活性碳材料的多样性-多孔碳材料

多孔碳材料（porous carbon material，PCM）是指具有丰富孔隙结构的碳材料，这类材料以活性炭为代表，很早以前就被广泛应用为吸附剂。近年来随着具有不同形态特征（粉、粒、块、膜、纤维及其织物）和功能特性的多孔碳材料的不断开发，其应用领域也在不断拓宽。由于该材料不仅对某些化学反应具有明显的催化活性，同时又可与金属活性组分进行弱的相互作用。加之，PCM还具有成本低、比表面积和孔结构可控，通过炭载体的燃烧从废催化剂中回收贵金属等优势，因此无论是作为催化剂还是催化剂载体，都表现出广阔的应用前景。张引枝等就催化领域中所用PCM的制备、特性、其催化和载体功能以及一些催化反应的实例作了详细的综述。

在催化领域中所用PCM大致可分为普通活性炭、聚合物衍生炭和炭黑复合物。早期PCM多是利用果壳、果核、木材、各种牌号的煤炭、煤焦油和重质油沥青等原料，经炭化和物理或化学活化制成。因天然原料所含杂质残留于PCM中会催化不希望的副反应发生，且采用天然原料不便对所得PCM的孔结构及形态进行调控，因此，目前PCM的制备原料多采用合成树脂、合成纤维。

在合成聚合物时，通过选择交联剂或致孔剂可合成具有较大孔结构和比表面积的共聚物。这类前驱体中所具有的较大孔隙经炭化活化后仍可保留至最终的PCM中。利用磺化苯乙烯-二乙烯基苯形成的网状结构共聚物在氮气中炭化至1200℃可以制得平均孔大小在30nm的各向同性硬质炭。以糠醇、液体致孔剂二甘醇或聚乙二醇、分散剂以及固化剂对甲基苯磺酸为原料，由糠醇的部分聚合、液体成孔剂挥发可以形成狭窄的大孔，将其炭化所得的PCM中也保留了该孔结构。

PCM由于含有较多的微晶，故处于棱面边缘的碳原子较多且具有较高的反应性，易与其他元素反应形成支配表面化学结构的化学物种，通常主要是与氧反应形成各种含氧官能团。通过测定活性表面积可以对这些形成官能团活性点数量进行估计，其程度与碳材料中的微晶点及其排列以及表面缺陷数有关。低热处理炭（＜1500K）的活性点可能占有更高的总表面积，对活性炭来说可能达20％～40％。作为PCM之一的炭黑，表面存在的氧化物，包括有羧基、酚羟基等酸性官能团；羰基、醌基以及由醌基和羧基缩合形成的内酯基等中性官能团，还包括氧萘状化合物等碱性氧化物。其他各种碳材料也呈现出类似的表面氧化物情况。