Page 74 - 《精细化工》2020年第12期

·2436· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

序介孔碳材料，具有比表面积高、孔道结构规则有 在热解及造孔组分去除时保持纳米结构。LIANG
序、孔径分布狭窄、孔径大小可调控等结构特点和 等 [19] 和 MENG 等 [20] 利用酚醛树脂为碳源，两亲性
高机械强度、强吸附能力、化学惰性以及低密度等 嵌段共聚物为模板剂，通过两者之间的氢键作用进
性能特点，在吸附 [3-4] 、催化 [5-6] 、能量存储 [7-8] 、电 行自组装从而获得有序复合物，最后利用碳源和模
容器 [9-10] 、传感器 [11-12] 等诸多领域得到了广泛应用。 板剂组分间的热稳定性差异，在惰性气氛下热解，
目前，有序介孔碳材料的制备方法主要是硬模 获得结构规整的有序介孔碳材料。相对于硬模板法，
板法和软模板法（图 1） [13] 。硬模板法又称纳米浇 软模板法工艺简单、成本低、介孔尺寸规整，更适
铸法、纳米铸造法，它是指以一种介孔材料为模板， 用于工业化生产有序介孔碳材料。但是，软模板法得
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将碳前驱体浸渍入模板材料的孔隙结构内，经过高 到的有序介孔材料比表面积（<1000 m /g）和孔容
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温炭化后，再用酸、碱刻蚀的方法去除模板后得到 （<1 cm /g）相对较低，这在一定程度上限制了其在
介孔碳材料的方法。用此方法得到的介孔碳材料是 吸附、催化、储能等方面的应用。若在介孔结构基础
所用模板剂的反向复制品。1986 年，KNOX 等 [14] 上通过一定手段引入微孔或者大孔，从而获得多级有
以二氧化硅凝胶粒子为模板得到多孔碳材料，这是 序孔材料，可有效地提高材料的比表面积和孔容。
硬模板法合成多孔碳材料的理念首次出现在大众视
野中。1999 年，RYOO 课题组 [15] 和 LEE 课题组 [16]
采用商品化的介孔分子筛 MCM （ Mesoporous
crystalline material）-48 为模板，合成了有序介孔碳
材料 CMK-1。该课题组将蔗糖、酚醛树脂、糠醇、
乙腈等小分子前驱体通过浸润或者气相沉积的方法
填充到 MCM-48 的孔隙结构中，然后将前驱体聚合，
再经过高温炭化处理，最后通过 NaOH 或 HF 腐蚀
除去氧化硅模板，得到介孔碳材料。此后，很多其
他的介孔二氧化硅如 SBA、MCM、MSU、HMS〔根

据发明机构命名，如 SBA 为 Santa Barbara 图 1 两种典型方法制备有序介孔碳材料：硬模板法（上）
Amorphous（加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校）， 和软模板法（下） [13]
MSU 为 Michigan State University（密西根州立大 Fig. 1 Two typical methods for preparation of ordered
mesoporous carbon materials:hard templates (top)
学）〕等 [17] 也被尝试用作硬模板来制备介孔碳。对 and soft templates (bottom) [13]
于硬模板法而言，想要得到高度有序的介孔碳材料，
模板和碳源的选择是控制有序介孔碳材料结构
一方面要求所选的模板剂必须具有规整、有序的孔
和性能的关键因素。本文将从不同模板的角度对有
道结构以及良好的热稳定性，以便在聚合物高温炭
化过程中不会发生结构坍塌；另一方面，碳源的选 序介孔碳、多级有序介孔碳的制备方法进行综述，
择应该与模板剂相匹配，要求前驱体分子的大小适 并对有序介孔碳材料在水处理领域的应用进行简单
中、能够充分填满模板剂的孔道、残炭率高，以便 介绍（图 2）。
得到完整的介孔结构。尽管硬模板法能够成功复制
原模板的介孔结构，但其缺点也是比较明显的，成
本高昂、步骤繁琐、合成周期较长，且反向复制合
成介孔碳材料的孔隙结构稳定性差、易坍塌 [18] ，这
也在一定程度上限制了介孔材料的实际应用。
为了克服硬模板法所带来的缺陷，LIANG 等 [19]
和 MENG 等 [20] 将软模板法用于合成有序介孔材料。
软模板指的是表面活性剂分子聚集而成的胶团、囊
泡、胶束等。软模板法利用碳源与软模板之间的氢
键、亲/疏水作用、库仑力等进行组装。对于软模板
法而言，想要成功制备高度有序的介孔碳材料，必
须具备以下几个重要条件：（1）碳前驱体和表面活

性剂能够组装成规则有序的纳米复合体；（2）至少 图 2 有序介孔碳的模板化构筑及其水处理应用研究导图
存在一种造孔组分和一种成碳组分；（3）造孔组分 Fig. 2 Schematic illustration showing construction of
ordered mesoporous carbon by templating method
能够承受成碳组分的炭化温度；（4）成碳组分能够 and its application research on water treatment