多孔碳材料的研究进展..
分级多孔碳材料的制备及应用研究
4、生物医学
结论 模板技术制备多孔碳材料具有制备方法简单、可控性好等优点，在电化学能 源存储、光电催化、环境污染治理和生物医学等领域展现出广泛的应用前景。然 而，目前模板技术制备多孔碳材料仍存在一些不足之处，如模板的选取和使用受 限、制备成本较高等。
4、生物医学
因此，未来的研究应致力于开发新型的模板技术，降低制备成本，提高生产 效率，同时进一步拓展多孔碳材料在各领域的应用范围。
在浸泡处理过程中，模板与前驱体溶液充分接触，实现模板与前驱体的有机 结合。热解及碳化步骤则是去除模板并形成多孔碳材料的关键环节。通过控制热 解温度、气氛和时间，可以进一步调节多孔碳材料的孔结构、比表面积和孔容积 等参数。
模板技术制备多孔碳材料
此外，浸泡时间和温度也是影响多孔碳材料性能的重要因素。在适当的浸泡 时间和温度下，模板和前驱体溶液能够充分相互作用，从而有利于生成具有优良 性能的多孔碳材料。
分级多孔碳材料的制备方法
生物途径主要是利用微生物，如菌、真菌等来制备分级多孔碳材料。这种 方法是将微生物与碳源混合在一起，然后控制生长条件，使得微生物繁殖并形成 多孔结构。
分级多孔碳材料在电化学能源领 域的应用
分级多孔碳材料在电化学能源领域的应用
分级多孔碳材料在电化学能源领域具有广泛的应用，主要包括超级电容器、 电池和燃料电池等。分级多孔碳材料可以作为电极材料，提高电极的导电性和电 化学性能。例如，分级多孔碳材料可以用于制备高能量密度的锂离子电池电极， 同时具有良好的循环稳定性和倍率性能。此外，分级多孔碳材料还可以作为燃料 电池的电极材料，提高电极的导电性和耐腐蚀性。
结论
如何进一步提高分级多孔碳材料的电化学性能等。希望通过不断的研究和创 新，能够克服这些问题，推动分级多孔碳材料的进一步应用和发展。
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。
多孔碳的结构设计及其电化学储能性能研究共3篇
多孔碳的结构设计及其电化学储能性能研究共3篇多孔碳的结构设计及其电化学储能性能研究1多孔碳的结构设计及其电化学储能性能研究随着能源危机的日益加深，寻找新型高效的储能材料成为了研究的热点。
多孔碳作为一种新型的储能材料，具有优异的电化学性能，在锂离子电池、超级电容器、钠离子电池等储能设备中有着广泛的应用前景。
在实践中，多孔碳的储能性能主要取决于其结构设计，因此本文将从多孔碳的结构设计入手，进一步分析多孔碳的电化学储能性能。
多孔碳的结构设计是实现其优异储能性能的基础，其结构特性包括孔径、孔隙率、孔道直径和孔道长度等，这些特性都会影响碳材料的比表面积、离子传输速率和离子扩散系数等。
因此，多孔碳结构的设计需要综合考虑多种因素，例如原料的选择、处理方法、碳化条件、模板类型和后续的活化处理等。
目前，多孔碳的制备方法主要有模板法、聚合物泡沫法、水热法和电化学法等，其中模板法制备的多孔碳因其孔径分布均匀、孔径可调节和具有较高的比表面积而备受关注。
同时，在实现多孔碳结构设计的过程中，其储能性能的研究也是至关重要的。
多孔碳的储能性能主要通过离子传输、电荷分布和离子扩散而实现。
在离子传输方面，多孔碳具有较高的通透性，有利于离子迅速地进入或离开孔道，从而提高了电解液与电极材料之间的接触面积，最终提高了储能性能。
而在电荷分布方面，多孔碳的孔壁也能够调节离子储存和释放的速率，因此可以控制电池的电压和容量。
在离子扩散方面，多孔碳的孔道直径和长度也会影响储能性能。
一般来说，孔道直径小而长度长的多孔碳样品在储能性能方面表现出更好的表现。
总的来说，多孔碳作为一种新型储能材料，在结构设计和电化学储能性能方面均有其自身的优缺点。
对于多孔碳的结构设计，目前较为成熟的制备方法主要有模板法，同时还需要综合考虑其他因素如原料的选择、处理方法、碳化条件以及后续的活化处理等。
在电化学储能性能研究方面，需要综合考虑离子传输、电荷分布和离子扩散等因素，以期实现多孔碳优异的储能性能。
多孔碳材料的熔盐法制备、结构调控及电容性能研究
多孔碳材料的熔盐法制备、结构调控及电容性能研究作为一种绿色储能器件,超级电容器具有大的功率密度、好的循环稳定性以及高的安全性等优势,但目前的瓶颈问题是能量密度较低。
为了提高超级电容器的能量密度,设计合成高性能的电极材料具有重要的意义。
碳材料作为基础电极材料,就其理想结构而言,二维片状结构能够缩短电解液离子的传输距离,同时有利于电子的快速传递;分级孔结构能协同发挥作用,介孔可以为电解液离子提供更畅通的传输通道、提高离子传输速率,微孔则可以为电极材料提供更多的活性位点。
但具有分级孔结构的二维片状碳材料的制备目前缺乏绿色高效的手段,其制备过程通常要涉及到大量强腐蚀性试剂或有毒试剂,而且,到目前为止,大多数碳材料的制备都是在惰性气氛下进行的,整个制备过程通常要耗费相当长的时间,这无疑造成了大量惰性气体的浪费以及相应设备成本的提高。
鉴于此,本论文设计构思了以惰性盐为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备多孔碳材料的策略。
基于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应,以及高温下空气气氛中的氧气与高活性的碳原子反应,本研究选择生物质为前驱体,来构筑具有分级孔结构的二维碳片材料,并系统研究材料的电容性能。
论文主要内容如下:（1）以富含蛋白质的三叶草为前驱物,惰性盐KCl为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备了氮掺杂多孔碳材料。
由于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应可以在产物中引入介孔和大孔,同时高温下空气气氛中的氧气能进一步与高活性的碳原子反应,在产物中引入大量的微孔,所制备的二维片状结构碳材料具有高的比表面积(2244 m<sup>2</sup>g<sup>-1</sup>),充足的大孔、介孔和微孔以及丰富的氮掺杂。
应用于超级电容器电极材料时,薄的二维结构缩短了离子传输距离,丰富的介孔为电解液离子提供了方便的传输通道,大量的微孔为电荷提供了丰富的离子吸附位点,氮原子掺杂改善了电极材料的浸润性并提供赝电容。
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
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
多孔碳材料的研究进展
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。
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。
多孔碳研究现状
一般来说，制备多孔炭的材料可分为有机高分子聚合物、各种煤及衍生物和天然高分子化合物等。
高分子基多孔炭材料由于其来源丰富，结构易控制而备受关注。
目前广泛使用的多孔炭材料中有相当一部分是通过高分子作为炭源制备得到的。
沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部成会明研究员、李峰副研究员等与澳大利亚昆士兰大学逯高清教授合作，设计并制备出一种局域石墨化三维层次多孔结构的新型多孔炭材料(HPGC)。
该材料在高倍率条件下同时具有很高的能量密度和功率密度，可用作超级电容器的电极材料。
该研究组发现多孔电极的电荷存储能力由多孔结构的离子传输性能(受孔的尺寸、形状及取向等因素影响)、多孔炭的电子导电性以及电解液性质和电解液与炭材料之间的物理化学相互作用等因素所决定。
据此他们提出将不同尺度孔(大孔-中孔-微孔)以三维网络形式组装，同时尽可能获得局域石墨片层结构的电极材料设计思想。
HPGC结构的诸多特点使其制备十分困难。
为此科研人员提出了采用液相无机模板方法，制备出具有上述三维层次孔结构和局域石墨片层结构的HPGC材料。
实验结果证明，HPGC材料比活性炭和有序介孔炭材料具有更加优异的高倍率电化学能量存储与转换能力。
优异的高倍率储能性能在水系和有机系电解液中均能实现，该性能超过美国提出的PNGV功率指标。
酚醛树脂是酚类化合物(苯酚、二甲酚等)和醛类化合物(甲醛和糠醛)的缩聚产物。
它作为制备多孔炭材料的前驱体具有价格低廉、成炭率高等特点。
Zhou 等将磺酸基团引入酚醛树脂基体中制备得到多孔炭材料。
由于磺酸基团在炭化过程中生成二氧化硫气体而产生孔洞。
此外，他们利用磺化酚醛树脂作基体制备得到能够用于气体分离的多孔炭薄膜[1]。
考察了反应条件和热解温度对多孔炭薄膜的影响，制备得到的薄膜在35℃时O2/N2的分离系数可达12。
魏微等[2]合成了球形热固性酚醛树脂微粒，并制备得到了微滤炭膜。
考察了原料粒度的影响，结果表明，在原料粒度较小的情况下，炭膜孔径分布较窄，平均孔径和气体透量较小。
新型多孔碳材料的合成与应用研究
新型多孔碳材料的合成与应用研究多孔碳材料是一种具有高度发达孔隙结构的新型材料，由于其独特的物理、化学和机械性质，被广泛应用于能源、环保、催化等领域。
近年来，随着科技的不断进步，新型多孔碳材料的合成与应用研究取得了重大突破。
新型多孔碳材料的合成方法主要有模板法、气相沉积法、碳化或裂解法等。
其中，模板法是最常用的方法之一，它通过使用具有特定形貌和尺寸的模板，合成具有特定孔隙结构和性质的碳材料。
气相沉积法则是在碳源气体存在下，通过化学反应或物理沉积制备碳材料。
碳化或裂解法则利用有机物作为前驱体，通过碳化或裂解反应制备多孔碳材料。
多孔碳材料的应用领域非常广泛。
在能源领域，多孔碳材料可以作为电池的电极材料，提高电池的能量密度和充放电性能。
在环保领域，多孔碳材料具有优异的吸附性能，可用于水处理、空气净化等方面。
在催化领域，多孔碳材料可以作为催化剂载体，提高催化剂的分散度和活性。
多孔碳材料还可以应用于超级电容器、传感器、生物医学等领域。
在新型多孔碳材料的合成与应用研究中，纳米碳球是一种备受的多孔碳材料。
纳米碳球具有高度球形对称的结构、高比表面积和良好的电化学性能，被广泛应用于二次电池、超级电容器等领域。
近期，科研人员通过采用不同的合成方法，制备出一种新型纳米碳球材料，该材料具有优异的电化学性能和循环稳定性，有望为二次电池领域带来新的突破。
新型多孔碳材料的合成与应用研究为材料科学领域带来了巨大的机遇和挑战。
通过不断探索新的合成方法和应用领域，有望为多孔碳材料的发展和应用提供更加广阔的前景。
新型碳基介孔材料是一种具有特殊结构和优异性能的材料，其在分子识别、气体存储、光电催化等领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着纳米科技和材料科学的不断发展，新型碳基介孔材料的控制合成及应用已成为了科研人员的热点。
新型碳基介孔材料的制备方法主要包括模板法、硬模板法、软模板法等。
这些方法中，模板法是最常用的制备方法之一，其主要是通过选择合适的模板剂和碳源，控制合成出具有特定结构和尺寸的碳基介孔材料。
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。
多孔碳材料的国内外发展状况
多孔碳材料的国内外发展状况
多孔碳材料是一种具有高比表面积和孔隙结构的高性能材料，近年来
在各个领域得到了广泛的应用和研究。
随着科学技术的不断进步，多孔碳材料的研究和应用也在不断拓展和深化。
首先，国外对多孔碳材料的研究起步较早，技术水平较高。
美国、欧
洲等发达国家在多孔碳材料的制备方法、性能调控等方面做出了很多开创性的工作。
其中，石墨烯和碳纳米管等材料的制备和功能化修饰技术处于世界领先地位，为多孔碳材料的研究提供了有力的支持。
其次，国内对多孔碳材料的研究也取得了一定的进展。
我国在多孔碳
材料的原料选择、制备技术、性能表征等方面均有不少创新成果。
例如，通过使用廉价丰富的天然资源作为原料，开发出了一系列高性能的多孔碳材料，具有良好的应用前景和经济效益。
另外，在多孔碳材料的应用领域，国外主要集中在能源存储、催化剂、传感器等方面。
美国、日本等国家已经将多孔碳材料成功应用于锂离子电池、超级电容器、汽车排放催化等领域，取得了显著的成效。
而国内多孔碳材料的应用主要集中在电解质、储能、环境治理等方面，尚有待进一步深化和拓展。
让我们让我们总结一下，多孔碳材料在国内外的研究和发展呈现出多
样性和丰富性。
随着时代的发展和技术的进步，多孔碳材料必将在更多领域
展现出其独特的优势和潜力，为人类社会的可持续发展和创新科技的实现作出更大的贡献。
希望国内外研究者能够加强合作，共同推动多孔碳材料的研究和应用，为构建世界科技强国贡献力量。
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。
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。
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。
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。
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1
多孔碳材料简介
多孔碳材料合成
多孔碳材料应用
前景展望
2
多孔碳材料
• 常见的多孔碳材料有：活性碳、活性碳纤 维、介孔碳、碳纳米管、碳分子筛等。
3
比表面积大
质量轻
多孔材料
吸附分离材 料
储能材料
多孔碳材料 电极材料 ……
4
导电导热
化学稳定性高
Hale Waihona Puke 多孔碳材料合成方法化学活化法
活化法
物理活化法 合成方法
13
储氢
• Jin 研 究 了 不 同 比 表 面 积 (900-2800m2/g) 和 孔 容 (0.432.17cm2/g) 的活性碳的储氢效果，结果发现比表面积和孔 容都和吸氢量呈线性关系。
Ryoo R， Sang H J， Jun S. ChemInform Abstract: Synthesis of Highly Ordered Carbon Molecular Sieves via Template-Mediated Structural Transformation.[J]. Cheminform， 1999， 30(50). Lee J, Kim J, Hyeon T. Recent progress in the synthesis of porous carbon materials[J]. Advanced Materials, 2011, 18(18):2073-2094.
硬模板法
模板法 软模板法
5
活化法
物理活 化法
物理活化法：采用水蒸气、 CO2、空气等气 体作为活化剂，在高温下与碳化料接触进行 活化。
化学活 化法
把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介 质中加热活化的方法。常用活化剂有：KOH， H3PO4，ZnCl2等，它们都起到了脱水剂和氧 化剂的作用。
6
硬模板法
12
储氢
• 多孔碳材料具有密度小、比表面积大等结构特征，而被用 于制备储氢材料。 • 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5%～10%wt的氢气，并认为SWNT接 近氢燃料电池汽车的应用标准9%wt。 • Chen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，200-400℃ 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。
Wan Y， Shi Y， Zhao D. Supramolecular Aggregates as Templates: Ordered Mesoporous Polymers and Carbons†[J]. Chemistry of Materials， 2007， 20(3):932-945.
• 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。
7
硬模板法
• 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。
11
软模板法
• Dai Sheng小组将PS-P4VP型嵌段共聚物与间苯二酚甲醛树 脂组装得到嵌段共聚物-酚醛树脂复合材料，在甲醛蒸气 处理和热固后碳化，得到了高度有序的介孔碳材料。
Chengdu L, Kunlun H, Guiochon G A, et al. Synthesis of a large-scale highly ordered porous carbon film by self-assembly of block copolymers.[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2004, 43(43):5785–5789.
8
硬模板法
Ryoo以介孔氧化硅SBA-15为模板，合成了介孔碳CMK-3和 CMK-5 。当碳源全部填充SBA-15 的孔道时，得到纳米棒状 CMK-3；如果碳源部分填充或仅在孔道的内表面包覆一层， 得到的是一空心的纳米管型的CMK-5。
CMK-3
CMK-5
Ryoo R， Sang H J， Jun S. ChemInform Abstract: Synthesis of Highly Ordered Carbon Molecular Sieves via Template-Mediated Structural Transformation.[J]. 9 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-
Dillon A C， Jones K M， Bekkedahl T A， et al. Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes[J]. Nature， 1997， 386(6623):377-379. Chen P， Wu X， Lin J， et al. High H2 uptake by alkali-doped carbon nanotubes under ambient pressure and moderate temperatures[J]. Science， 1999， 285(5424):91-3.