功能化改性多孔炭的催化应用
多孔炭材料可以在催化反应中作为催化剂或催化剂的载体。关于这一课题有相关的综述报道，它重点强调用于调节炭材料的表面化学性质和表面结构和性能的方法，以得到改进的催化剂。
- 前言
活性炭广泛的应用于催化剂，特别是作为贵金属载体，因为他们提供很大的表面积（在金属相中具有高分散性和稳定性），它们在酸性和碱性介质中是稳定存在的，一旦催化剂失活，它们可以有简便的方法来恢复贵金属催化活性（通过燃烧掉碳载体）1，2此外，活性炭自身可以用作催化剂，比如工业上用一氧化碳和氯气生产光气3。然而，活性炭本质上是微孔炭，虽然中孔材料将更有利于催化，以尽量减少扩散的局限性及催化剂失活。这就解释了为什么目前重点发展的各种类型的介孔炭的催化应用，如炭凝胶的介孔碳和有序介孔碳。在下一节中，将简要介绍这些新的碳材料，以及他们相关的空隙结构特征，而且将与那些活性炭进行比较。然后，重点强调碳材料的表面化学性质，突出表面功能改性及表征方法。表面官能团可用于固定催化剂前驱体和金属配合物；或者，他们可以作为催化作用的活性位点。多孔炭材料作为催化剂和催化剂载体的应用，将会以相关的综述报道出来。
- 孔隙调整炭材料
近年来各种类型的多孔炭材料发展起来，我们将把重点放在炭凝胶和有序介孔碳因为它们的性质可以在合成过程中很容易调整。两者相比于活性炭，催化应用上有重要的优势。
碳凝胶通过有机单体如间苯二酚和甲醛的缩聚反应得到的有机凝胶炭化合成而得到。4碳凝胶很大程度上由合成的参数决定，即甲醛/间苯二酚比例、使用的pH值调节剂类型和用量（大多数为碳酸钠或氢氧化钠）、固化温度、另外其他的单体、干燥过程以及炭化的规则。5，6不同的指定应用要根据干燥水溶性有机凝胶的方法：炭气凝胶是由超临界干燥得到；干凝胶是常规干燥得到；以及冷冻凝胶是经过冷冻干燥。这些材料由纳米初级粒子互相连接成的网组成，展示了微孔（颗粒内孔隙）与中孔和大孔隙（颗粒间的空隙）。碳干凝胶用溶胶-凝胶法处理结构是依靠pH 灵敏性。尤其是，所示的稳定介孔结构可以由初始pH值固定在一个狭窄的范围 (5.5 lt; pH lt; 6.5) 为一组给定的合成变量，当合成pH值是接近下限得到的7、8大介孔。可以通过纳米铸造(模板)来合成有序介孔碳9，其中包括浸渍的一种多孔固体（硬模板）与碳前体，其次是碳化及溶出度的模板。此方法是Ryooetal. 10第一次使用的，利用有序介孔二氧化硅作为模板(MCM-48)，用蔗糖和硫酸浸渍。获得的碳材料 (命名为CMK-1) 呈现均匀的约3毫微米孔隙，以及一些微孔。CMK-1的结构与MCM -48 模板不匹配，但硅模板的复制品合成后，使用另一种介孔二氧化硅模板，SBA-15。这种新的碳材料 (CMK-3) 有4.5 毫微米的孔11。OMC的孔隙大小可以通过使用不同孔径 （在4.7-30毫微米的范围内）的二氧化硅模板而量身定做，在非离子型嵌段共聚物合成做为结构导向剂，代替低分子量阳离子表面活性剂。12其他纳米铸造方法在文献9可查阅。
或者，通过可热分解的表面活性剂（例如嵌段共聚物）和碳前体（例如，热固性聚合物）的自组装，然后碳化13，可以使用软模板路线（内模化）来制备OMC。这条路线比纳米铸造更简单、更安全，因为它涉及到较少的准备步骤，避免了使用HF去删除模板。介孔碳薄膜与有序的孔道结构(COU-1)和孔隙尺寸的在5.9-7.4 毫微米的范围内（根据炭化温度）是由间苯二酚与甲醛和三乙酯原乙酸作为碳前体，和PluronicF127作为表面活性剂首先合成的。13 已经提出了该方法的几种变化14，包括水热合成。15,16
与这些纳米结构材料相反，活性炭在生产过程中多孔纹理控制方面不那么灵活。活性炭生产的物理活化（或蒸汽）一般存在微型(lt; 2毫微米)和大孔隙(gt; 50毫微米)呈现大体积(0.15-0.50cm 3 g -1)，而中孔体积则通常小于0.10cm 3 g -1，导致它们的吸附能力低于5%。17 化学活性炭通常呈现较宽的孔径分布，以及占很大比例的中孔。活性炭是从天然原料获得，因此他们可能含有相对大量的矿物杂质（达20wt %，取决于前体），可能会催化不良反应。
图1显示的典型活性炭的氮吸附等温线、碳干凝胶和模板化的碳，而其相应的结构比较在表 1。纳米炭最重要的优势是他们大孔的表面积，以及在合成过程中可调整孔隙尺寸。
3 碳的表面化学
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