文 献 综 述

一. 前言

1.介孔碳材料的简介

介孔碳材料作为目前较为前沿的多孔材料，是现有众多介孔材料中的一种。根据国际纯粹和应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC）的定义，我们将多孔材料（纳米级）根据孔径的尺寸大小分为三类：第一类是微孔材料（孔径lt;2nm），如较为常见的活性炭、硅钙石等，目前十分经典的一种微孔材料是沸石分子筛，该材料已由人工大量合成。这种材料是由结晶铝酸金属盐构成的水合物，他的孔径尺寸和规则的孔径结构都比较固定；第二类大孔材料（孔径gt;50nm），如较为常见的多孔陶瓷，它的特性是孔径尺寸较大，且分布范围相对较宽；第三类是介于微孔材料和大孔材料之间材料，即介孔材料（孔径介于2-50nm），我们也称之为中孔材料，目前较为常见的主要是微晶玻璃，其孔径或者尺寸都比微孔材料要大一些^{[1, 2]}。我们把孔径介于2-50nm的碳材料称之为介孔碳材料，其结构特点或合成方法等方面都与微孔材料有所不同，但有趣的是，他们之间也有很多共同的规律和特征。

2.介孔材料的用途

介孔碳材料#8212;#8212;一种前沿的宝贵资源，自从它面世以来就成为了相关学术工作者的研究热点。因为介孔碳材料的比表面积大、吸附容量高、介孔孔径较为合适，所以在很多现实应用方面都取得了不错的成果，并且在诸多领域也获得了显著的突破^[3]。这里我们主要介绍的是介孔碳在电化学和能源气体存储上的应用。

介孔碳材料的制备成功，为其在众多领域（尤其是电化学领域）的应用奠定了基础，因为介孔碳材料本身的稳定性和导电性都十分出众，是优秀的电极材料，也是燃料电池电催化剂载体的不二之选，也同时也能用作制备高效催化反应电极。由于介孔碳材料其均一的孔径、较大的比表面积，经常被用作制备界面双电层电容器（EDLC）。有研究证明，由于分子筛效应，介孔碳材料孔径容积与尺寸和与界面双电层电容器（EDLC）的最大比容量具有不可分割的联系。我们在介孔碳材料（CMK-3）中掺入适量的氧化锡就可以制成一种新型电池材料。因为它的电池容量高，循环寿命长，安全性能可靠，使得该材料在电化学性能方面展现出独特的性质。目前，贵金属氧化物RuO₂纳米粒子与其组装而成的双电层电容器，比容量最大能达到254F/g ，是未来电容器材料新的一种选择^[4]。

碳基超电容器可以提供很高的电功率，但是它们没有足够的能量密度来与电池直接竞争。目前已经发现氮掺杂的有序介孔碳在水性电解质中具有855法拉/克的电容，它不但快速，而且具有类碳速度的双极充电或放电性质。该项目的改进主要在于对过程中与氮相关的稳健的氧化还原反应，如何将惰性石墨烯样层状碳转化为电化学活性物质而不影响其电导率。电解质电化学电池提供类似基于碳的超级电容器的功率密度和寿命，并且可以存储每千克41瓦特-小时（19.5瓦时/升）的比能量^[4]。

介孔碳材料其孔道十分宽敞，只要在孔道中适当地嵌入贵金属铂、钯，介孔碳材料就能成为储能材料，我们通过增大储能材料的表面积，使其易处理性有所提升，进而缓慢且有序地释放出能量，以达到理想的缓控储能和传递储能的效果^[5]。