介孔碳材料的研究进展

根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。

介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。

而且，这种材料的有序孔道可作为“微型反应器”，在其中组装具有纳米尺度的均匀稳定的“客体”材料后而成为“主客体材料”，由于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到广泛的应用。

因此介孔材料从它诞生一开始就吸引了国际上物理、化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣，目前已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。

按照化学组成分类，介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。

1. 硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。

硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。

硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。

进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。

杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。

2. 非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。

由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。

例如：铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐(silicon-aluminophosphat e，SAPOs)、架构中引入二价金属的铝磷酸盐(metal-substituted AIPOs，MAPOs)已广泛应用于吸附、催化剂负载、酸催化、氧化催化（如甲醇烯烃化、碳氢化合物氧化）等领域。

内表面积大和孔容量高的活性炭，由于具有高的吸附量以及可从气液中吸附不同类型的化合物等特性已成为主要的工业吸附剂。

介孔材料的兴起以Mobil公司的科学家在1992年的Nature上报道发明了M41S家族为标志，以表面活性剂为模板经超分子组装合成高度有序的介孔材料，这种具有规则孔道（2～50 nm 可控），巨大的表面积（300～2000平米每克）的SiO2分子筛由于在催化，材料，生物等领域有潜在的应用得到了科学家的广泛的兴趣。

事实上1991年日本人率先研究发现了介孔材料的合成，可惜孔道不规则，且发表在日本化学会刊上，未能得到关注。

在此之后Mobil公司没有继续报道他们的成果，估计改到作应用了。

有趣的是，催化科学家终于可以发高档次论文，于是在Nature，Science （NS）上不断灌水，其中的马力最强的灌水机当属Pinnavaia和Stucky。

Pinnavaia最大的贡献是采用非离子取代先前的CTAB或CTAC离子型表面活性剂合成了无序的介孔分子筛HMS与MSU。

最近此人又在Science灌了一篇，好像说是变有序了。

Sigh，看看人家的工作，作一篇发一个Science，工作量跟咱们郑仙（注：厦大郑兰荪院士，当时郑发表了一篇science，用了10年之功）没的比。

Pinnavaia搞催化出生的，工作主要集中在介孔硅，铝硅酸盐，磷酸盐等分子筛的合成。

Stucky/%7Estuckygroup/stuckygroup/无疑是介孔材料的超大牛，做的SBA-n系列分子筛篇篇都上NS去了。

值得一提的是，绝大部分成绩的取得不是什么所谓的领导支持，上级关注得来的，全是咱们中国留学生帮他干的。

而绝大部分的中国留学生都是吉林大学出来的，如霍启升，赵东元等杰出代表。

（纳米领域现在的另一水王有个名叫彭小刚（Peng X G，合成CdSe的，现在阿肯色大学当教授，阿肯色，嘿嘿，多读几遍就知道是好地方了,都是吉大的，sigh，咱们厦大还是缺这种的。

）霍现在好像不干科研了，赵现在复旦大学当长江学者了。

国内在介孔领域无疑他是最强的，放眼整个亚洲，也算是数一数二了。

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。

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。

Li-S电池和Li-Air电池的研究进展锂离子电池已经改变了便携式电子产品，并且在交通电气化中扮演了非常重要的角色。

然而，锂离子电池的能量上限不足以满足当今社会的长远需求，例如扩展范围的电力汽车。

超越锂离子电池的限制是一个艰难的挑战，有几种选择。

这里，我们考虑两种：锂硫电池和锂空气电池。

储存在锂硫电池和锂空气电池中的能量不亚于锂离子电池。

科研工作者还正在研究这两种电池的作用机理，如果这两种电池被成功开发，那么一直困扰着人们的难题将会被解决。

在电池的反应机制以及新的材料方面的最新科学进展是非常关键的。

关键词：锂硫电池，锂空气电池第一章锂硫电池[1]1.1背景锂离子电池(LIBs)，是最普遍的可交换能源之一，在20世纪90年代最初被使用到现在已经超过了20多年，在便携式设备中一直被广泛使用。

然而，LIBs已经达到其理论能量极限，因此不能满足当今电力汽车的大容量与长循环寿命的需求。

随着越来越迫切的需求以及强大的市场潜力，科研工作者们开始研究具有更高能量密度而且成本更低的可交换电池。

金属锂在所有金属中电负性很高而拥有最低的密度，所以有着最高的容量（3861 mAh/g）,而且它是所有的可交换电池负极材料中优先考虑的。

单质硫的理论容量是1673 mAh/g。

因此，在考虑锂硫完全反应的情况下，锂硫电池可以达到非常高的质量能量密度(2500Wh/kg)和体积能量密度(2800 Wh/L)。

而且由于地球上硫元素的储备非常丰富，该电池比LIBs的成本更低。

与LIBs相比，硫阴极可以保持在一个安全的电压范围（1.5-2.5V）。

另外，硫是无毒的。

毋庸置疑，锂硫电池的这些优势使其成为能源储备的一个非常好的选择，同时在绿色能源中也扮演了非常重要的角色，因此缓解了全球变暖而且减少了化石燃料的使用。

然而，锂硫电池的商业化收到了以下方面的阻碍。

例如硫元素的绝热特性以及多硫化物的溶解会导致硫的损失和电池容量的极速降低。

为了解决这些问题，人们努力把材料做成纳米维度和结构，纳米尺寸材料因其不易降解的特性成为解决上述问题的一种非常有效的手段。

介孔材料合成的研究
陈岗庆;李奠础;李瑞丰
【期刊名称】《山西化工》
【年(卷),期】2006(26)4
【摘要】有序介孔材料作为一种多孔的纳米结构材料,被广泛用作非均相催化剂、各类载体和离子交换剂等,在催化、吸附、分离、传感器以及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值.近年来备受关注,已成为国际上跨学科的研究热点之一.综述了介孔材料的分类、结构特点、生成机理、制备和表征方法,展望了介孔材料合成的研究趋势.
【总页数】4页(P68-71)
【作者】陈岗庆;李奠础;李瑞丰
【作者单位】太原理工大学化学与化工学院,山西,太原,030024;山西综合职业技术学院轻工分院,山西,太原,030013;太原理工大学化学与化工学院,山西,太原,030024【正文语种】中文
【中图分类】TB383
【相关文献】
1.氟氮掺杂的有序介孔碳材料合成实验研究 [J], 殷馨;刘嘉威;赵丹;周志明;杨泽仁;王海文
2.用富含介孔的硅基材料合成微孔-介孔复合分子筛 [J], 周升;李玉平;张卿;孙海飞;闫子春;窦涛
3.掺铜的硅基介孔材料合成与应用研究进展 [J], 连海霞;王晓钟;董家鑫;吕伟伟;王
政
4.介孔氮化碳材料合成的研究进展 [J], 王悦;蒋权;尚介坤;许杰;李永昕
5.介孔碳材料合成的研究进展 [J], 刘建峰;宁锴;丁昇;袁斌霞;王道累
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功能介孔碳硅负极
功能介孔碳-硅复合负极材料是一种新型的锂离子电池负极材料，它结合了介孔碳和硅的优点，具有高容量、高倍率性能和长循环寿命等优点。

介孔碳是一种具有有序介孔结构的碳材料，具有高比表面积、高孔容和良好的电导性等优点。

硅是一种高容量的锂离子电池负极材料，但其循环性能较差，容易发生体积膨胀。

将硅与介孔碳复合，可以发挥两者的优点，制备出高性能的锂离子电池负极材料。

功能介孔碳-硅复合负极材料的制备方法主要包括溶胶凝胶法、化学气相沉积法、模板法等。

在制备过程中，需要控制介孔碳和硅的形貌、结构和组成，以提高材料的电化学性能。

功能介孔碳-硅复合负极材料在锂离子电池领域具有广泛的应用前景。

它可以用于电动汽车、混合动力汽车、储能系统等领域，提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。

同时，该材料还可以与其他高容量负极材料如钛酸锂等复合，制备出更具有优势的锂离子电池负极材料。

总的来说，功能介孔碳-硅复合负极材料是一种新型、高性能的锂离子电池负极材料，具有广泛的应用前景和重要的研究价值。

纳米碳球介孔全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纳米碳球是一种具有微纳米级尺寸的碳材料，具有极小的球形结构。

而介孔纳米碳球，则是在纳米碳球的基础上，通过引入介孔结构，使其具有更大的比表面积和更优异的性能。

介孔纳米碳球的制备方法主要包括硬模板法、软模板法、凝胶自组装法、溶剂热法等，其中硬模板法是目前应用最广泛的一种制备方法。

介孔纳米碳球在能源存储、催化、吸附分离等领域具有广泛的应用前景。

介孔纳米碳球作为电极材料在锂离子电池、超级电容器等储能设备中展现出了良好的电化学性能，其高比表面积和优异的导电性能使得电荷传输更为高效。

介孔纳米碳球作为催化剂在催化反应中表现出了优异的效果，其丰富的活性位点和大量的孔道结构为催化反应的进行提供了良好的条件。

介孔纳米碳球还可以作为吸附剂用于气体分离、水处理等领域，其高比表面积和调控的孔径结构使其具有出色的吸附性能。

介孔纳米碳球在大规模生产和商业化应用中仍然面临着一些挑战。

目前介孔纳米碳球的制备成本较高，且生产过程中存在一定的环境污染问题，需要进一步优化制备工艺，降低生产成本。

目前对介孔纳米碳球的结构调控和性能提升研究还不够深入，需要加大研发投入，推动相关技术的创新。

介孔纳米碳球的应用范围还有待进一步拓展，需要开发更多领域的新型应用，提高其经济和社会效益。

第二篇示例：纳米碳球是一种新型的碳材料，具有很高的表面积和介孔结构。

它们在吸附、催化、传感等领域有着广泛的应用。

本文将重点介绍关于纳米碳球的介孔结构以及其在吸附材料中的应用。

纳米碳球的介孔结构是指具有直径在2-50纳米范围内的孔隙结构。

这种介孔结构可以提供更大的比表面积，增加活性位点数量，提高反应速率和选择性。

介孔结构还可以提高吸附和吸附再生的效率，同时减少质量转移的阻力。

纳米碳球常常被用作吸附剂、分离膜和传感器等功能材料。

在吸附领域，纳米碳球可以被用来去除水中的有机物、重金属离子和气体污染物。

由于其介孔结构提供了更多的吸附位点，纳米碳球可以在短时间内迅速吸附目标物质，并且可以通过热处理或溶剂洗脱再生。

阐述催化领域里对新型炭材料的运用及进展摘要：新型炭材料的出现极大的解决了各行各业在发展中对碳材料的使用需求，同时在催化领域中新型炭材料的使用也多有建树。

因此，本文将针对新型炭材料在催化领域内的运用与进展进行简要分析。

关键词：ACF（活性碳纤维）；新型炭材料；催化剂引言：碳材料具有良好的物理、化学性质，在工业发展中常被用作催化剂或催化剂载体。

以此为基础，做好新型炭材料在催化领域中的运用、发展研究，有助于提高新型炭材料利用价值，促进催化领域健康发展。

（一）新型碳材料在催化领域中作为催化剂的具体运用1、催化氧化脱氢反应分析该反应主要特点即放热，要想确保化学反应科学性、可行性，氧化剂可采取铁、钴等混合氧化物配置，但实际使用时混合氧化物会被诸多因素制约，如金属催化剂稳定性差、污染严重等，所以为了实现催化氧化脱氢反应绿色、清洁发展目标，应做好新催化剂研发、运用，以此将金属催化剂替代。

2、催化氧化还原反应分析新型碳材料研发期间，发现氮掺杂介孔碳是多孔结构，内部富含氮、氧等杂原子，能使AC赝电容、电催化等性能明显改善，且在碱性条件下的AC表现出的氧还原活性、稳定性相对较强。

所以，在环保、可再生催化材料选用中可以氮掺杂介孔碳为主，且燃料电池等新领域中其依旧具有较大能效。

同时，制备该材料时若选用ZnCl时，可将石墨型、吡啶型等氮物质镶嵌到碳分子骨架上，此时材2料的氧化还原活性、稳定性会明显提升，该材料被氨气处理后，还可使材料表面氮官能团个数变多，同时将材料表面氧官能团位置占据，由此提高了材料吸附力及氮掺杂介孔碳催化活性、选择性，且投入催化氧化还原反应使用时的催化性能十分突出。

3、其它化学反应中新型碳材料的运用除氧化反应等中可以使用新型碳材料外，酯化反应、氢-氘交换反应也可运用。

研究发现，以传统制备、运用新型碳材料的经营为基础，合成乙醇胺衍生物与Zn2+、Cu2+等配合物及二胺衍生物和Zn2+、Fe3+、Cu2+配合物，探针材料选择4-氨基安替吡啉等实施化学反应，观察结果发现此类配合物催化活性较高，能回收利用、减少化学反应成本、改善化学反应效率等。

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。