重点介绍多孔碳材料的制备方法和性能研究进展。

一、多孔碳材料的制备方法多孔碳材料的制备方法多种多样，主要包括模板法、自组装法、碳化法和化学气相沉积法等。

在模板法中，通过在模板表面上沉积碳源，再通过热处理或化学处理去除模板，最终得到多孔碳材料。

这种方法可以制备具有高度有序和连续孔道结构的材料，但模板的制备和去模板过程的控制较为复杂。

自组装法通过控制分子或物质的相互作用，在溶液中形成具有特定结构的分子自组装结构，然后通过热处理将其转化为多孔碳材料。

这种方法简单、灵活，并且能够制备出具有调控孔径和孔隙结构的材料。

碳化法利用碳化前体经高温热处理，使其发生碳化反应生成多孔碳材料。

常用的碳化前体包括聚合物、天然有机物和金属有机框架等。

碳化法可以得到高孔隙度、孔径可调的多孔碳材料，但材料的孔径分布范围较窄。

化学气相沉积法通过在气相反应条件下，使气体中的碳源经热解生成碳沉积在基底上，形成多孔碳材料。

这种方法制备的多孔碳材料具有优异的结晶性和孔结构可调性。

二、多孔碳材料的性能研究多孔碳材料的性能研究主要包括孔结构特征、表面性质以及应用性能等方面。

多孔碳材料的孔结构特征包括孔径、孔隙度和孔道连通性等。

孔径大小直接影响材料的吸附和传质性能，较大孔径的材料适用于吸附较大分子物质，而较小孔径的材料则适用于吸附小分子。

孔隙度是指孔隙体积与总样品体积的比值，决定着材料的储存和传输性能。

孔道连通性是指多孔材料内孔道的连通情况，好的连通性能能够提高材料的气体分离性能。

表面性质是多孔碳材料的另一个重要性能指标，包括比表面积、气体分子在表面的吸附行为和表面化学性质等。

较大的比表面积有利于提高材料的吸附性能和催化活性。

气体分子在材料表面的吸附行为与材料的孔径和孔隙度有关，可以通过吸附实验进行表征。

多孔炭材料的研究进展及前景

收稿:1995年4月多孔炭材料的研究进展及前景郑经堂　张引枝　王茂章(中国科学院山西煤炭化学研究所　太原030001)摘　要　近年来多孔炭材料在国内外的研究和开发应用都十分活跃。

本文从制备原料的扩展,形态特征的增多,纳米空间的控制,功能特性的改进,微细组织的察,应用途径的开拓等不同方面综述了多孔炭材料的研究和应用开发的新进展。

关键词　吸附剂　活性炭　活性炭纤维　活性炭膜　分子筛碳The Study Progress and Prospect of Porous Carbon MaterialsZheng J ingtang Zhang Yinz hi W ang M aoz hang(Institute of Coal Chemistry ,Chinese Academy of Sciences,T aiy uan 030001)Abstract This paper sy stematically summ ar izes new developments of study and uses abo ut poro us carbon m aterials from various aspects ,such as ex pansions o f productio n ma-terials,increases of shape features,co ntrol o f nanom eter distance,improv em ents of function character,test o f fine structures and exploitatio n of new use channels.Key words adsorbents ;activated carbon ;activ ated carbon fiber ;activated carbon film ;m olecular siev e carbon所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料,其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔。

聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料_概述及解释说明

聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料概述及解释说明1. 引言1.1 概述该篇文章将对聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料进行概述和解释说明。

多孔碳材料作为一类具有广泛应用前景的新型材料，其独特的结构和性能使其在催化剂、能源存储与转换以及吸附分离等领域展示出巨大潜力。

然而，传统的碳材料还存在着一些问题，如比表面积低、孔径分布不均匀等。

为了克服这些限制，并进一步改善碳材料的性能，近年来引入了聚合物衍生方法和杂原子掺杂策略。

1.2 文章结构本文将按照以下结构组织内容：章节2：详细介绍聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料。

该章节包括聚合物衍生方法的概述、杂原子掺杂对碳材料性能的意义和作用以及多孔碳材料的特点和应用领域。

章节3：解释说明聚合物衍生过程及其影响因素。

在此部分中，我们将介绍聚合物衍生过程的基本步骤，并探讨不同杂原子种类对碳材料性能的影响以及衍生条件对产品性质的调控效果。

章节4：总结目前杂原子掺杂多孔碳材料制备策略的研究现状。

我们将分别总结硬模板法、软模板法和其他制备方法在制备杂原子掺杂多孔碳材料方面的研究进展，为读者提供一个全面了解该领域最新进展的综述。

章节5：结论部分对主要研究结果进行总结，并指出存在的问题并提出未来可能的研究方向和展望。

1.3 目的本文旨在系统地介绍聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料，并深入解释说明其制备过程中影响因素和相关研究现状。

通过本文的阐述，读者可以更好地理解该领域内多孔碳材料及其应用，同时也为今后在该领域进行更深入的研究提供参考。

2. 聚合物衍生的杂原子掺杂多孔碳材料2.1 聚合物衍生方法概述聚合物衍生方法是制备杂原子掺杂多孔碳材料的关键步骤之一。

该方法利用聚合物作为前驱体，在高温条件下进行热解或碳化处理，从而形成具有丰富孔结构和掺杂原子的多孔碳材料。

常用的聚合物包括聚苯胺、聚氨酯、聚乙烯等。

2.2 杂原子掺杂的意义和作用杂原子掺杂是指在多孔碳材料结构中引入非碳元素，如氮、硫、氧等。

氮掺杂多孔炭材料的制备及在多相催化中的应用_杨勇

* 联系人，李瑛
mail： liying@ zjut． edu． cn．博士，研究员，主要从事新型炭材料及催化剂工程研究。E-
20160227 收稿， 20160420 接受
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化学通报 2016 年第 79 卷第 10 期
http： / / www． hxtb． org
2 的 sp 杂化结构离域 π 体系带来负电荷，可以增强其导电性能。因此，氮元素的引入可以有效地
Preparation of Nitrogen Doped Porous Carbon Materials and Their Application in Heterogeneous Catalysis
Yang Yong ， Wang Yan， Lan Guojun， Li Jian， Li Ying *
图式 2
氮掺杂炭材料中氮的存在形式及
XPS 中相应 N1s 的结合能［24］ Scheme 2 Nitrogen functional forms possibly present in carbonaceous materቤተ መጻሕፍቲ ባይዱals，with their N 1s electronbinding energy［24］
2 材料的比表面积达到 1000 ～ 1300 m / g，且氮含量［ 27 ］为 2% ～ 5% 。 Vinu 通过将乙二胺、四氯化碳、
对孔结构不是很发达的材料有一定的扩孔作用。但其缺陷在于以气相模板法制备的氮掺杂多孔炭材料容易引起孔结构的坍塌，且材料中氮含量一般都较低。 2. 1. 3 水热法水热法是以含氮有机化合物为原料，大多使用生物质及生物质衍生物（如树叶、
［1 ～ 6 ］

超级电容器用多孔碳材料的研究进展

碳凝胶材料性能
质轻、大比表面积、中孔发达、导电性良好、电化学性能稳定的纳米级的中孔碳材料。
孔隙率达80％～90％，孔径3～20nm，比表面积400～1100m2/g，密度范围0.03～ 0.8g/cm3，电导率10～25S/cm。
克服使用活性碳粉末和纤维作电极时存在的内部接触电阻大，含有大量不能被电解液浸入的微孔，比表面积得不到充分利用的问题，是制备高比能量、高比功率电化学电容器的理想电极材料。
成本低，周期短
大连理工大学的李文翠：酚类同分异构物混合物（J）与甲醛（F）JF凝胶，成本低，周期短，但密度高于RF凝胶，比表面积也较RF凝胶略低
碳凝胶性能
RF的EDLC实验室样品：功率密度为7.7kW/kg，能量密度为5Wh/kg，比容量39F/g(以碳和电解液的重量之和为准，水电解液)。
碳纳米管改性
利用剩余的SP3杂化轨道引入官能团，产生法拉第准电容。E.Frackowiak证实表面官能团参与氧化还原反应故会形成准电容，比电容从80F/g增至137F/g。
E．Frackowiak:掺金属锂的碳纳米管电极在LiClO4电解液中在1．5～3V之间充放电时，表现出良好且独特的高压下的双电层电容效应，容量可达30F/g(非水电解液)。
X.Liu在研究发现，经过电化学氧化处理后碳电极容量从135F/g增加到171F/g，氧化处理后进行还原处理，容量增加更明显，增加到215F/g。认为主要是由于碳材料氧化后表面含氧官能团含量增加而引起的。
从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度出发，希望活性碳材料表面的官能团有一个合适的比例。
量大，循环寿命长，价格高，污染。
➢导电聚合物材料：工作电压高但电阻大。 ➢ 杂多酸：具有固体电解质的优点，使用方便。

玉米芯制备多孔碳材料的研究进展

玉米芯制备多孔碳材料的研究进展玉米芯作为一种廉价且易得的农业废弃物，在二十一世纪初期开始引起了人们的广泛关注。

通过科学的利用和综合开发，可以将其转化为高附加值的贵重物质。

在多孔材料的制备中，玉米芯也成为了一种重要的源材料。

本文将对玉米芯制备多孔碳材料的研究进展进行概述。

一、玉米芯做多孔碳材料的原理玉米芯中的纤维素、赖氨酸和天然油脂等成分，都可以用于制备多孔碳材料。

其中，纤维素是一种天然多糖，是多孔碳材料制备的主要成分。

在氧化过程中，纤维素被氧化成为含有羧基、酮基等官能团的物质，这些官能团与金属离子配对形成的化合物是多孔碳材料制备的有效前驱体。

经过一系列的处理步骤，玉米芯原料中的纤维素可以被转化为多孔的碳材料。

而多孔碳材料的介孔和微孔结构，也可以通过控制碳化条件、处理温度和时间等参数来实现。

此外，玉米芯中的赖氨酸和天然油脂的添加，可以提高多孔碳材料的比表面积和孔容。

二、玉米芯做多孔碳材料的制备方法玉米芯做多孔碳材料的制备方法可以分为物理法和化学法两种。

以下是常用的几种方法。

（一）热解法在高温下，玉米芯中的天然油脂和纤维素进行热解，生成碳化物和气体。

气体的流失会形成多孔结构，从而形成多孔碳材料。

这种方法不需要添加任何外源性材料，成本低廉。

但是，由于碳化程度不同，孔径大小和分布不均匀。

（二）化学活化法化学活化是指在玉米芯原料中加入化学活化剂，如盐酸、磷酸等，在高温下进行反应。

化学活化剂会引起纤维素的部分脱羧和脱水，从而形成孔洞。

这种方法可以控制孔径大小、孔洞分布和比表面积。

此外，还可以在化学活化的基础上，引入不同的气氛，如氮气、空气、二氧化碳等，以形成不同性质的多孔碳材料。

（三）物理活化法物理活化法也称为炭黑活化法，是指在高温下，将玉米芯原料中的纤维素表面和内部吸附了物质的碳吸附剂进行脱附作用，形成多孔结构。

这种方法在保留原材料性质的同时，可以得到亚浓缩的多孔碳材料。

三、多孔碳材料的应用多孔碳材料作为一种高比表面积的材料，具有很多优良的性质，可以应用于环境治理、电化学储能、分离纯化等领域。

无序多孔碳材料微结构模拟研究进展_王庆波

Key words : porous carbons ; microst ructu re ; b asi c b uilding element ; mimet ic ; modeli ng
多孔碳材料在环保、能源等领域有十分重要的应用 , 一直是个热门的研究领域。尽管人们很久就开始对多孔碳材料的结构进行研究 , 但是 , 对于无序多孔碳材料到目前为止还没有一个可以完全表征所有特性的模型。早期 , 模拟多孔碳材料的结构多采用狭缝孔模型。狭缝孔模型是用无限大的碳层平面之间的间隔来表征碳孔 , 孔径的大小通过调整间隔的大小来实现。这种模型至今仍被一些科研小组和学者应用。随着计算机性能的不断提高 , 越来越多的人借助分子模拟的手段 , 构筑更为真实的多孔碳材料微结构模型[ 2] 。通过建立较为真实的多孔碳材料模型 , 可以借助计算机模拟的方法开展在实验室条件下不能实现或者代价高昂的相关研究。从总体上讲 , 多孔碳微结构的真实模拟 , 首先要得益于结构表征技术的不断进步 , 尤其是高分辨率透射电子显微镜( H RT EM ) 的进步 , 使人们从原子尺度考察物质微观结构成为可能。此外够在较短的时间内完成 , 也促进了如仿真过程模拟等分子模拟手段在多孔碳材料微结构研究中的应用。多孔碳材料微结构的研究对人们研究吸附的机理、规律 , 以及流体在受限空间内的行为都有重要的作用 , 而这些规律的认知对多孔碳材料在有害物质吸附、能源存储等方面的应用有直接的指导作用 , 这也是推动人们不断地探求更好的方法来模拟多孔碳微结构的原因。本文所指的微结构是纳米尺度的多孔碳结构。
[ 1]
Review of microstructure models for porous carbons