多孔碳材料的研究進(jìn)展課件

多孔碳材料的研究進(jìn)展1多孔碳材料的研究進(jìn)展1主要內(nèi)容多孔碳材料簡(jiǎn)介多孔碳材料合成多孔碳材料應(yīng)用前景展望2主要內(nèi)容多孔碳材料簡(jiǎn)介多孔碳材料合成多孔碳材料應(yīng)用前景展望2多孔碳材料常見的多孔碳材料有：活性碳、活性碳纖維、介孔碳、碳納米管、碳分子篩等。3多孔碳材料常見的多孔碳材料有：活性碳、活性碳纖維、介孔碳、碳比表面積大質(zhì)量輕導(dǎo)電導(dǎo)熱化學(xué)穩(wěn)定性高多孔碳材料吸附分離材料儲(chǔ)能材料電極材料……多孔材料4比表面積大質(zhì)量輕導(dǎo)電導(dǎo)熱化學(xué)穩(wěn)定性高多孔碳材料吸附分離材料儲(chǔ)多孔碳材料合成方法合成方法活化法化學(xué)活化法物理活化法模板法硬模板法軟模板法5多孔碳材料合成方法合成方法活化法化學(xué)活化法物理活化法模板法硬活化法物理活化法：采用水蒸氣、CO2、空氣等氣體作為活化劑，在高溫下與碳化料接觸進(jìn)行活化。物理活化法把化學(xué)藥品加入原料中，然后在惰性氣體介質(zhì)中加熱活化的方法。常用活化劑有：KOH，H3PO4，ZnCl2等，它們都起到了脫水劑和氧化劑的作用?；瘜W(xué)活化法6活化法物理活化法：采用水蒸氣、CO2、空氣等氣體作為活化劑硬模板法硬模板法流程：先合成多孔分子篩，以其為硬模板，將碳前驅(qū)體灌入其孔道中，將形成的納米有機(jī)物/硅復(fù)合材料經(jīng)過(guò)高溫碳化和模板刻蝕技術(shù)，

最終獲得多孔碳材料。其孔結(jié)構(gòu)和孔道尺寸主要取決于所使用的硬模板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇不同結(jié)構(gòu)的硬模板，來(lái)控制和合成反相復(fù)制模板的多孔碳材料。7硬模板法硬模板法流程：先合成多孔分子篩，以其為硬模板，將碳前硬模板法1999年，韓國(guó)科學(xué)家Ryoo等人以蔗糖為碳源，以介孔二氧化硅分子篩MCM-48為模板，首次合成出有序介孔碳材料CMK-1。RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).LeeJ,KimJ,HyeonT.Recentprogressinthesynthesisofporouscarbonmaterials[J].AdvancedMaterials,2011,18(18):2073-2094.8硬模板法1999年，韓國(guó)科學(xué)家Ryoo等人以蔗糖為碳源，以介硬模板法Ryoo以介孔氧化硅SBA-15為模板，合成了介孔碳CMK-3和CMK-5。當(dāng)碳源全部填充SBA-15的孔道時(shí)，得到納米棒狀CMK-3；如果碳源部分填充或僅在孔道的內(nèi)表面包覆一層，得到的是一空心的納米管型的CMK-5。CMK-3CMK-5RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).JooSH，ChoiSJ，OhI，etal.Orderednanoporousarraysofcarbonsupportinghighdispersionsofplatinumnanoparticles[J].Nature，2001，412(6843):169-72.9硬模板法Ryoo以介孔氧化硅SBA-15為模板，合成了介孔碳硬模板法10硬模板法10軟模板法軟模板法利用表面活性劑作為模板劑，通過(guò)表面活性劑和碳源之間的相互作用,經(jīng)過(guò)自組裝形成多孔結(jié)構(gòu)。趙東元課題組以酚醛樹脂為碳源，在乙醇做溶劑條件下，利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝將嵌段共聚物與碳源自組裝形成具有介孔結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，而后經(jīng)過(guò)脫除模板和預(yù)碳化得到有序介孔碳材料。WanY，ShiY，ZhaoD.SupramolecularAggregatesasTemplates:OrderedMesoporousPolymersandCarbons?[J].ChemistryofMaterials，2007，20(3):932-945.11軟模板法軟模板法利用表面活性劑作為模板劑，通過(guò)表面活性劑和碳軟模板法DaiSheng小組將PS-P4VP型嵌段共聚物與間苯二酚甲醛樹脂組裝得到嵌段共聚物-酚醛樹脂復(fù)合材料，在甲醛蒸氣處理和熱固后碳化，得到了高度有序的介孔碳材料。ChengduL,KunlunH,GuiochonGA,etal.Synthesisofalarge-scalehighlyorderedporouscarbonfilmbyself-assemblyofblockcopolymers.[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2004,43(43):5785–5789.12軟模板法DaiSheng小組將PS-P4VP型嵌段共聚物與儲(chǔ)氫多孔碳材料具有密度小、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，而被用于制備儲(chǔ)氫材料。美國(guó)國(guó)立可再生能源實(shí)驗(yàn)室，采用TPD(程序控溫脫附儀)測(cè)量單壁納米碳管(SWNT)的載氫量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)在常溫下SWNT能儲(chǔ)存5%～10%wt的氫氣，并認(rèn)為SWNT接近氫燃料電池汽車的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)9%wt。Chen等對(duì)金屬摻雜對(duì)納米碳管儲(chǔ)氫容量的影響進(jìn)行了研究，他們稱摻雜Li及摻雜K的多壁碳納米管在常壓，200-400℃條件下的儲(chǔ)氫量分別高達(dá)20%及14%。DillonAC，JonesKM，BekkedahlTA，etal.Storageofhydrogeninsingle-walledcarbonnanotubes[J].Nature，1997，386(6623):377-379.ChenP，WuX，LinJ，etal.HighH2uptakebyalkali-dopedcarbonnanotubesunderambientpressureandmoderatetemperatures[J].Science，1999，285(5424):91-3.13儲(chǔ)氫多孔碳材料具有密度小、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，而被用于制備儲(chǔ)氫Jin研究了不同比表面積(900-2800m2/g)和孔容(0.43-2.17cm2/g)的活性碳的儲(chǔ)氫效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比表面積和孔容都和吸氫量呈線性關(guān)系。JinH，LeeYS，HongI.Hydrogenadsorptioncharacteristicsofactivatedcarbon[J].CatalysisToday，2007，120(120):399-406.14儲(chǔ)氫Jin研究了不同比表面積(900-2800m2/g)和孔儲(chǔ)氫Cogotsi等使用不同碳化物前驅(qū)體，氯化處理和調(diào)節(jié)活化溫度合成特定孔徑的多孔碳，發(fā)現(xiàn)在同樣的比表面積下，小于或等于1nm的小孔儲(chǔ)氫效率更高。YuryG，DashRK，GlebY，etal.Tailoringofnanoscaleporosityincarbide-derivedcarbonsforhydrogenstorage.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2005，127(46):16006-7.15儲(chǔ)氫Cogotsi等使用不同碳化物前驅(qū)體，氯化處理和調(diào)節(jié)活化超級(jí)電容器碳材料，如碳粉末、碳纖維、碳凝膠、碳納米管、碳復(fù)合物、碳?jí)|、碳獨(dú)塊巨石、碳箔等，被廣泛的應(yīng)用于超級(jí)電容器。北京科技大學(xué)范麗珍教授用氨基葡萄糖為原料合成氮摻雜碳材料，比容量在H2SO4和KOH溶液中分別可達(dá)300和220F/g。LiZ，Li-ZhenF，Meng-QiZ，etal.Nitrogen-containinghydrothermalcarbonswithsuperiorperformanceinsupercapacitors.[J].AdvancedMaterials，2010，22(45):5202–5206.16超級(jí)電容器碳材料，如碳粉末、碳纖維、碳凝膠、碳納米管、碳復(fù)合南京大學(xué)胡征教授以MgO為模板、苯蒸汽為碳源合成了石墨質(zhì)的碳納米籠，在KOH溶液中比電容值最高可達(dá)260F/g。超級(jí)電容器XieK，QinX，WangX，etal.CarbonNanocagesasSupercapacitorElectrodeMaterials[J].AdvancedMaterials，2012，24(3):347-52.17南京大學(xué)胡征教授以MgO為模板、苯蒸汽為碳源合成了石墨質(zhì)吸附分離多孔碳材料中摻雜N原子或含氮堿性基團(tuán)后，可以極大地調(diào)變多孔碳材料的表面積、孔道結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)特性，因此被許多研究者用于氣體的吸附研究。Li等用氨水改性在活性碳纖維表面引入含氮基團(tuán)。發(fā)現(xiàn)，與具有相近表面積的商業(yè)活性碳纖維相比，含氮活性碳纖維對(duì)SO2的脫除具有更好的性能。這是由于經(jīng)過(guò)氨水處理后的氮碳纖維表面含有豐富的含氮基團(tuán)，能夠增強(qiáng)對(duì)SO2的吸附能力。LiK，LingL，LuC，etal.CatalyticremovalofSO2overammonia-activatedcarbonfibers[J].Carbon，2001，39(39):1803-1808.VimleshC，SeongUkY，SeonHoK，etal.HighlyselectiveCO2captureonN-dopedcarbonproducedbychemicalactivationofpolypyrrolefunctionalizedgraphenesheets.[J].ChemicalCommunications，2012，48(5):735-7.18吸附分離多孔碳材料中摻雜N原子或含氮堿性基團(tuán)后，可以極大CO2吸附

Su等人通過(guò)商業(yè)的酚醛樹脂，與1wt%碳納米管混合，經(jīng)過(guò)煅燒和CO2氣體物理活化之后得到了大孔-微孔這樣的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)。特別地，該材料在低CO2濃度的情況下（25℃和0.15atm）CO2的吸附量仍能達(dá)到1.18mmol/g。JinY，HawkinsSC，ChiPH，etal.Carbonnanotubemodifiedcarboncompositemonolithsassuperioradsorbentsforcarbondioxidecapture[J].Energy&EnvironmentalScience，2013，6(9):2591-2596.19CO2吸附Su等人通過(guò)商業(yè)的酚醛樹脂，與1wt%碳納米管CO2吸附分離Lu等人利用苯并惡嗪-酚醛樹脂聚合物為碳源和氮源，經(jīng)過(guò)煅燒得到了氮摻雜的塊體碳材料。這類碳材料可以承受15.6MPa的壓力，在壓力1bar和0℃的條件下，CO2的吸附量范圍是是3.3-4.9mmol/g。在CO2/N2的混合氣體中，CO2的選擇性系數(shù)從13到28。Guang-PingH，Wen-CuiL，DanQ，etal.Structurallydesignedsynthesisofmechanicallystablepoly(benzoxazine-co-resol)-basedporouscarbonmonolithsandtheirapplicationashigh-performanceCO2capturesorbents.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2011，133(29):11378-11388.20CO2吸附分離Lu等人利用苯并惡嗪-酚醛樹脂聚合物為碳源和氮碳分子篩空分材料氧氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同，直徑較小的氧氣分子擴(kuò)散速率較快，較多的進(jìn)入碳分子篩微孔，直徑較大的氮?dú)夥肿訑U(kuò)散速率較慢，進(jìn)入碳分子篩微孔較少。根據(jù)氮氧通過(guò)CMS的速率不同，達(dá)到分離目的。目前，空分制氮技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)可以制得純度為99%~99.9%的氮?dú)狻?1碳分子篩空分材料氧氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同功能性改進(jìn)活性炭纖維用硫酸處理后可催化NO與NH3

反應(yīng)生成N2，提高低濃度NO的脫除率。添加溴的多孔炭可作為強(qiáng)催化劑氧化甲硫醚、二硫甲烷。催化活性炭纖維上分散MgO粒子可大大增加對(duì)甲烷的吸附。在多孔碳表面添加氯化亞銅，可提高對(duì)CO的吸附。吸附多孔碳上添加有殺菌作用的銀粒子后對(duì)大腸桿菌、黃色葡萄狀球菌等都有極好的殺菌作。殺菌22功能性改進(jìn)活性炭纖維用硫酸處理后可催化NO與NH3反應(yīng)生成前景展望多孔碳材料原料來(lái)源豐富，合成方法多樣，可以采用不同的有機(jī)分子作為前驅(qū)物，通過(guò)針對(duì)性地設(shè)計(jì)反應(yīng)路線，表面改性、負(fù)載高活性金屬納米顆粒以及構(gòu)筑復(fù)合型碳材料等手段得到符合不同要求的碳材料。23前景展望多孔碳材料原料來(lái)源豐富，合成方法多樣，可以采用不同的參考文獻(xiàn)RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).JooSH，ChoiSJ，OhI，etal.Orderednanoporousarraysofcarbonsupportinghighdispersionsofplatinumnanoparticles[J].Nature，2001，412(6843):169-72.WanY，ShiY，ZhaoD.SupramolecularAggregatesasTemplates:OrderedMesoporousPolymersandCarbons[J].ChemistryofMaterials，2007，20(3):932-945.DillonAC，JonesKM，BekkedahlTA，etal.Storageofhydrogeninsingle-walledcarbonnanotubes[J].Nature，1997，386(6623):377-379.ChenP，WuX，LinJ，etal.HighH2uptakebyalkali-dopedcarbonnanotubesunderambientpressureandmoderatetemperatures[J].Science，1999，285(5424):91-3.JinH，LeeYS，HongI.Hydrogenadsorptioncharacteristicsofactivatedcarbon[J].CatalysisToday，2007，120(120):399-406.YuryG，DashRK，GlebY，etal.Tailoringofnanoscaleporosityincarbide-derivedcarbonsforhydrogenstorage.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2005，127(46):16006-7.LiZ，Li-ZhenF，Meng-QiZ，etal.Nitrogen-containinghydrothermalcarbonswithsuperiorperformanceinsupercapacitors.[J].AdvancedMaterials，2010，22(45):5202–5206.XieK，QinX，WangX，etal.CarbonNanocagesasSupercapacitorElectrodeMaterials[J].AdvancedMaterials，2012，24(3):347-52.VimleshC，SeongUkY，SeonHoK，etal.HighlyselectiveCO2captureonN-dopedcarbonproducedbychemicalactivationofpolypyrrolefunctionalizedgraphenesheets.[J].ChemicalCommunications，2012，48(5):735-7.JinY，HawkinsSC，ChiPH，etal.Carbonnanotubemodifiedcarboncompositemonolithsassuperioradsorbentsforcarbondioxidecapture[J].Energy&EnvironmentalScience，2013，6(9):2591-2596.Guang-PingH，Wen-CuiL，DanQ，etal.Structurallydesignedsynthesisofmechanicallystablepoly(benzoxazine-co-resol)-basedporouscarbonmonolithsandtheirapplicationashigh-performanceCO2capturesorbents.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2011，133(29):11378-11388.24參考文獻(xiàn)RyooR，SangHJ，JunS.CThankYou!25ThankYou!25謝謝！放映結(jié)束感謝各位觀看！讓我們共同進(jìn)步26謝謝！放映結(jié)束感謝各位觀看！讓我們共同進(jìn)步26多孔碳材料的研究進(jìn)展27多孔碳材料的研究進(jìn)展1主要內(nèi)容多孔碳材料簡(jiǎn)介多孔碳材料合成多孔碳材料應(yīng)用前景展望28主要內(nèi)容多孔碳材料簡(jiǎn)介多孔碳材料合成多孔碳材料應(yīng)用前景展望2多孔碳材料常見的多孔碳材料有：活性碳、活性碳纖維、介孔碳、碳納米管、碳分子篩等。29多孔碳材料常見的多孔碳材料有：活性碳、活性碳纖維、介孔碳、碳比表面積大質(zhì)量輕導(dǎo)電導(dǎo)熱化學(xué)穩(wěn)定性高多孔碳材料吸附分離材料儲(chǔ)能材料電極材料……多孔材料30比表面積大質(zhì)量輕導(dǎo)電導(dǎo)熱化學(xué)穩(wěn)定性高多孔碳材料吸附分離材料儲(chǔ)多孔碳材料合成方法合成方法活化法化學(xué)活化法物理活化法模板法硬模板法軟模板法31多孔碳材料合成方法合成方法活化法化學(xué)活化法物理活化法模板法硬活化法物理活化法：采用水蒸氣、CO2、空氣等氣體作為活化劑，在高溫下與碳化料接觸進(jìn)行活化。物理活化法把化學(xué)藥品加入原料中，然后在惰性氣體介質(zhì)中加熱活化的方法。常用活化劑有：KOH，H3PO4，ZnCl2等，它們都起到了脫水劑和氧化劑的作用?；瘜W(xué)活化法32活化法物理活化法：采用水蒸氣、CO2、空氣等氣體作為活化劑硬模板法硬模板法流程：先合成多孔分子篩，以其為硬模板，將碳前驅(qū)體灌入其孔道中，將形成的納米有機(jī)物/硅復(fù)合材料經(jīng)過(guò)高溫碳化和模板刻蝕技術(shù)，

最終獲得多孔碳材料。其孔結(jié)構(gòu)和孔道尺寸主要取決于所使用的硬模板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)選擇不同結(jié)構(gòu)的硬模板，來(lái)控制和合成反相復(fù)制模板的多孔碳材料。33硬模板法硬模板法流程：先合成多孔分子篩，以其為硬模板，將碳前硬模板法1999年，韓國(guó)科學(xué)家Ryoo等人以蔗糖為碳源，以介孔二氧化硅分子篩MCM-48為模板，首次合成出有序介孔碳材料CMK-1。RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).LeeJ,KimJ,HyeonT.Recentprogressinthesynthesisofporouscarbonmaterials[J].AdvancedMaterials,2011,18(18):2073-2094.34硬模板法1999年，韓國(guó)科學(xué)家Ryoo等人以蔗糖為碳源，以介硬模板法Ryoo以介孔氧化硅SBA-15為模板，合成了介孔碳CMK-3和CMK-5。當(dāng)碳源全部填充SBA-15的孔道時(shí)，得到納米棒狀CMK-3；如果碳源部分填充或僅在孔道的內(nèi)表面包覆一層，得到的是一空心的納米管型的CMK-5。CMK-3CMK-5RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).JooSH，ChoiSJ，OhI，etal.Orderednanoporousarraysofcarbonsupportinghighdispersionsofplatinumnanoparticles[J].Nature，2001，412(6843):169-72.35硬模板法Ryoo以介孔氧化硅SBA-15為模板，合成了介孔碳硬模板法36硬模板法10軟模板法軟模板法利用表面活性劑作為模板劑，通過(guò)表面活性劑和碳源之間的相互作用,經(jīng)過(guò)自組裝形成多孔結(jié)構(gòu)。趙東元課題組以酚醛樹脂為碳源，在乙醇做溶劑條件下，利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝將嵌段共聚物與碳源自組裝形成具有介孔結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，而后經(jīng)過(guò)脫除模板和預(yù)碳化得到有序介孔碳材料。WanY，ShiY，ZhaoD.SupramolecularAggregatesasTemplates:OrderedMesoporousPolymersandCarbons?[J].ChemistryofMaterials，2007，20(3):932-945.37軟模板法軟模板法利用表面活性劑作為模板劑，通過(guò)表面活性劑和碳軟模板法DaiSheng小組將PS-P4VP型嵌段共聚物與間苯二酚甲醛樹脂組裝得到嵌段共聚物-酚醛樹脂復(fù)合材料，在甲醛蒸氣處理和熱固后碳化，得到了高度有序的介孔碳材料。ChengduL,KunlunH,GuiochonGA,etal.Synthesisofalarge-scalehighlyorderedporouscarbonfilmbyself-assemblyofblockcopolymers.[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2004,43(43):5785–5789.38軟模板法DaiSheng小組將PS-P4VP型嵌段共聚物與儲(chǔ)氫多孔碳材料具有密度小、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，而被用于制備儲(chǔ)氫材料。美國(guó)國(guó)立可再生能源實(shí)驗(yàn)室，采用TPD(程序控溫脫附儀)測(cè)量單壁納米碳管(SWNT)的載氫量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)在常溫下SWNT能儲(chǔ)存5%～10%wt的氫氣，并認(rèn)為SWNT接近氫燃料電池汽車的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)9%wt。Chen等對(duì)金屬摻雜對(duì)納米碳管儲(chǔ)氫容量的影響進(jìn)行了研究，他們稱摻雜Li及摻雜K的多壁碳納米管在常壓，200-400℃條件下的儲(chǔ)氫量分別高達(dá)20%及14%。DillonAC，JonesKM，BekkedahlTA，etal.Storageofhydrogeninsingle-walledcarbonnanotubes[J].Nature，1997，386(6623):377-379.ChenP，WuX，LinJ，etal.HighH2uptakebyalkali-dopedcarbonnanotubesunderambientpressureandmoderatetemperatures[J].Science，1999，285(5424):91-3.39儲(chǔ)氫多孔碳材料具有密度小、比表面積大等結(jié)構(gòu)特征，而被用于制備儲(chǔ)氫Jin研究了不同比表面積(900-2800m2/g)和孔容(0.43-2.17cm2/g)的活性碳的儲(chǔ)氫效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比表面積和孔容都和吸氫量呈線性關(guān)系。JinH，LeeYS，HongI.Hydrogenadsorptioncharacteristicsofactivatedcarbon[J].CatalysisToday，2007，120(120):399-406.40儲(chǔ)氫Jin研究了不同比表面積(900-2800m2/g)和孔儲(chǔ)氫Cogotsi等使用不同碳化物前驅(qū)體，氯化處理和調(diào)節(jié)活化溫度合成特定孔徑的多孔碳，發(fā)現(xiàn)在同樣的比表面積下，小于或等于1nm的小孔儲(chǔ)氫效率更高。YuryG，DashRK，GlebY，etal.Tailoringofnanoscaleporosityincarbide-derivedcarbonsforhydrogenstorage.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2005，127(46):16006-7.41儲(chǔ)氫Cogotsi等使用不同碳化物前驅(qū)體，氯化處理和調(diào)節(jié)活化超級(jí)電容器碳材料，如碳粉末、碳纖維、碳凝膠、碳納米管、碳復(fù)合物、碳?jí)|、碳獨(dú)塊巨石、碳箔等，被廣泛的應(yīng)用于超級(jí)電容器。北京科技大學(xué)范麗珍教授用氨基葡萄糖為原料合成氮摻雜碳材料，比容量在H2SO4和KOH溶液中分別可達(dá)300和220F/g。LiZ，Li-ZhenF，Meng-QiZ，etal.Nitrogen-containinghydrothermalcarbonswithsuperiorperformanceinsupercapacitors.[J].AdvancedMaterials，2010，22(45):5202–5206.42超級(jí)電容器碳材料，如碳粉末、碳纖維、碳凝膠、碳納米管、碳復(fù)合南京大學(xué)胡征教授以MgO為模板、苯蒸汽為碳源合成了石墨質(zhì)的碳納米籠，在KOH溶液中比電容值最高可達(dá)260F/g。超級(jí)電容器XieK，QinX，WangX，etal.CarbonNanocagesasSupercapacitorElectrodeMaterials[J].AdvancedMaterials，2012，24(3):347-52.43南京大學(xué)胡征教授以MgO為模板、苯蒸汽為碳源合成了石墨質(zhì)吸附分離多孔碳材料中摻雜N原子或含氮堿性基團(tuán)后，可以極大地調(diào)變多孔碳材料的表面積、孔道結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)特性，因此被許多研究者用于氣體的吸附研究。Li等用氨水改性在活性碳纖維表面引入含氮基團(tuán)。發(fā)現(xiàn)，與具有相近表面積的商業(yè)活性碳纖維相比，含氮活性碳纖維對(duì)SO2的脫除具有更好的性能。這是由于經(jīng)過(guò)氨水處理后的氮碳纖維表面含有豐富的含氮基團(tuán)，能夠增強(qiáng)對(duì)SO2的吸附能力。LiK，LingL，LuC，etal.CatalyticremovalofSO2overammonia-activatedcarbonfibers[J].Carbon，2001，39(39):1803-1808.VimleshC，SeongUkY，SeonHoK，etal.HighlyselectiveCO2captureonN-dopedcarbonproducedbychemicalactivationofpolypyrrolefunctionalizedgraphenesheets.[J].ChemicalCommunications，2012，48(5):735-7.44吸附分離多孔碳材料中摻雜N原子或含氮堿性基團(tuán)后，可以極大CO2吸附

Su等人通過(guò)商業(yè)的酚醛樹脂，與1wt%碳納米管混合，經(jīng)過(guò)煅燒和CO2氣體物理活化之后得到了大孔-微孔這樣的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)。特別地，該材料在低CO2濃度的情況下（25℃和0.15atm）CO2的吸附量仍能達(dá)到1.18mmol/g。JinY，HawkinsSC，ChiPH，etal.Carbonnanotubemodifiedcarboncompositemonolithsassuperioradsorbentsforcarbondioxidecapture[J].Energy&EnvironmentalScience，2013，6(9):2591-2596.45CO2吸附Su等人通過(guò)商業(yè)的酚醛樹脂，與1wt%碳納米管CO2吸附分離Lu等人利用苯并惡嗪-酚醛樹脂聚合物為碳源和氮源，經(jīng)過(guò)煅燒得到了氮摻雜的塊體碳材料。這類碳材料可以承受15.6MPa的壓力，在壓力1bar和0℃的條件下，CO2的吸附量范圍是是3.3-4.9mmol/g。在CO2/N2的混合氣體中，CO2的選擇性系數(shù)從13到28。Guang-PingH，Wen-CuiL，DanQ，etal.Structurallydesignedsynthesisofmechanicallystablepoly(benzoxazine-co-resol)-basedporouscarbonmonolithsandtheirapplicationashigh-performanceCO2capturesorbents.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2011，133(29):11378-11388.46CO2吸附分離Lu等人利用苯并惡嗪-酚醛樹脂聚合物為碳源和氮碳分子篩空分材料氧氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同，直徑較小的氧氣分子擴(kuò)散速率較快，較多的進(jìn)入碳分子篩微孔，直徑較大的氮?dú)夥肿訑U(kuò)散速率較慢，進(jìn)入碳分子篩微孔較少。根據(jù)氮氧通過(guò)CMS的速率不同，達(dá)到分離目的。目前，空分制氮技術(shù)已經(jīng)很成熟，已經(jīng)可以制得純度為99%~99.9%的氮?dú)狻?7碳分子篩空分材料氧氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴(kuò)散速率不同功能性改進(jìn)活性炭纖維用硫酸處理后可催化NO與NH3

反應(yīng)生成N2，提高低濃度NO的脫除率。添加溴的多孔炭可作為強(qiáng)催化劑氧化甲硫醚、二硫甲烷。催化活性炭纖維上分散MgO粒子可大大增加對(duì)甲烷的吸附。在多孔碳表面添加氯化亞銅，可提高對(duì)CO的吸附。吸附多孔碳上添加有殺菌作用的銀粒子后對(duì)大腸桿菌、黃色葡萄狀球菌等都有極好的殺菌作。殺菌48功能性改進(jìn)活性炭纖維用硫酸處理后可催化NO與NH3反應(yīng)生成前景展望多孔碳材料原料來(lái)源豐富，合成方法多樣，可以采用不同的有機(jī)分子作為前驅(qū)物，通過(guò)針對(duì)性地設(shè)計(jì)反應(yīng)路線，表面改性、負(fù)載高活性金屬納米顆粒以及構(gòu)筑復(fù)合型碳材料等手段得到符合不同要求的碳材料。49前景展望多孔碳材料原料來(lái)源豐富，合成方法多樣，可以采用不同的參考文獻(xiàn)RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).RyooR，SangHJ，JunS.ChemInformAbstract:SynthesisofHighlyOrderedCarbonMolecularSievesviaTemplate-MediatedStructuralTransformation.[J].Cheminform，1999，30(50).JooSH，ChoiSJ，OhI，etal.Orderednanoporousarraysofcarbonsupportinghighdispersionsofplatinumnanoparticles[J].Nature，2001，412(6843):169-72.WanY，ShiY，ZhaoD.SupramolecularAggregatesasTemplates:OrderedMesoporousPolymersandCarbons[J].ChemistryofMaterials，2007，20(3):932-945.DillonAC，JonesKM，BekkedahlTA，etal.Storageofhydrogeninsingle-wa