模板法制备中孔碳材料
模板技术制备多孔碳材料及其应用研究
以降低成本和减小环境影响；此外可以进一步探索纳米多孔碳材料的新应用 领域，如能源储存、环境治理、催化剂载体等。
结论本次演示对MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用进行 了详细的探讨。通过分析相关研究成果和实验数据，我们发现该方法具有优异的 特点和广泛的应用前景。然而，仍存在一些问题和挑战，如MOFs的合成和分解成 本较高、热解过程中可能产生有害气体等。因此，未来需要进一步探索新的制备 技术和方法，以降低成本和减小环境影响，同时拓展纳米多孔碳材料的应用领域。
参考内容
引言
纳米多孔碳材料因其独特的结构和优异的性能，如高比表面积、良好的导电 性和化学稳定性等，在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域具有广泛的应用 前景。近年来，通过采用具有特定结构和功能的MOFs作为牺牲模板制备纳米多孔 碳材料的方法引起了研究者的极大兴趣。
MOFs是一种具有高度有序孔道结构的晶体材料，可以通过调控制备条件，实 现纳米多孔碳材料结构和性能的精确调控。本次演示将重点探讨MOFs作为牺牲模 板制备纳米多孔碳材料的方法及其应用，以期为相关领域的研究提供有益的参考。
多孔材料在各领域都有广泛的应用，特别是在纳米科学和技术领域。多孔材 料的特点在于其高度发达的孔隙结构，这使得它们能够提供极大的比表面积和吸 附能力。其中，多孔氧化铝模板在制备纳米材料中具有特别重要的地位。
多孔氧化铝模板的制备
多孔氧化铝模板的制备通常包括铝盐的溶解、氧化铝的合成、模板的构造等 步骤。其中，模板的构造是整个制备过程中的关键环节，它可以形成具有特定形 态、大小和分布的多孔结构。这个过程通常需要精确的控制，包括溶液的pH值、 温度、反应时间等因素。
3、环境污染治理
多孔碳材料在环境污染治理领域也表现出良好的应用前景。由于其具有较大 的比表面积和良好的吸附性能，多孔碳材料可以用于吸附和去除水体和空气中的 有害物质。例如，多孔碳材料可以用于水体中重金属离子的吸附和去除，以及空 气中的有害气体如硫化物和氮氧化物的吸附和转化等。
介孔碳材料的制备方法
介孔碳材料的制备方法
模板法通常是利用有机或无机模板，在其内部形成孔道结构，然后通过炭化过程将模板热解掉，得到具有介孔结构的碳材料。
其中，有机模板法主要包括硬模板法和软模板法两种，硬模板法利用有机物或无机物作为模板，形成孔道结构，然后进行炭化得到介孔碳材料；而软模板法则是利用聚合物和表面活性剂等作为模板，在炭化过程中形成介孔结构。
直接炭化法则是将碳源与催化剂混合后进行高温热解，形成介孔结构的碳材料。
这种方法制备的介孔碳材料具有高比表面积和介孔比例大的特点。
2.化学法制备介孔碳材料
化学法制备介孔碳材料主要包括溶胶凝胶法、水热法和共沉淀法等。
这种方法的特点是制备过程简单，操作方便。
溶胶凝胶法是将前驱体和模板混合后，形成凝胶，然后热解得到具有介孔结构的碳材料。
水热法则是利用水的高温高压使得前驱体和模板形成介孔结构的碳材料。
共沉淀法则是将前驱体和模板一起沉淀，然后经过热解得到介孔碳材料。
3.生物法制备介孔碳材料
生物法制备介孔碳材料主要包括生物质炭化法和生物结构体炭化法两种方法。
生物质炭化法是利用生物质作为碳源，通过热解得到介孔碳材料。
生物结构体炭化法则是利用天然的生物结构体作为模板，形成介孔结构的碳材料。
总之，以上三种方法各有特点，可以根据具体需要选择不同的制备方法。
模板法制备介孔材料及其在催化领域中的应用
模板法制备介孔材料及其在催化领域中的应用介孔材料是一种具有孔径在2-50nm之间，较高比表面积和较高孔隙度的材料。
具有这些特征的介孔材料在科学和工业领域中有广泛的应用，例如在催化、分离、吸附、传感等方面。
在制备介孔材料的方法中，模板法是应用最广泛的方法之一。
一、模板法的基本原理模板法是一种制备介孔材料的方法，它利用一种孔径大小和形状相似的模板，将模板与介孔材料合成前体物混合，并通过一定的处理方法，使模板从介孔材料中被去除。
模板的多样性（包括多孔材料、高分子、生物大分子等）和高度可控性使得模板法被广泛应用于介孔材料的制备中。
常见的模板材料有硬模板和软模板。
硬模板通常指的是一些具有强结构稳定性的材料，例如有序介孔材料的模板一般是二氧化硅或碳，而软模板则指一些比较活性的高分子或小分子化合物，例如PEG、P123和直链烷烃等。
二、模板法制备介孔材料的常见方法模板法制备介孔材料的方法有多种，其中主要包括硬模板法、软模板法和筛分法。
硬模板法：硬模板法是利用一定孔径和形状的硬模板，如介孔二氧化硅（MS）和有序介孔碳（CMK-3），将模板与预制介孔材料合成前体混合制备介孔材料。
其中，模板被去除通常采用酸或氧化剂等方法。
软模板法：软模板法是指利用高分子材料、生物分子等作为软模板制备介孔材料。
例如，通过P123在水和硅源之间的结构调控作用，可以制备出介孔二氧化硅。
筛分法：筛分法主要是指通过筛网或筛子等筛分作用，来选择孔径大小大于模板孔径的前驱组分，制备介孔材料。
筛分法主要适用于大孔介孔材料的制备。
三、模板法制备介孔材料在催化领域中的应用近年来，介孔材料在催化领域中得到了广泛的应用。
利用不同的模板法可制备出具有不同孔径和形态的介孔材料，这样就可以为催化反应提供不同类型的催化剂支撑，从而实现催化反应的高效和可控。
下面我们来看看模板法制备的介孔材料在催化领域中的应用。
1. 催化剂的支撑利用硬模板法制备的介孔材料具有很好的孔道结构和高比表面积，可以作为各种催化剂的理想载体，并且具有很强的化学稳定性。
介孔碳和介孔炭
介孔碳和介孔炭介孔碳和介孔炭是一类具有大量孔隙结构的碳材料，其内部具有相当数量的介孔，其孔径通常在2到50纳米之间。
介孔碳和介孔炭因其独特的孔隙结构而受到广泛关注和研究，被认为是一类重要的功能材料。
本文将介绍介孔碳和介孔炭的制备方法、特性及应用领域。
一、制备方法介孔碳和介孔炭的制备方法多种多样，常见的方法包括模板法、溶胶-凝胶法、流化床法等。
1. 模板法模板法是最常用的制备介孔碳和介孔炭的方法之一。
该方法首先制备一种具有周期性孔隙结构的模板材料，如硅胶、有机胺或聚合物等。
然后在模板材料上分散碳前体，如葡萄糖等，通过热处理或碳化使其转化为介孔碳或介孔炭。
最后通过模板的去除，即可得到孔隙结构完整的介孔碳和介孔炭。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是另一种常用的制备介孔碳和介孔炭的方法。
该方法通过将碳前体（如葡萄糖、甘油等）溶解在溶胶溶液中，并在适当条件下进行凝胶化和热处理，制备出具有孔隙结构的介孔碳和介孔炭。
3. 流化床法流化床法是一种高效的制备介孔碳和介孔炭的方法。
该方法首先将碳前体粉末放置在流化床反应器内，在适当条件下进行热解或碳化反应，生成介孔碳和介孔炭。
该方法制备的介孔碳和介孔炭孔隙结构较为均匀，具有较高的比表面积和孔容。
二、特性介孔碳和介孔炭具有许多独特的特性，主要包括以下几个方面：1. 高比表面积介孔碳和介孔炭由于其内部具有大量的介孔，因此具有较高的比表面积。
高比表面积使其有较强的吸附能力，可以吸附和储存大量的气体、液体和溶质，具有广泛的应用前景。
2. 调控孔径介孔碳和介孔炭的孔径可以通过制备方法的调控来实现。
不同孔径的介孔碳和介孔炭可以用于吸附、分离、催化等不同领域的应用。
因此，介孔碳和介孔炭的孔径调控对其应用性能具有重要影响。
3. 良好的化学稳定性介孔碳和介孔炭由于其具有较完整的碳骨架结构，因此具有良好的化学稳定性。
它们在酸碱环境、高温条件下都能保持稳定的结构和性能，具有较长的使用寿命。
孔径5 nm多孔碳
孔径5 nm多孔碳
孔径5 nm多孔碳是一种具有微小孔洞的碳材料，它具有许多独特的性质和应用。
这种材料的制备方法通常包括模板法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法等。
在这些方法中，模板法是一种常用且有效的制备方式。
模板法制备孔径5 nm多孔碳的过程包括以下几个步骤：首先，选择合适的模板材料，如聚苯乙烯微球或硅胶微球。
然后，将模板与碳源进行混合，并进行热处理，以使碳源在模板表面上沉积形成碳层。
接下来，通过化学或物理方法去除模板材料，留下具有孔洞结构的碳材料。
最后，通过调节热处理条件和模板材料的性质，可以控制孔径大小在5 nm左右。
孔径5 nm多孔碳具有许多独特的性质和应用。
首先，它具有高比表面积和大孔容，这使得它在催化剂载体、吸附材料和电化学储能器件中具有广泛的应用。
其次，孔径5 nm的碳材料具有优异的光学性能和电子传输性能，可用于光催化、光电子器件和传感器等领域。
此外，孔径5 nm多孔碳还具有良好的化学稳定性和机械强度，可用于储氢材料和过滤材料等。
总结起来，孔径5 nm多孔碳是一种具有微小孔洞的碳材料，具有许多独特的性质和应用。
通过模板法制备的孔径 5 nm多孔碳具有高比表面积、大孔容、优异的光学性能和电子传输性能等特点，可广泛应用于催化剂载体、吸附材料、电化学储能器件、光催化、光
电子器件、传感器等领域。
它的出现将为相关领域的研究和应用带来新的机遇和挑战。
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
多孔碳材料的制备及其应用
一、什么是多孔碳材料
多孔碳材料是指具有一定的孔隙度和孔径分布的碳材料。
它具有大的
比表面积、良好的化学稳定性和导电性能，因此在多个领域有着广泛
的应用。
二、多孔碳材料的制备方法
1. 碳化方法：通过碳化有机物质得到多孔碳材料。
常用的碳源有聚合物、生物质和天然矿物。
制备方法包括高温炭化、半焦炉碳化和气相
碳化等。
2. 模板法：将具有孔隙度的材料作为模板，在其表面包覆一定的碳源，再进行炭化处理，即可得到多孔碳材料。
常用的模板材料有硅胶、纳
米颗粒、纤维素等。
3. 化学法：利用化学反应在材料表面或内部引入孔道，得到多孔碳材料。
常用的化学处理包括氧化、酸洗、碱洗等。
三、多孔碳材料的应用领域
1. 电化学储能领域：多孔碳材料在锂离子电池和超级电容器中有着广
泛的应用，因其具有大的比表面积和导电性能。
2. 气体吸附领域：多孔碳材料在吸附剂领域有着重要的应用，如制备
吸附天然气的催化剂、空气净化等。
3. 催化剂领域：多孔碳材料可以制备成各种形貌的催化剂，具有高度的催化性能和选择性，应用于催化加氢、催化裂化、脱氮等反应。
4. 生物医学领域：多孔碳材料可以用于药物递送、生物成像等，具有良好的生物相容性和生物活性。
总之，多孔碳材料具有广泛的应用前景，不断发展和创新制备方法，将会在各个领域得到更为广泛的应用。
以模板法制备介孔碳及其性能研究
从近 于分子级别 的纳米尺度来设 计并控 制聚合物前驱 体结构的有效方法 ， 通过 采用特殊 的炭化 过程 使这种 微观结 构得 以保存 并发生炭 化反应 ， 从
而 得 到 与 传 统 意 义 上 完 全 不 同 的 多 孔 炭 材 料 。 而 以 纳 米 材 料 为 反 模 板 制 造 介 孔炭 的 方 法 是 比 较 新 的 制 备 方 法 ， 研 究 得 较 少 ，其 基 本 原 理 是 利 用 纳 米 材 料 的 粒 径 分 布 （ －５ ｎ ）特 征 ，将 炭 前 驱 体 与 纳 米 材 料 以一 定 的 ２ ０ｍ
王
清华大学 核能与新能 源技 术研究院 北京市精 细陶瓷重点实 验室 北京 １。 Ｏ。
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孔 炭 的 孔 大 小 分 为 ：大 于 ５ ｎ 是 大 孔 ，２ ０ ｍ 为 中 孔 ，小 于 ２ ｍ 的 ０ｍ ～５ ｎ ｎ
确定 了最佳 的实验条件 为 ：８ ℃ ，１ ｇ蔗糖 ，２ ｇ纳米碳 酸钙 ，３ ｍｌ 。 ０ ０ ０ ０ 水
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多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备多孔碳材料是一类具有大量微孔和孔隙的碳材料，具有高表面积和低密度等优良特性，广泛应用于催化、吸附、电化学能量储存等领域。
下面将详细介绍多孔碳材料的制备方法。
一、孔模板法制备多孔碳材料孔模板法是一种常用的制备多孔碳材料的方法，其原理是利用模板作为孔道的模型，在模板表面或内部涂覆碳源物质，形成多孔碳材料。
模板材料可以是聚苯乙烯球、硅胶、纳米颗粒等，碳源物质可以是有机物、碳黑等。
制备过程中，通常需要经历涂覆、炭化、模板去除等步骤。
二、直接碳化法制备多孔碳材料直接碳化法是将碳源物质在一定温度下直接转化为碳材料，具有制备简单、成本低等优点。
在制备多孔碳材料时，常用的碳源物质有聚苯乙烯、聚丙烯腈等高分子材料。
制备过程中，常需要进行碳化、活化等处理，以便形成多孔结构。
三、可离析模板法制备多孔碳材料可离析模板法是一种制备大孔、中孔多孔碳材料的有力手段。
其基本思路是以复合高分子乳液作为模板，在高温下炭化，形成多孔碳材料。
在可离析模板法中，模板主要起模拟孔对多孔碳材料性质影响规律的作用。
优点是模板完全燃尽后留下无痕迹的孔道，孔径大小可精密控制。
四、气相沉积法制备多孔碳材料气相沉积法是利用气态前驱体在一定温度和压力下催化反应生成碳材料，具有反应速度快、制备成本低等优点。
在制备多孔碳材料时，常用的气态前驱体有乙烯等低分子烃类、甲醛、三聚氰胺等有机物，通过控制反应条件可调节制成多孔碳材料。
综上所述，多孔碳材料的制备方法非常多样，不同的方法适用于不同的材料和应用领域。
只有根据具体情况选择合适的制备方法，才能制备出高性能的多孔碳材料。
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备多孔碳材料是一种具有高度孔隙结构的碳材料，具有广泛的应用前景。
它具有较大的比表面积和孔隙体积，不仅可以用于吸附材料、电容器电极材料、催化剂载体等领域，还可以应用于能源存储、环境污染处理、生物医学等领域。
多孔碳材料的制备方法多种多样，其中常见的方法包括模板法、溶胶-凝胶法、碳化法等。
下面将针对这些方法进行详细介绍。
第一种制备多孔碳材料的方法是模板法。
模板法是利用一种模板物质作为模板，在其周围构筑碳前体物质，经过炭化或焙烧后去除模板物质得到多孔碳材料。
常用的模板物质有聚苯乙烯微球、硅胶、氧化铁纳米颗粒等。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构规整、孔径均一的特点。
第二种制备多孔碳材料的方法是溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法是将适当溶剂中的碳前体物质溶胶通过凝胶反应生成凝胶体，再经过干燥和焙烧等处理得到多孔碳材料。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构可调控、比表面积较大的特点。
第三种制备多孔碳材料的方法是碳化法。
碳化法是将含碳物质经过高温热解或炭化处理得到多孔碳材料。
常用的碳化物包括聚合物、天然有机物和无机化合物等。
这种方法制备的多孔碳材料具有孔隙结构可调控、热稳定性好的特点。
在实际制备多孔碳材料的过程中，还可以通过调控碳前体物质的种类、添加助剂以及控制炭化或焙烧条件等方法来改变多孔碳材料的孔隙结构和性能。
例如，可以通过选择不同的碳前体物质和不同的碳化温度来调控多孔碳材料的孔径和孔隙分布。
多孔碳材料的制备方法多样化，可以根据不同的需求选择合适的方法。
随着科学技术的不断进步，人们对多孔碳材料制备方法的研究也在不断深入，相信未来会有更多创新的制备方法出现，为多孔碳材料的应用提供更多可能性。
多孔炭材料造孔方法
多孔炭材料造孔方法多孔炭材料是一种应用非常广泛的材料，其具有高比表面积、可调孔径、高稳定性等特点，因此在能源、环保、催化等领域都有着广泛的应用。
而多孔炭材料的制备方法也是非常复杂多样的，本文将介绍几种常见的多孔炭材料造孔方法。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是一种利用气态物质在高温和低压下分解和沉积在基体表面的方法。
通过使用不同的前驱体和反应条件，可以制备具有不同孔径和孔型的多孔炭材料。
CVD法主要适用于制备高温下稳定的多孔炭材料。
2. 碳化法碳化法是一种通过在高温下热处理碳源来制备多孔炭材料的方法。
碳源可以是天然材料如木材、植物、煤等，也可以是碳化合物如聚丙烯、聚苯乙烯等。
在高温下，碳源会发生碳化反应，形成多孔碳材料。
碳化法制备的多孔炭材料具有较高的孔隙度和比表面积。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过水解和缩合反应形成凝胶，再通过高温处理制备多孔炭材料的方法。
在溶胶-凝胶法中，有机或无机前驱体通常被溶解在溶剂中形成溶胶，并经过水解、缩合反应形成凝胶。
经过干燥和高温处理后，凝胶转化为多孔炭材料。
溶胶-凝胶法制备的多孔炭材料具有高度可调的孔径和孔型，并且具有较高的比表面积。
4. 模板法模板法是一种通过有机或无机模板来制备多孔炭材料的方法。
模板可以是聚合物、天然有机物、金属或无机颗粒等。
在模板法中，模板先和碳源混合，然后经过炭化或碳化过程来去除模板，形成多孔炭材料。
模板法制备的多孔炭材料具有可调的孔径和孔型，并且可以制备出复杂的孔道结构。
综上所述，多孔炭材料的制备方法非常多样化，每种方法都有其优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体需求选择最适合的制备方法来制备高质量的多孔炭材料。
模板法制备有序中孔炭材料及其性能
（ ｃ ｏ ｌ ｆ Ｃ ｅ ｓｒ ｎ ｅ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅｉ ｇ，Ｘｉｎ ｔ ｎＵｎ ｖ ｒｉ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｍｉｔｙ ａ ｄ Ｃｈ ｍｉａ ｇｉｅｒｎ ｏ ａ ｇ ａ ｉ ｅｓｔ ｙ，
Ｘ ｉ ｎ ａ １ ０ ，Ｈ ｕ ａ ａ ｇｔ ｎ ４ １ ５ １ ｎ ｎ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
Ｔｅ ｐｌ ｔ ｙ ｈｅ ｉ ｎｄ ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｏ ｒ ｅ ｅ ｍ ａ ｅ ｓ ｎｔ ｓｓ ａ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｆｏ ｄ ｒ ｄ ｍ ｅ ｏ ｒ ｕ ａ ｂ ｎ ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ｐｏ ｏ ｓ ｃ ｒ ｏ ｔ ｒ ａ ｓ
ＬＩ Ｎａ，Ｗ ＡＮＧ ａ ｏ Ｘｉｎｙ ｕ，ＬＩＳ ａ ｓ ａ ｇ，ＹＡ ＮＧ ｕ ｉ ｈｕ ｎｇ ｈｕ ｎ Ｓｈ ｎｙ ，Ｗ Ｕ ｅ Ｗ ｎ
模 板 法制 备有序 中孔炭 材 料及 其 性 能
李 娜 ，王先 友 ，李 双双 ，杨 顺毅 ，伍 文
（ 潭 大 学 化 学 化 工 学 院 ，湖 南 湘潭 ４ １０ ） 湘 １ １ ５
摘 要 ：以 Ｓ Ａ １ Ｂ 一５为模 板 ，蔗 糖 为 炭 源 ，在不 同 的炭 化 温 度 下 合 成 了不 同 比表 面 积 的 中 孔 炭 材料 。利 用 红 外 光 谱
炭 化所 制 备 的样 品孔 结 构 呈 二 维 六 角 有 序 分 布 ，Ｎ 。吸 脱 附 测 试 表 明 ，该 样 品 的 孔 体 积 为 １ ８ ｍ。・ － ， 比 表 ． ８ｃ ｇ。
面 积 为 １ ９ ・ ～ ，具有 典 型 的 中孔 结 构 和 集 中 的 中 孔 分 布 ，它 的最 可 几 孔 径 为 ３４ｎ ；采 用 循 环 伏 安 测 试 ３ ４ｍ ｇ ． ｍ 电 极 及 电 容 器 的 电化 学 行 为 ，结 果 显 示 ，该 样 品单 电极 在 ６ｔｏ ・ 的 ＫＯＨ 电解 液 中 ，扫 描 速 度 为 １ ｌ Ｌ ｏ ｍＶ ・ Ｓ
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。
模板炭化法制备沥青基中孔炭材料
中的 孔 分 布 。
关 键 词
模板法 沥青
Ｍｇ） 中孔炭 （
中 图分 类ｅ ｏ ｏ ｏ ｓ Ｃａ ｂ ｎ ｅ ｒ ｄ ｂ ｍ ｐ ａ ｅ Ｃａ ｂ ｎｉ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ ｏ ｔ ｈ ｓ ｐ ｒ ｕ ｒ ｏ ｓ Ｐｒ ｐａ ｅ ｙ Ｔｅ ｌ ｔ ｒ ｏ ｚ ｔｏ ｔ ｏ ｒ ｍ Ｐｉｃ Ｗ ＡＮＧ ｎ ｕ ，Ｗ ＡＮＧ ｅ ｇ ａ ｇ ，Ｊ Ａ ａ ｌ ｇ Ｙａ ｓ Ｃｈ ｎ ｙ ｎ Ｉ Ｘｉｏ ｉ ｎ
摘 要 以 Ｍｇ 为模板 ， Ｏ 采用低软 化点（ ７ 各向 同性沥青为炭材料 前驱体 ， ２ ℃） 采用程序升温一步炭化法制得 了
系列 中孔炭材料 。采用 乙酸镁 和柠檬酸镁为 Ｍｇ 的前 驱体 ， Ｏ 沥青与 Ｍｇ Ｏ前驱体按 照不 同质 量 比混合 ， 混合 比例 以
得 到的 Ｍｇ 为计算基 准。采 用低温 Ｎ 附测得 炭材料 的比表 面积和孔径 分布 ， 用透 射 电镜观 察炭材 料的 内部 Ｏ 吸 采 结构特征 。结果表 明 ， 两种前驱体与沥青混合得到的炭材料 比表 面积均随 Ｍｇ ／ Ｏ ￣青质 量比例的增加 呈线性增加趋 势， 柠檬 酸镁体 系中 Ｍｇ 沥青质量 比 为 ８ ２时最 高比表 面积 达到 １ ９ ｍ ／ ， Ｍｇ 沥青质 量 比的不 同分 别在 Ｏ／ ／ ２５ ｇ 随 Ｏ／ ２ ５ ｍ和５ ｍ 处有 集中的孔分 布； ．ｎ ｎ 乙酸镁 体 系制得的炭最 高比表 面积也达到 １ ９ ｍ ｇ 并且在 ５ｍ 和 １ｎ 处有集 １９ ／ ， ｎ ２ｍ
二氧化硅模板法制备介孔碳
二氧化硅模板法制备介孔碳
介孔碳是一种具有大孔径和高比表面积的碳材料，广泛用于能源存储、催化剂载体和吸附剂等领域。
二氧化硅模板法是一种将二氧化硅作为模板，通过炭化或热解过程制备介孔碳的方法。
首先，二氧化硅模板法的制备步骤如下：首先，选择一个适当的有机硅化合物作为二氧化硅的前体物质，如正硅酸乙酯。
然后，将有机硅化合物溶解在适当的有机溶剂中，并加入一定量的嵌段共聚物，如聚乙烯氧化物-聚丙烯酸酯。
接下来，通过适当的加热和搅拌使溶液均匀混合。
其次，将混合溶液倒入模具中，使溶液均匀涂布在模具内壁上。
然后，将模具放入高温炉中，在惰性气氛下进行炭化或热解过程。
在炭化或热解过程中，有机硅化合物会分解形成二氧化硅，而嵌段共聚物会产生微相分离，形成连续有序的孔道结构。
最后，经过脱硅和洗涤等步骤，就可以得到二氧化硅模板法制备的介孔碳材料。
二氧化硅模板法制备的介孔碳具有以下优点：首先，通过选择适当的二氧化硅前体物质和嵌段共聚物，可以调控介孔碳的孔径和孔道结构。
其次，该方法制备的介孔碳材料具有较大的比表面积和孔体积，有利于提高其吸附和传质性能。
此外，该方法操作简单、成本较低，并且可以实现批量生产。
总而言之，二氧化硅模板法是一种制备介孔碳的有效方法，通过调控二氧化硅和嵌段共聚物的选择和合适的炭化或热解条件，可以制备具有理想孔径和孔道结构的介孔碳材料。
这种介孔碳材料具有广泛的应用潜力，在能源和环境等领域有着重要的应用前景。
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备一、本文概述多孔碳材料是一种具有丰富孔隙结构和优异性能的新型碳素材料，因其在能源、环境、催化等多个领域中的广泛应用而备受关注。
本文旨在全面概述多孔碳材料的制备方法，包括物理法、化学法以及模板法等，并深入探讨各种制备方法的优缺点，以及多孔碳材料在不同领域的应用现状和发展前景。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地了解多孔碳材料的制备技术和应用领域，为多孔碳材料的进一步研究和应用提供有价值的参考。
二、多孔碳材料的制备原理多孔碳材料的制备主要基于碳前驱体的热解或碳化过程，以及后续的活化处理。
制备原理主要涉及碳源的选择、热解或碳化过程、活化方法以及孔结构的调控等方面。
碳源的选择是多孔碳材料制备的关键。
常见的碳源包括天然生物质（如木材、椰子壳、动物骨骼等）、合成高分子（如酚醛树脂、聚丙烯腈等）以及碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管等）。
这些碳源在热解或碳化过程中，能够形成碳骨架，为多孔结构的形成提供基础。
热解或碳化过程是多孔碳材料制备的核心步骤。
在热解过程中，碳源中的有机物在缺氧或低氧环境下发生热分解，生成碳和水、二氧化碳等小分子。
碳化过程则是在更高温度下，进一步去除碳中的杂质，提高碳的纯度。
这两个过程都能够形成多孔结构，其中孔的大小和分布取决于碳源的种类、热解或碳化温度以及气氛等因素。
活化处理是多孔碳材料制备过程中的重要环节。
活化方法主要包括物理活化和化学活化。
物理活化通常使用二氧化碳或水蒸气作为活化剂，在高温下与碳发生反应，刻蚀碳表面，形成多孔结构。
化学活化则使用酸、碱或盐等化学试剂，与碳源在较低温度下发生反应，生成多孔碳材料。
活化处理能够有效地调控多孔碳材料的孔结构和比表面积，提高其吸附性能和电化学性能。
孔结构的调控是多孔碳材料制备过程中的关键技术。
通过调整碳源、热解或碳化条件、活化方法等因素，可以实现对多孔碳材料孔结构的有效调控。
例如，改变碳源的种类和粒径可以影响孔的大小和分布；调整热解或碳化温度可以改变孔的形貌和连通性；选择不同的活化剂和活化条件可以调控孔的数量和比表面积等。
碳基多孔材料的制备及其在气体吸附和分离中的应用研究
碳基多孔材料的制备及其在气体吸附和分离中的应用研究碳基多孔材料是一种具有特殊结构和性能的新型材料，近年来备受关注和研究。
它具有多孔结构、高比表面积、优异的孔径分布和可控的孔径大小，在许多领域中具有广泛的应用前景，尤其在气体吸附和分离领域中表现突出。
一、碳基多孔材料的制备碳基多孔材料的制备方法有很多种，包括模板法、化学气相沉积法、离子交换法、碳化法、氧化剂法等。
以下是几种常见的制备方法介绍：1. 模板法模板法是一种常见的制备碳基多孔材料的方法。
它通过选择一种有机或无机材料作为模板，制备出模板/前驱体混合物，再用一定的温度和气氛处理，使模板溶解或挥发，得到多孔碳材料。
常见的模板包括硅胶、聚苯乙烯球等。
该方法制备出的碳基多孔材料孔径大小、形状和孔隙度可以通过控制模板的选择和处理条件来实现。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应在表面上沉积出多孔材料的方法。
通常采用热裂解或燃气反应，将气体物质在高温、低压下反应成碳材料。
化学气相沉积法可以制备出高纯度、高比表面积、可控孔径大小和孔道结构的多孔材料。
3. 离子交换法离子交换法是一种通过溶液中离子交换的方式制备多孔材料的方法。
具体做法是将含有金属离子的水溶液和含有石墨烯氧化物的水溶液混合，使两种离子交换，得到高表面积、多孔呈网状结构的碳材料。
该方法具有简单易行、温和条件等优点。
二、碳基多孔材料在气体吸附和分离中的应用碳基多孔材料由于其高比表面积和多孔结构，具有优异的吸附性能，因此在气体吸附和分离中有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 气体分离碳基多孔材料在气体分离中有着非常重要的应用。
通过控制孔径大小和孔道结构，可以实现对不同气体分子的选择性吸附和分离。
例如，将CO2从混合气体中分离出来，可以采用基于氧化石墨烯的多孔碳材料，其具有高CO2选择性和分离性能。
另外，碳化过程中有很多过渡元素可以被引入多孔碳材料中，这些元素可以与混合气体中的分子发生化学反应，从而提高其分离效率。
软模板法合成介孔碳材料的研究进展
的有 机分 子作 为合 成模 板 ， 主要 包括 生 物大分 子 、 表
面活 性剂 等 。软模 板法 包 含溶剂 挥 发诱导 自组 装法 和水 热法 。
孑 Ｌ 道结 构 、 尺寸 和孔 径 分 布 。而模 板 法 是 通 过 模 板
３ ０ ２ ． １ 溶剂挥 发 诱导 自组 装法 （
软 模板 法合成 介孔 碳材 料 的研 究进展
２ ９
《 专 题 与 评 述 ２
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软 模 板 法合 成 介 孔 碳 材 料 的研 究进 展
郭 颖 慧
（ 四川 大学 建筑 与环境 学院 ， 四川成 都 ， ６ １ ０ ０ ６ ５ ）
介孑 Ｌ 材 料按 其 化 学 组 分分 类 ， 可分 为 硅 基 介 孔 材 料和 非硅 基 介 孔 材 料 。有 序介 孔 碳 （ ０ＭＥ） 由于
介 观水 平结 构有 序 ， 孔径 尺 寸可 调 ， 具 有较 高 的热稳
定性 和 耐水 解性 ， 且 具有很 高的 比表 面积 ， 颗粒 具规
关键 词 ： 软模板 介孔 碳 有序
国际 纯 粹 和 应 用 化 学 联 合 会 （ Ｉ ＵＰ ＡＣ） 将 孔 径
剂 对前 驱物 的作用 ， 使 其排 列形 成介 观 有序 的结 构 ， 然后 在前 驱 物转化 为 目标 物 质 后 除 去 模 板组 分 ， 以
此 获得孑 Ｌ 道 均一且 排列 有 序 的介 孑 Ｌ 材 料 。模板 法 由
进行 催化 气化 ， 从 而得 到 介孑 Ｌ 碳材料 ， 通常 采用 浸渍 法、 离 子交 换 法 和预混 法 来负 载金 属微 粒 ， 常用 的金
属有铁、 钴、 镍 等 。但 这两 种方 法无 法调 控介 孔 炭 的
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。
介孔碳 合成
介孔碳合成介孔碳是一种具有大孔径、高比表面积和良好化学稳定性的碳材料。
它具有介孔结构，表面积可达到几百到几千平方米每克，孔径分布均匀且可调控。
介孔碳的合成方法多种多样，下面将介绍几种常见的合成方法。
一种常用的合成方法是模板法。
该方法通过选择适当的模板剂，如有机聚合物或纳米颗粒，来控制介孔碳的孔径和结构。
首先，选择模板剂并与碳源混合，形成混合物。
然后，在高温条件下进行热处理，使模板剂分解或挥发，留下介孔碳。
最后，通过洗涤和热处理等步骤，去除残留物，得到纯净的介孔碳。
另一种合成方法是硬模板法。
该方法使用硬模板剂，如硅胶或氧化铝，作为模板，通过碳源的浸渍和热处理来制备介孔碳。
首先，选择合适的硬模板剂，并将其浸渍在碳源溶液中。
然后，将浸渍后的硬模板剂进行热处理，使其分解或挥发，留下介孔碳。
最后，通过酸洗或高温处理等方法，去除硬模板剂，得到纯净的介孔碳。
还有一种合成方法是软模板法。
该方法使用软模板剂，如表面活性剂或聚合物，来调控介孔碳的孔径和结构。
首先，选择合适的软模板剂，并将其与碳源混合。
然后，通过溶胶-凝胶法或水热法等方法，形成凝胶体系。
最后，通过热处理或碳化等步骤，将凝胶转化为介孔碳。
除了以上几种常见的合成方法，还有其他一些特殊的合成方法。
例如，气相法利用气相沉积技术，在适当的反应条件下，将气体或蒸汽中的碳源转化为介孔碳。
电化学法利用电化学沉积技术，在电解质溶液中通过电极反应，将碳源转化为介孔碳。
此外，还有一些新兴的合成方法，如微乳液法和热压法等，可以制备具有特殊结构和性能的介孔碳材料。
介孔碳具有许多优异的性能和广泛的应用。
由于其大孔径和高比表面积，介孔碳可以用作吸附剂、催化剂载体和电化学电极材料。
它还具有良好的化学稳定性和热稳定性，可以应用于储能、分离和环境治理等领域。
此外，通过调控介孔碳的孔径和结构，还可以实现对其性能的定制和优化。
介孔碳是一种具有重要应用潜力的碳材料。
通过选择合适的合成方法和调控条件，可以制备出具有不同孔径和结构的介孔碳材料。
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收稿:2007年10月,收修改稿:2007年12月 3国家自然科学基金项目(N o.20673092,50472080)资助33通讯联系人 e 2mail :wxiany ou @模板法制备中孔碳材料3李 娜 王先友33 易四勇 戴春岭(湘潭大学化学化工学院 湘潭411105)摘 要 模板法为各种中孔碳材料的可控和定向合成开辟了一条新的技术途径,近几年来已经成为国内外材料制备领域研究的热点之一。
中孔碳材料具有孔道排列规则有序、孔径分布窄和比表面积高等特点而被广泛应用于气体分离、催化剂载体、吸附、色谱分析、超级电容器以及燃料电池等很多方面。
本文综述了近几年来国内外模板法制备中孔碳材料的研究进展,重点阐述了模板法的种类,中孔碳材料的合成机理、方法以及中孔碳材料在生物、催化和电子能源等领域的应用,并分析了模板法制备中孔碳材料的发展趋势,认为中孔分子筛模板法和软模板法是未来制备中孔碳材料的重要方向。
关键词 模板法 中孔碳材料 分子筛 孔径分布 超级电容器中图分类号:T B383;T Q12711+1 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2008)07Π821202206Template Synthesis of Mesoporous C arbon MaterialsLi Na Wang Xianyou33 Yi Siyong Dai Chunling(School of Chemistry and Chemical Engineering ,X iangtan University ,X iangtan 411105,China )Abstract T em plate method provides a new technology for synthesizing various controllable and directional mes oporous carbon materials and has currently become one of the m ost popular topics in the advanced materials preparation at home and abroad.Due to their uniform and ordered pores ,narrow pore size distribution and high specific surface area ,mes oporous carbon materials have been widely used in gas separation ,catalyst support ,ads orption ,chromatographic analysis ,supercapacitors and fuel cells ,etc.Based on the recent research progress of the tem plate synthesis technology of mes oporous carbon ,we discuss the effect of different tem plate preparation technology on the performance of mes oporous carbon ,analyze mes oporous carbon πs formation mechanism and its application in biology ,catalysis ,electronic energy res ources areas.It is pointed out that preparing mes oporous carbon by tem plate technology is a promising method ,and in the future the mes oporous m olecular sieve tem plate method and s oft tem plate method should be em phasized for tem plate synthesis of mes oporous carbon materials.K ey w ords tem plate synthesis ;mes oporous carbon materials ;m olecular sieves ;pore size distribution ;supercapacitor1 引言多孔碳材料由于具有耐高温、耐酸碱、导电、导热等一系列优点而受到人们的密切关注,这些材料已经被应用于气体分离、水净化处理、催化剂载体、色谱分析、吸附、超级电容器以及燃料电池等领域[1]。
国际纯粹与应用化学联合会(I UPAC 1972)根据多孔碳材料的孔径(W )将其分为3类:W >50nm 的为大孔;2nm <W <50nm 的为中孔;W <2nm 的为微孔。
众所周知,活性炭的微孔结构对于气体小分子的吸附是非常重要的。
但是当吸附质为聚合物、染料或微生物时,只有中孔才能吸附这些大分子物第20卷第7Π8期2008年8月化 学 进 展PROG RESS I N CHE MISTRYV ol.20N o.7Π8 Aug.,2008质;且在超级电容器中,微孔因无法被大量的电解质离子浸润而难以形成有效双电层,大大降低了有效比表面积。
另外,微孔不利于电解质离子快速、有效地传输,降低电容器的大电流充、放电能力。
因此,制备较窄孔径分布的中孔碳材料成为近年来碳材料研究的热点。
目前,制备中孔碳材料的方法主要有催化活化法、共聚混合物碳化法,有机凝胶碳化法和模板法。
采用催化活化法,金属离子不可避免地进入碳材料内部,并且该方法制得的中孔碳有大量的微孔;共聚混合物碳化法存在难以控制的分相相畴结构和聚合物共混碳化过程中孔结构等方面的问题[2];有机凝胶碳化法昂贵而复杂的超临界干燥设备制约着其商业化。
上述3种方法制备的中孔碳材料孔径分布不均匀,且大小难以控制,而模板法则克服了这一不足。
模板法制备中孔碳通常分为两步,即无机物模板间纳米空间有机物碳化和最终的碳化物与模板的分离。
该方法能够在纳米水平上调控碳材料的孔结构,合成出高度有序、结构规则的中孔碳材料。
因此,本文综述了近几年来模板法制备中孔碳材料的研究进展,重点阐述了模板法的种类、中孔碳材料的合成机理、方法以及中孔碳材料在生物、催化、电子能源等领域的应用。
2 中孔碳材料的合成211 各种模板技术近年来,采用模板法制备中孔碳材料受到较多重视。
图1为模板法制备中孔碳材料的示意图。
按所使用的模板剂的不同,模板法可分为无机模板法、有机模板法和中孔分子筛模板法。
21111 无机模板法无机模板法较常用的模板剂为硅溶胶和纳米硅胶等[4]。
Hyeon等[5]以间苯二酚(R)、甲醛(F)和不同比例的水形成RF溶胶在其凝胶化的过程中加入硅溶胶,产生硅ΠRF凝胶复合物,碳化后酸洗,得到具有丰富中孔的碳材料。
他们认为,以不同种类的硅溶胶为模板可以合成不同孔结构和尺寸的碳材料。
如以球形和细长形的硅溶胶为模板剂可分别合成球状和网状结构的中孔碳。
为了得到孔径分布更均匀的中孔碳材料,通常对硅溶胶或硅胶进行表面改性,使模板剂与碳前驱体的结合力增强而得到较好的分散。
Hyeon等[6]以苯酚树脂或聚二乙烯苯为碳源,用十八烷基三甲基硅烷对硅溶胶进行改性,并将铝引入到硅框架中,制图1 模板法制备中孔碳材料的示意图[3]Fig.1 Schematic representation of mes oporous carbon materials via tem plate method[3]备出内部中空的、外壳上具有215nm孔径的碳粒。
直接以硅溶胶为模板剂,合成中孔碳材料的孔分布是无序的。
因而,另一种方法是使硅溶胶形成整齐排列的胶束,以其为模板合成中孔碳。
Y oon 等[7]以氨水Π环己烷在金属Np29的催化下,在TE OS 的水解过程中,使分散的单硅溶胶球粒聚集成胶束,制备出孔径集中在40nm左右的中孔碳材料。
但是,最终合成的碳分子筛呈现部分区域的孔道有序及部分区域的无序,X射线衍射显示无定形结构。
21112 有机模板法有机模板法的模板材料为遇热不稳定的有机化合物,它能在碳化过程中解聚,不需要去除模板。
Stucky等[8]以缩聚的聚苯乙烯(PS)胶束溶液与间苯二酚2甲醛溶液(RF溶胶)形成PSΠRF复合物,制备出孔径集中在20—40nm的中孔泡沫状碳材料。
有机模板法最大的优点是省去了脱除模板的过程,但也正是模板剂在碳化过程中解聚,导致对孔的结构、尺寸、分布等进行精确控制更为困难。
21113 中孔分子筛模板法中孔分子筛模板法是目前所知的唯一有效制备高度有序中孔碳材料的方法。
Ry oo等[9]通常以蔗糖的硫酸溶液为碳源,合成中孔碳分子筛C MK2X系列。
中孔分子筛模板法可根据不同的要求来控制孔结构、石墨化程度和微观形态等,因此这种方法有很大的吸引力。
212 模板制备技术形成中孔机理自从M obil公司的科学家于1992年报道了・321・第7Π8期李 娜等 模板法制备中孔碳材料M41S系列有序中孔材料以来,各国研究人员运用各种表征手段,研究了中孔材料的合成过程,试图解答中孔材料的形成机理,但是迄今为止仍存在争议。
目前具有代表性的说法有:Beck等[10]提出的液晶模板机理,Stucky及合作者[11]提出的协同组装作用机理,M onnier等[12]提出的电荷匹配机理,霍启升等[13]依据表面活性剂和无机物种间的各种不同相互作用提出的广义模板机理以及Inagaki等[14]提出的硅酸盐片折叠机理。
图2为液晶模板机理和协同组装作用机理示意图。
无论何种机理,都离不开模板分子的超分子自组装和无机物与模板剂分子之间的相互作用(包括静电作用和氢键作用)这两个重要因素。
图2 ①液晶模板机理和②协同组装作用机理[15]Fig.2 ①Liquid2crystal tem plating mechanism and②cooperative formation mechanism[15]213 中孔分子筛模板法合成碳材料中孔分子筛的结构和性能介于无定型无机多孔材料和具有晶体结构的无机多孔材料之间,它具有孔道结构规则、孔径分布窄和比表面积高[16]等特点。
目前典型的中孔分子筛主要有MC M248、MC M241、S BA21、S BA215、H MS、MS U、FDU等。
由中孔分子筛合成的中孔碳排列有序、孔道均匀,具有与模板相反的介观拓扑结构。