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01【導(dǎo)讀】

多孔碳材料，包括但不限于活性碳、有序介孔碳、碳化物衍生碳、沸石模板碳、鹽模板碳、金屬有機(jī)骨架（MOF）衍生碳和新興的分子組裝多孔碳，在能源和環(huán)境領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。由于其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特性，如高比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙率、明確的孔隙參數(shù)、可調(diào)節(jié)的表面化學(xué)、顯著的物理化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性，這些材料被不僅能夠在孔壁上而且在內(nèi)部孔通道中吸附、儲(chǔ)存或與客體物質(zhì)相互作用。通過結(jié)構(gòu)性能的合理設(shè)計(jì)，多孔碳的活性可以針對(duì)許多目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行定制，包括超級(jí)電容器、電池、燃料電池、水處理、氣體存儲(chǔ)/分離和催化。然而，除了活性炭外，這些多功能納米碳的大規(guī)模生產(chǎn)仍然受到限制。盡管已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，但對(duì)多步驟/耗時(shí)的制造路線的需求以及模板/危險(xiǎn)試劑的使用都在不斷阻礙多孔碳的商業(yè)化。例如，模板的利用，如介孔二氧化硅、沸石、熔鹽和 MOF 會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的合成和去除步驟。此外，從碳化物中提取金屬一般采用劇毒氯氣。

活性炭是最重要的一類高表面積多孔材料?；钚蕴渴蔷哂懈弑砻娣e和發(fā)達(dá)的內(nèi)部孔隙度的多孔碳質(zhì)材料，已通過成熟的碳化-活化技術(shù)商業(yè)化。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、低廉的價(jià)格和大規(guī)模的生產(chǎn)技術(shù)，這些多孔碳傳統(tǒng)上被用作消除污染的吸附劑。在過去的十年中，在合成、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、理論和實(shí)驗(yàn)方法等方面出現(xiàn)了許多創(chuàng)新。

02【成果掠影】

近日，揚(yáng)州大學(xué)龐歡教授等人發(fā)表了評(píng)述性論文，從合成化學(xué)和材料科學(xué)的角度全面回顧了活性炭的最新進(jìn)展。

相關(guān)綜述文章以“Understanding Synthesis–Structure–Performance Correlations of Nanoarchitectured Activated Carbons for Electrochemical Applications and Carbon Capture”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

03【核心內(nèi)容】

本文章的目標(biāo)是闡明這些重要的多孔材料的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特性和制備方案，并推薦未來的前景?；钚蕴康纳钊胙芯颗d趣在于其優(yōu)越的物理化學(xué)/結(jié)構(gòu)性能，包括高表面積、發(fā)達(dá)的孔隙率、明確的孔參數(shù)、可調(diào)節(jié)的表面化學(xué)、顯著的熱/化學(xué)穩(wěn)定性、多功能形態(tài)和良好的電學(xué)性能。對(duì)這些結(jié)構(gòu)特征的機(jī)制理解將指導(dǎo)高性能活性炭材料的可控設(shè)計(jì)。原則上，所有應(yīng)用都指向吸附、儲(chǔ)存或與客體物質(zhì)的相互作用，例如電解質(zhì)離子、硫、氧、硒、溴、碘和二氧化碳分子?？傊?，這篇綜述有助于從合成化學(xué)和材料科學(xué)的角度解決活性炭在電化學(xué)領(lǐng)域和 CO2 儲(chǔ)存/分離方面的重大發(fā)展。突出了潛在的合成-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。作者希望這篇評(píng)論不僅向讀者介紹活性炭領(lǐng)域的進(jìn)展概況，而且提出未來挑戰(zhàn)和在實(shí)際應(yīng)用中取得成功的前景。因此，仍然需要解決一些重要問題：i）精確控制具有優(yōu)選結(jié)構(gòu)特性的合成；ii) 對(duì)活性炭進(jìn)行更現(xiàn)實(shí)和定量的表征是復(fù)雜但非常需要的；iii) 建立材料結(jié)構(gòu)、應(yīng)用性能和反應(yīng)機(jī)理之間的相關(guān)性是必要的；iv) 探索新的特種活性炭基復(fù)合材料。如圖3所示，解決這些問題對(duì)于活性炭技術(shù)的未來發(fā)展至關(guān)重要，包括但不限于促進(jìn)多功能活性炭的設(shè)計(jì)，拓寬應(yīng)用范圍，提高實(shí)用性能。

04【數(shù)據(jù)概覽】

圖一、活性炭材料的制備、質(zhì)地和應(yīng)用中的關(guān)鍵主題示意圖及其潛在相關(guān)性? 2022 The Authors

圖二、活性炭的內(nèi)在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性之間的關(guān)系? 2022 The Authors

圖三、概述活性炭技術(shù)的流程圖、挑戰(zhàn)和未來方向? 2022 The Authors

作者簡介

龐歡，南京大學(xué)理學(xué)博士，揚(yáng)州大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才（2013）；教育部青年長江學(xué)者（2018）；江蘇省杰出青年（2020）；全球高被引學(xué)者。作為揚(yáng)州大學(xué)代表之一與Elsevier聯(lián)合創(chuàng)刊EnergyChem、擔(dān)任管理編輯；任《國家科學(xué)評(píng)論》學(xué)科編輯組成員；多個(gè)期刊編委、青年編委學(xué)術(shù)兼職。主要從事基于配合物框架材料的能源化學(xué)研究。近年來以第一/通訊作者在《國家科學(xué)評(píng)論》、Chem. Soc. Rev.，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nano Letters, 等期刊發(fā)表SCI論文300多篇，論文被引次數(shù)達(dá)18000余次，H因子為80。主編/著英文書籍3本，主編江蘇省重點(diǎn)教材2部：《能源化學(xué)》、《能源化學(xué)實(shí)驗(yàn)》高教社。授權(quán)國家發(fā)明專利20項(xiàng)。主持或完成國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)（聯(lián)合重點(diǎn)1項(xiàng)）。曾獲教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2020，R3）、江蘇省教育教學(xué)與研究成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2018，R1）、河南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)（2016，R3）、中國電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（2019，R4）、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯全國一等獎(jiǎng)（2017）、三等獎(jiǎng)（2019）指導(dǎo)教師、揚(yáng)州大學(xué)“金講臺(tái)”獎(jiǎng)（2018）。

文獻(xiàn)鏈接：Understanding Synthesis–Structure–Performance Correlations of Nanoarchitectured Activated Carbons for Electrochemical Applications and Carbon Capture. https://doi.org/10.1002/adfm.202204714.