多孔碳材料的研究进展课件

多孔材料研究进展1前沿根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。

同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。

在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。

在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。

Figure 1 pore size Figure 2 Pore typeFigure 3 Pore shape2 多孔材料2.1 微孔材料 (microporous materials典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。

在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。

MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。

以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。

如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。

在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过苯环形成了无限三位孔道结构,如图 Figure 5 所示。

MOF-5是这一领域研究最多的典型例子之一,其合成方法也多种多样, 2008年时 Yaghi 小组又提出了室温下合成MOF-5的方法 3,如图 Figure 6 所示。

多孔碳基材料的制备及吸波性能研究多孔碳基材料的制备及吸波性能研究近年来，随着无线通信技术的快速发展，对高性能吸波材料的需求也越来越大。

多孔碳材料由于其特殊的结构和优异的吸波性能，在电磁辐射吸波领域中得到了广泛的关注和应用。

本文将介绍多孔碳基材料的制备方法，并重点讨论其吸波性能的研究进展。

多孔碳材料的制备方法主要包括模板法、气相沉积法和离子溶液法等。

其中，模板法是常用的一种制备多孔结构的方法。

通过选择不同的模板材料和碳源，可以制备出不同孔径和孔隙度的多孔碳材料。

例如，利用聚苯乙烯微球作为模板，先通过溶胶凝胶法包埋模板，再通过炭化处理得到多孔碳材料。

气相沉积法则是通过控制碳源的热解过程，在特定的温度和气氛条件下，使碳源在催化剂的作用下直接沉积形成多孔碳材料。

离子溶液法是一种独特的制备多孔碳材料的方法，通过选择合适的离子溶液和电解质，在特定的电压条件下，在金属基体上电沉积碳材料，形成多孔结构。

多孔碳材料的吸波性能主要受孔结构、孔隙度和表面形态等因素的影响。

研究者们通过调控多孔碳材料的制备条件，优化孔结构和孔隙度，以实现更好的吸波性能。

研究表明，孔径在0.1~1毫米范围内的多孔碳材料对较低频率的电磁波吸收效果较好，而孔径小于0.1毫米的多孔碳材料对较高频率的电磁波吸收效果更佳。

此外，控制多孔碳材料的表面形态也可以改善其吸波性能。

通过在多孔碳材料的表面修饰金属或氧化物等吸波材料，可以增加与电磁波的相互作用，提高吸波性能。

多孔碳材料的吸波机理主要包括电磁波的多次反射、多次折射和电子磁场的吸收等过程。

当电磁波通过多孔碳材料时，由于多孔结构的存在，电磁波会在孔壁上发生多次反射和折射，形成相位差，从而导致电磁波的衰减。

此外，多孔碳材料中的碳材料本身也具有一定的电磁波吸收能力。

碳材料中的共轭π电子体系和分子内结构的共振效应可以使碳材料对电磁波产生能带吸收，实现吸波性能。

目前，多孔碳材料的制备方法和吸波性能的研究还存在一些挑战和亟待解决的问题。

多孔碳材料最近研究进展多孔碳材料最近研究进展1、碳源/方法[1]Gao等人利用海苔为生物质原料，在500℃下碳化，之后利用铝酸钠作为活化剂，在500-900℃下反应，最后盐酸和水洗得到了孔径分布集中在1nm和2nm的微孔-介孔碳材料，该材料BET比表面积和孔体积分别为1374.3m2/g和1.150cm3/g。

以酸性大红作为吸附质，对合成介孔碳进行吸附研究，根据朗格缪尔模型，介孔碳对酸性大红的饱和吸附量达1000mg/g。

(Yuan Gao, et al. Chemical Engineering Journal,274(2015)76-83)[2] Akshay Jain等人以洋姜杆作为生物质原料，利用ZnCl2活化法，制备碳材料，在制备过程中加入H2O2，H2O的加入能够使得材料介孔性增强，并通过调节ZnCl2和H2O2的添加比例，得到了孔径集中在20-50nm 的双介孔活性炭，该碳材料对水中罗丹明B的饱和吸附量达714mg/g。

(Akshay Jain, et al. Chemical Engineering Journal,2015,273:622-629)[3]Yang等人利用柠檬酸钙在高温700-1000℃下，分解生成碳酸钙、氧化钙和具有介孔结构的碳材料。

把钙溶解在盐酸中形成可回收的氯化钙溶液，该溶液先与氢氧化钠反应，然后加入柠檬酸形成可回收的柠檬酸钙，从而实现钙模板的回收利用。

该方法在得到性能较好的介孔碳材料时，避免了二氧化硅等模板脱除造成的化学资源浪费和可能带来的严重环境问题，是一种合成介孔碳材料的绿色新方法。

(Yang J, et al. Microporous Mesoprous Mater.,2014,183(1):91-98)[4]Feng等人以壳聚糖溶液为原料、三嵌段两亲共聚物F127 为软模板，采用一步法合成多孔碳材料，考察了复配溶液pH 值及碳化温度等条件对材料孔结构、比表面积等的影响。

目前合成多孔炭材料的研究进展这篇文章对过去十年有关多孔炭的合成进展进行了总结。

采用不同路线，多孔炭可以具有不同的孔尺寸和孔结构。

通过活性过程已经合成了微孔活性炭。

有序微孔炭材料多孔炭主要用于气体分离、水纯化、催化剂载体、电化学双极板电容器电极材料、燃料电池。

多孔炭分为：＜2nm微孔，2nm＜介孔＜50nm，宏孔＞50nm。

传统制备多孔炭的方法有：1）化学活化、物理活化、化学物理活化；2）使用金属盐或有机金属化合物催化活化炭前驱体；含碳聚合物和可裂解聚合物的碳化；3）在超临界干燥条件下合成的聚合物气凝胶的碳化。

尽管采用上述方法合成了多种多孔炭，但多孔炭的均匀性还需要进一步改进。

过去十年，很多硬的、可设计的无机模板用来合成具有均匀孔尺寸的炭材料。

Knox和他的合作者首创了采用模板合成多孔炭的先河，从此以后，采用无机模板合成了具有微孔、介孔和宏孔的孔结构均匀的多孔炭。

模板合成多孔炭一般包括：1）制备炭前驱体/无机模板复合材料，2）碳化，3）移去无机模板。

目前已经不同无机材料作为模板材料，包括SiO2纳米颗粒，沸石类，多孔氧化铝膜，介孔二氧化硅。

大致的说，模板法一般分为两类。

首先，无机模板，如氧化硅纳米颗粒嵌入到炭前驱体内。

随后碳化，移去无机模板，产生独立的孔结构。

另一种是，炭先驱体引入模板孔内，碳化，移去模板，产生联通孔结构。

本文主要研究模板法合成多孔炭。

2.微孔炭2.1 无序微孔炭（分子筛炭）（MSCs）以煤或有机化合物为原料加工制成的孔径为分子级的多孔含碳物质。

分子筛炭是一类特殊的活性炭，其拥有几埃直径的均匀孔结构，已广泛用于分离气体分子，形状选择催化剂、电化学双极板电容器电极材料。

由于其疏水性和抗腐蚀性，MSCs可用于无机分子筛分。

MSCs最有代表性的制备方法是适当炭前驱体的裂解。

Miura et al.采用煤和有机添加剂裂解制备了MSCs。

添加有机添加剂可获得不同于只有煤存在的孔结构。

改变试验条件，可以改变孔尺寸。

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。

多孔碳材料的制备及应用研究随着环境污染和资源短缺问题的日益严重，绿色、环保、高效的新材料的研究和应用成为了当今科学研究的热点之一。

多孔碳材料已经成为材料科学领域中非常重要的一类材料，因其特殊的孔道结构和优越的性能，已经得到了广泛的应用。

一、多孔碳材料的制备多孔碳材料的制备方法很多，常用的方法可以分为两大类：物理法和化学法。

1.物理法物理法制备多孔碳材料主要有以下几个方法：高温炭化法、模板法、氧化石墨化学气相沉积法等。

高温炭化法是使用含碳高的有机废弃物或碳质材料，在高温炉内进行氧化炭化处理，产生多孔碳材料。

这种方法操作简单，制备多孔碳材料的孔径分布范围也较广。

模板法是在有机或无机模板的作用下，通过多种途径制备多孔碳材料的一种方法。

有机模板法常用的有大豆、手机、木质素等有机材料；无机模板法常用的有SiO2、Al2O3等无机材料。

这种方法制备的多孔碳材料孔径分布相对较窄，但孔道结构有序，特点明显，也较为常用。

氧化石墨化学气相沉积法（CVD）是采用简单的石墨化学反应以及金属或氧化物的还原处理，制备多孔碳材料。

这种方法可制备孔径更为单一和大小可控的多孔碳材料。

2.化学法化学法制备多孔碳材料主要有以下几个方法：热解膨胀法、反应物改性法、溶胶凝胶法等。

热解膨胀法是利用具有不相容性的两种高分子在高温环境中的相分离，热解后膨胀形成多孔材料的方法。

反应物改性法是在石墨烯结构中加入不同反应物，产生孔结构和活性位点，制备多孔碳材料。

这种方法制备的多孔碳材料孔径分布广，但孔内结构复杂，难以控制。

溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶过程中的相转变，控制多孔材料孔道结构和孔径的方法。

二、多孔碳材料的应用多孔碳材料因其独特的孔道结构和优越的性能，在多个领域有重要的应用。

1.吸附分离多孔碳材料在吸附分离中的应用非常广泛，能够吸附稠化剂、油漆、碳黑、杂质和溶液中某些污染物等物质，具有高的吸附能力、高的表面积和可重复使用的特点。

例如，多孔碳材料可以用于对“三废”中的有害气体、有机废水和废弃农药等物质进行吸附分离。

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。

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。