多孔碳的分類
多孔碳的分類核心依據(jù)是孔徑大?。↖UPAC標(biāo)準(zhǔn)),同時(shí)可結(jié)合原料來源、制備方法進(jìn)一步細(xì)分,具體分類如下:
一、按孔徑大小分類(核心分類方式)
根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)定義,按孔徑(d)分為三類:
? 微孔碳(Microporous Carbon):孔徑 d < 2 nm,比表面積大(通常>1000 m2/g),主要用于氣體
吸附(如CO?、H?)、海水淡化等,典型代表為活性炭、碳分子篩。
? 介孔碳(Mesoporous Carbon):孔徑 2 nm < d < 50 nm,孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則(如有序介孔碳OMC),利
于大分子物質(zhì)(如染料、酶)傳輸,適用于催化劑載體、儲(chǔ)能材料(如超級(jí)電容器電極)。
? 大孔碳(Macroporous Carbon):孔徑 d > 50 nm,孔道連通性好,可容納顆粒狀物質(zhì)或生物細(xì)胞,常
用于吸附大尺寸污染物、作為電池隔膜支撐體。
二、按原料來源分類
? 生物質(zhì)基多孔碳:以植物(如木材、竹子、核桃殼)、動(dòng)物(如骨炭、甲殼素)為原料,成本低、可再生,典
型產(chǎn)品為木質(zhì)活性炭。
? 煤基多孔碳:以無煙煤、褐煤等為原料,碳含量高、雜質(zhì)少,多用于工業(yè)級(jí)吸附(如廢水處理)。
? 聚合物基多孔碳:以樹脂(如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂)、塑料(如聚丙烯腈)為原料,可通過調(diào)控聚合物結(jié)構(gòu)實(shí)
現(xiàn)孔道定制,適用于高端儲(chǔ)能領(lǐng)域。
? 其他原料基:如碳納米管基、石墨烯基多孔碳,兼具納米材料特性與多孔結(jié)構(gòu),用于高性能電極材料。
三、按制備方法分類
? 活化法多孔碳:通過物理活化(如CO?、水蒸氣活化)或化學(xué)活化(如KOH、ZnCl?活化)制備,孔徑以微孔
為主,是工業(yè)生產(chǎn)活性炭的主流方法。
? 模板法多孔碳:以硬模板(如SiO?納米球、MCM-41分子篩)或軟模板(如表面活性劑膠束)調(diào)控孔道,可制
備有序介孔/大孔碳(如SBA-15模板介孔碳)。
? 自組裝法多孔碳:利用前驅(qū)體分子自組裝形成多孔結(jié)構(gòu),無需額外模板,工藝簡(jiǎn)單,適用于制備介孔碳。
? 碳化法多孔碳:直接對(duì)含碳前驅(qū)體(如生物質(zhì)、聚合物)進(jìn)行高溫碳化,孔徑分布較寬,常需結(jié)合活
化工藝優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)。