多孔碳材料的研究进展
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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。
《2024年新型多孔碳材料的合成与应用研究》范文
《新型多孔碳材料的合成与应用研究》篇一一、引言随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，新型多孔碳材料作为一种高效、环保的吸附和分离材料，逐渐成为了科研领域的热点。
这种材料具有独特的孔结构、高的比表面积和良好的化学稳定性，广泛应用于能源存储、环境治理、催化剂载体等领域。
本文将详细介绍新型多孔碳材料的合成方法、结构特性及其在各领域的应用研究。
二、新型多孔碳材料的合成方法1. 物理法物理法主要是通过高温炭化或物理活化法等手段合成多孔碳材料。
该方法主要优点是过程简单、成本低，但合成出的多孔碳材料孔径分布较宽，比表面积相对较小。
2. 化学法化学法主要包括模板法、溶胶凝胶法等。
这些方法能够制备出孔径分布窄、比表面积大的多孔碳材料。
其中，模板法是利用模板剂的引导作用，制备出具有特定形状和尺寸的多孔碳材料。
三、新型多孔碳材料的结构特性新型多孔碳材料具有以下特点：1. 高的比表面积：多孔碳材料具有丰富的孔隙结构，从而具有较高的比表面积，有利于吸附和分离等应用。
2. 可调的孔径分布：通过调整合成过程中的条件，可以制备出不同孔径分布的多孔碳材料，以满足不同应用的需求。
3. 良好的化学稳定性：多孔碳材料具有良好的耐酸碱、耐高温等特性，使其在恶劣环境下仍能保持良好的性能。
四、新型多孔碳材料的应用研究1. 能源存储领域新型多孔碳材料作为锂电池、超级电容器等能源存储设备的电极材料，具有优异的电化学性能。
其高的比表面积和良好的导电性，使得电极材料能够充分接触电解质，提高电化学性能。
2. 环境治理领域多孔碳材料对有机污染物、重金属离子等具有良好的吸附性能，可用于废水处理、空气净化等领域。
此外，其优良的再生性能和可循环使用特点，降低了环境治理成本。
3. 催化剂载体多孔碳材料可作为催化剂载体，提高催化剂的分散性和稳定性。
同时，其独特的孔结构有利于反应物的扩散和传输，提高催化反应效率。
五、结论与展望新型多孔碳材料凭借其独特的结构和优良的性能，在能源存储、环境治理、催化剂载体等领域展现出广阔的应用前景。
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
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
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-
H
6
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。
H
7
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
H
10
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。
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。
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。
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超级电容器
• 碳材料，如碳粉末、碳纤维、碳凝胶、碳纳米管、碳复合 物、碳垫、碳独块巨石、碳箔等， 被广泛的应用于超级电 容器。 北京科技大学范丽珍 教授用氨基葡萄糖为 原料合成氮掺杂碳材 料，比容量在 H2SO4 和 KOH 溶液中分别可 达 300 和 220F/g。
Li Z， Li-Zhen F， Meng-Qi Z， et al. Nitrogen-containing hydrothermal carbons with superior performance in supercapacitors.[J]. Advanced Materials， 2010， 22(45):5202–5206.
碳分子筛空分材料
• 氧氮两种气体分子在分子筛表 面上的扩散速率不同，直径较 小的氧气分子扩散速率较快， 较多的进入碳分子筛微孔，直 径较大的氮气分子扩散速率较 慢，进入碳分子筛微孔较少。 根据氮氧通过CMS 的速率不 同，达到分离目的。目前，空 分制氮技术已经很成熟，已经 可以制得纯度为99%~99.9%的 氮气。
• 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
• 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。
Guang-Ping H， Wen-Cui L， Dan Q， et al. Structurally designed synthesis of mechanically stable poly(benzoxazine-co-resol)-based porous carbon monoliths and their application as high-performance CO2 capture sorbents.[J]. Journal of the American Chemical Society， 2011， 133(29):11378-11388. 20
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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-
19
CO2吸附分离
• Lu等人利用苯并恶嗪-酚醛树脂聚合物为碳源和氮源，经 过煅烧得到了氮掺杂的块体碳材料。这类碳材料可以承受 15.6MPa的压力，在压力1bar和0℃的条件下， CO2的吸附 量范围是是3.3-4.9 mmol/g。在CO2/N2的混合气体中，CO2 的选择性系数从13到28。
Wan Y， Shi Y， Zhao D. Supramolecular Aggregates as Templates: Ordered Mesoporous Polymers and Carbons†[J]. Chemistry of Materials， 2007， 20(3):932-945.
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.
17
吸附分离
• 多孔碳材料中掺杂 N 原子或含氮碱性基团后，可以极大地调 变多孔碳材料的表面积、孔道结构、表面化学特性，因此被许 多研究者用于气体的吸附研究。 • Li等用氨水改性在活性碳纤维表面引入含氮基团。发现，与具 有相近表面积的商业活性碳纤维相比，含氮活性碳纤维对SO2 的脱除具有更好的性能。这是由于经过氨水处理后的氮碳纤维 表面含有丰富的含氮基团，能够增强对SO2的吸附能力。
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%。
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.
硬模板法
10
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。
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。
பைடு நூலகம்
Jin H， Lee Y S， Hong I. Hydrogen adsorption characteristics of activated carbon[J]. Catalysis Today， 2007， 120(120):399-406.
16
超级电容器
南京大学胡征教授 以 MgO 为模板、 苯蒸汽为碳源合成 了石墨质的碳纳米 笼，在 KOH 溶液 中 比电容值最高可 达 260F/g。
Xie K， Qin X， Wang X， et al. Carbon Nanocages as Supercapacitor Electrode Materials[J]. Advanced Materials， 2012， 24(3):347-52.
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
18
CO2吸附
•
Su等人通过商业的酚醛树脂，与1 wt%碳纳米管混合，经过煅 烧和CO2气体物理活化之后得到了大孔-微孔这样的分级孔结构。 特别地，该材料在低CO2浓度的情况下（25℃和0.15atm） CO2 的吸附量仍能达到1.18mmol/g 。
Jin Y， Hawkins S C， Chi P H， et al. Carbon nanotube modified carbon composite monoliths as superior adsorbents for carbon dioxide capture[J]. Energy & Environmental Science ， 2013， 6(9):2591-2596.
14
储氢
• Cogotsi等使用不 同碳化物前驱体， 氯化处理和调节 活化温度合成特 定孔径的多孔碳， 发现在同样的比 表面积下，小于 或等于1nm的小孔 储氢效率更高。
Yury G， Dash R K， Gleb Y， et al. Tailoring of nanoscale porosity in carbide-derived carbons for hydrogen storage.[J]. Journal of the American Chemical Society， 2005， 127(46):16006-7.
21
功能性改进
催化
活性炭纤维用硫酸处理后可催化NO与NH3 反应生成N2，提高低浓度NO的脱除率。 添加溴的多孔炭可作为强催化剂氧化甲硫 醚、二硫甲烷。 活性炭纤维上分散MgO粒子可大大增加对 甲烷的吸附。 在多孔碳表面添加氯化亚铜，可提高对CO 的吸附。 多孔碳上添加有杀菌作用的银粒子后对大 肠杆菌、黄色葡萄状球菌等都有极好的杀 菌作。
超级电容器
• 碳材料，如碳粉末、碳纤维、碳凝胶、碳纳米管、碳复合 物、碳垫、碳独块巨石、碳箔等， 被广泛的应用于超级电 容器。 北京科技大学范丽珍 教授用氨基葡萄糖为 原料合成氮掺杂碳材 料，比容量在 H2SO4 和 KOH 溶液中分别可 达 300 和 220F/g。
Li Z， Li-Zhen F， Meng-Qi Z， et al. Nitrogen-containing hydrothermal carbons with superior performance in supercapacitors.[J]. Advanced Materials， 2010， 22(45):5202–5206.
碳分子筛空分材料
• 氧氮两种气体分子在分子筛表 面上的扩散速率不同，直径较 小的氧气分子扩散速率较快， 较多的进入碳分子筛微孔，直 径较大的氮气分子扩散速率较 慢，进入碳分子筛微孔较少。 根据氮氧通过CMS 的速率不 同，达到分离目的。目前，空 分制氮技术已经很成熟，已经 可以制得纯度为99%~99.9%的 氮气。
• 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。
Guang-Ping H， Wen-Cui L， Dan Q， et al. Structurally designed synthesis of mechanically stable poly(benzoxazine-co-resol)-based porous carbon monoliths and their application as high-performance CO2 capture sorbents.[J]. Journal of the American Chemical Society， 2011， 133(29):11378-11388. 20
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-
19
CO2吸附分离
• Lu等人利用苯并恶嗪-酚醛树脂聚合物为碳源和氮源，经 过煅烧得到了氮掺杂的块体碳材料。这类碳材料可以承受 15.6MPa的压力，在压力1bar和0℃的条件下， CO2的吸附 量范围是是3.3-4.9 mmol/g。在CO2/N2的混合气体中，CO2 的选择性系数从13到28。
Wan Y， Shi Y， Zhao D. Supramolecular Aggregates as Templates: Ordered Mesoporous Polymers and Carbons†[J]. Chemistry of Materials， 2007， 20(3):932-945.
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.
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吸附分离
• 多孔碳材料中掺杂 N 原子或含氮碱性基团后，可以极大地调 变多孔碳材料的表面积、孔道结构、表面化学特性，因此被许 多研究者用于气体的吸附研究。 • Li等用氨水改性在活性碳纤维表面引入含氮基团。发现，与具 有相近表面积的商业活性碳纤维相比，含氮活性碳纤维对SO2 的脱除具有更好的性能。这是由于经过氨水处理后的氮碳纤维 表面含有丰富的含氮基团，能够增强对SO2的吸附能力。
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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%。
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.
硬模板法
10
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。
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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。
பைடு நூலகம்
Jin H， Lee Y S， Hong I. Hydrogen adsorption characteristics of activated carbon[J]. Catalysis Today， 2007， 120(120):399-406.
16
超级电容器
南京大学胡征教授 以 MgO 为模板、 苯蒸汽为碳源合成 了石墨质的碳纳米 笼，在 KOH 溶液 中 比电容值最高可 达 260F/g。
Xie K， Qin X， Wang X， et al. Carbon Nanocages as Supercapacitor Electrode Materials[J]. Advanced Materials， 2012， 24(3):347-52.
硬模板法
模板法 软模板法
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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。
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硬模板法
18
CO2吸附
•
Su等人通过商业的酚醛树脂，与1 wt%碳纳米管混合，经过煅 烧和CO2气体物理活化之后得到了大孔-微孔这样的分级孔结构。 特别地，该材料在低CO2浓度的情况下（25℃和0.15atm） CO2 的吸附量仍能达到1.18mmol/g 。
Jin Y， Hawkins S C， Chi P H， et al. Carbon nanotube modified carbon composite monoliths as superior adsorbents for carbon dioxide capture[J]. Energy & Environmental Science ， 2013， 6(9):2591-2596.
14
储氢
• Cogotsi等使用不 同碳化物前驱体， 氯化处理和调节 活化温度合成特 定孔径的多孔碳， 发现在同样的比 表面积下，小于 或等于1nm的小孔 储氢效率更高。
Yury G， Dash R K， Gleb Y， et al. Tailoring of nanoscale porosity in carbide-derived carbons for hydrogen storage.[J]. Journal of the American Chemical Society， 2005， 127(46):16006-7.
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功能性改进
催化
活性炭纤维用硫酸处理后可催化NO与NH3 反应生成N2，提高低浓度NO的脱除率。 添加溴的多孔炭可作为强催化剂氧化甲硫 醚、二硫甲烷。 活性炭纤维上分散MgO粒子可大大增加对 甲烷的吸附。 在多孔碳表面添加氯化亚铜，可提高对CO 的吸附。 多孔碳上添加有杀菌作用的银粒子后对大 肠杆菌、黄色葡萄状球菌等都有极好的杀 菌作。