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1、多孔碳材料的制備與應(yīng)用摘要:多孔碳材料不僅具有碳材料化學(xué)穩(wěn)定高、導(dǎo)電性好等優(yōu)點，由于多孔結(jié)構(gòu)的引入，還具有比表而積高、孔道結(jié)構(gòu)豐富、孔徑可調(diào)等特點，在催化、吸附和電化學(xué)儲能等方而都得到了廣泛的應(yīng)用。本文綜述了微孔、介孔、大孔及多級孔碳等多孔碳材料的最新研究進(jìn)展，重點介紹了多孔碳孔道結(jié)構(gòu)的調(diào)控，并對多孔碳材料的應(yīng)用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:多孔碳；模板合成；活化合成；有序孔道Abstract:Porouscarbonwithlargespecificsurfacearea，tunableporousstruc
2、ture，highstabilityandgoodelectronconductivity，hasattractedconsiderableattentionduetoitspromisingapplicationsinthefieldsofcatalyst，catalystsupport，absorptionandelectrochemicalenergystorage．Thismanuscriptreviewsrecentdevelopmentinthefabricationofmicroporo
3、uscarbon，mesoporouscarbon，macroporouscarbonandhierarchicallyporouscarbonwithbothorderedanddisorderedporousstructures.Theso-calledsoft-andhard-templatemethodsareefficientintuningtheporousstructuresandmorphologiesofcarbonmaterials.Thepotentialapplications
4、ofporouscarbonmaterialsarealsohighlightedinthisreview．Keywordsporouscarbon:templatesynthesis;activationpreparation;24orderedporouschannels一．引言多孔碳材料是指具有不同孔結(jié)構(gòu)的碳材料，其孔徑可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求(如所吸附分子尺寸等)進(jìn)行調(diào)控，使其尺寸處于納米級微孔至微米級大孔之間。多孔碳材料具有碳材料的性質(zhì)，如化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好、價格低廉等優(yōu)點;同時，孔結(jié)構(gòu)的
5、引入使其同時具有比表而積大、孔道結(jié)構(gòu)可控、孔徑可調(diào)等特點。多孔碳材料在氣體分離、水的凈化、色譜分析、催化和光催化及能量存儲等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。按照國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的定義，可以根據(jù)多孔碳材料的孔直徑將其分為三類:微孔(小于2nm);介孔(2-50nm)和大孔(大于50nm)。而根據(jù)多孔碳材料的結(jié)構(gòu)特點，又可以將其分為無序多孔碳材料和有序多孔碳材料。其中無序多孔碳材料的孔道不是長程有序，孔道形狀不規(guī)則，孔徑大小分布范圍寬?；钚蕴渴菬o序多孔碳材料的典型代表，也是最早得到工業(yè)化應(yīng)用的
6、多孔碳材料。由于活性炭孔結(jié)構(gòu)主要由微孔組成，且孔徑不均一，限制了其在大分子(或者離子)體系(如聚合物、染料、生物大分子的吸附及超級電容器等方而)的應(yīng)用。有序多孔碳材料具有孔道有序性，孔道形狀和孔徑尺寸可以得到很好的控制，且孔徑分布范圍窄。在有序多孔碳材料中研究比較多的材料是有序介孔碳，如CMK-3，其孔徑在介孔范圍內(nèi)，一般可以利用有序介孔二氧化硅SBA-15作為硬模板合成而得。多孔碳材料的制備方法多種多樣，常用的制備方法有以下兩類:(1)活化法:活化法是制備多孔碳材料的傳統(tǒng)方法，包括:(a)化學(xué)活化、
7、物理活化或物理化學(xué)活化聯(lián)用;(b)碳前驅(qū)體的催化活化;(c)可碳化和熱解的高分子聚合物混合碳化;(d)高分子氣凝膠的碳化;(e)生物質(zhì)的碳化活化。利用這些傳統(tǒng)的碳化活化方法制得的往往是無序多孔碳材料，很難控制其孔道形狀和孔徑。24(2)模板法:模板法是利用模板來有效控制孔結(jié)構(gòu)，從而制備出結(jié)構(gòu)有序、孔徑均一的材料的方法。根據(jù)使用的模板的不同，模板法可以分為以下幾種:(a)軟模板法，是一種直接合成有序介孔碳的方法，通過碳前驅(qū)體(如酚醛樹脂)與軟模板(主要是表而活性劑)相互作用進(jìn)行自組裝，然后將碳前驅(qū)體碳化
8、得到多孔碳材料;(b)硬模板法，利用一種具有特殊孔結(jié)構(gòu)的材料作為硬模板，在其孔道中引入碳前驅(qū)體，經(jīng)過碳化和除去硬模板得到具有特殊孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料(圖1)[1]雙模板法，利用硬模板(如多孔陽極氧化鋁和PS小球)來控制碳材料的形貌或者大孔的形成，同時利用軟模板來控制有序介孔孔道的形成，從而得到具有等級孔道結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。模板法的突出優(yōu)點是具有良好的結(jié)構(gòu)可控性，這開辟了多孔碳制備的一個新途徑。圖1多孔碳材料的硬模板合成路線［1］Fig．1a)Schemat
