迄今为止,制备多孔碳材料的方法有很多,例如可以通过活化法,共聚混合物碳化法、碳化凝胶法以及模板法等方法来制备多孔碳材料。其中活化法又分为物理活化、化学活化。活化法是制备多孔碳材料的典型方式,但是利用这种方式制备得到的材料孔径经常是杂乱无序的,无法准确控制其孔道形状和孔径大小;共聚混合物碳化法虽然不需要活化过程,但是也存在着致命的缺点,例如很难控制聚合物共混碳化孔结构等方面问题;碳化凝胶法过程比较其他方法简便易行,但是它昂贵的设备成本[4,5]制约着它的商业化发展。因此由活化法、共聚混合物碳化法等传统方式制备出来的多孔杂乱无序,无法有效控制其孔径和结构方式,而且制备得到的孔径多为0.8 nm的微孔,这些微孔在大分子材料的吸收与分离的进程中,将严重阻挡了分子的分散过程,因此这些传统方法在应用上存在着无法弥补的缺陷。随着科技的进步,制备多孔碳材料的方法也在不断改进和完善,模板法逐渐成为制备多孔碳材料的主流方法。模板法根据采用模板剂是否具有刚性结构,又可分成硬模板法、软模板法,即硬模板法复制合成法和软模板法缩合碳化自组装合成法。模板法打破了以往的传统方式,可以有效地调控多孔碳材料的结构、尺寸、孔径、孔型等,解决了运用其他方法制备导致的微孔孔容较多,且孔道分布不够均一的问题。
近年来,国外的科研者不断寻求更完善的制备方法来满足人们对多孔碳材料要求的标准,自此掀起了一股研究热潮,并且在短时间内取得很大的进展。然而与国外研究进展相比,国内在多孔碳材料的特性和应用上的探究工作明显较少,研究成果相对于日本、美国等一些发达国家有着较大的差距。鉴于多孔碳材料作为二十一世纪的新式环保材料以及多孔碳在吸附、催化、储能等方面的实用价值, 建议国家科委、国家自然科学基金委等有关部门应对多孔碳材料方面予以重视。
2多孔碳材料的制备方法
因为多孔碳的内表面与外表面都可以和其他分子相互作用,因而它具备着众多的优良特性,被广泛应用在空气与水体的净化、色谱分析、催化活化以及生物医药等范畴中。目前用于制备多孔碳材料的方法有很多,例如有机凝胶碳化法、聚合物共混碳化法、活化法、模板法等,本文着重综述活化法、聚合物共混碳化法以及模板法。
多孔碳材料作为二十一世纪的新型材料,逐渐成为人们关注的焦点,科研者不断探索多孔碳材料的性能及制备方法,对多孔碳材料的形貌、孔径分布,孔型形状等要求不断提高。目前已成功研制了球型、管状、棒状、螺旋状、单片、薄膜状,纤维型、颗粒状等的多孔碳材料。如下表为多孔碳材料各种形貌及其对应的合成方法表: