摘要：2025年6月，江苏碳际新能源有限公司申请了一项名为“一种孔可控的多孔炭及其制备方法”的专利。这项专利通过一种复配混合酸洗液系统（盐酸、硝酸和氢氟酸的混合），精确调控多孔炭的孔隙结构，为多孔炭的精确应用提供了全新方案。

2025年6月，江苏碳际新能源有限公司申请了一项名为“一种孔可控的多孔炭及其制备方法”的专利。这项专利通过一种复配混合酸洗液系统（盐酸、硝酸和氢氟酸的混合），精确调控多孔炭的孔隙结构，为多孔炭的精确应用提供了全新方案。

一克材料，一个足球场的表面积

多孔炭材料是一种内部具有纳米级孔隙结构的碳材料，其比表面积最高可达2264.59 m²/g。这意味着仅仅一克材料的内部表面积就能覆盖一个标准足球场的大小。

这种特殊的结构使得多孔炭在吸附、储能和催化等领域表现出色。不过，传统制备方法存在明显局限性——无法精确控制孔隙结构，而这直接影响了材料的性能表现。

江苏碳际新能源公司的专利试图解决这一痛点。他们的方法基于四个关键步骤：预处理、化学活化、酸洗纯化和分级。

四步工艺，实现孔径精准调控

专利中描述的制备方法始于生物炭原料的预处理。原料经过粉碎和干燥后，与活化剂混合，并在惰性气氛中升温至600-900℃进行热处理。

化学活化后，材料需要经过去离子水清洗至中性并干燥。随后进入核心步骤——酸洗纯化。

酸洗纯化使用的是复配混合酸洗液，由不同浓度、不同比例的盐酸、硝酸和氢氟酸混合而成。这个过程充分利用了各类酸洗液的特性与优势，通过协同作用精确调控多孔炭的孔隙结构。

最后，通过分级轮筛选材料，得到孔径可控的多孔炭产品。

模板法：纳米级的孔道雕刻

除了酸洗调控法，模板法是另一种精确控制多孔炭结构的有效策略。上海理工大学的研究团队开发了一种使用纳米粒子为模板的制备方法。

这种方法采用氧化硅、氧化镁或氧化锌纳米粒子作为模板，通过控制纳米粒子的粒径来控制多孔炭的孔径。

简单来说，就像是在凝固的混凝土中放入特定大小的玻璃珠，待混凝土固化后，将玻璃珠溶解掉，留下相应大小的孔隙。

生物质前驱体：废弃物的华丽蜕变

多孔炭的制备原料来源广泛，其中生物质资源的循环利用对人类可持续发展具有重要意义。

华中科技大学的夏明巍在其2019年的研究中，探索了基于有机钾盐一锅法制备生物质多孔炭的方法。研究发现，对于木质纤维素类生物质，乙酸钾表现出了优异的活化效果，比表面积分布在1822-2358 m²/g之间。

不同生物质原料对制备过程有明显影响。半纤维素有利于介孔的形成，而无机模板组分的存在使大介孔得到显著发展。该方法也适用于微藻类生物质和多糖类生物质，但不适用于壳聚糖。

杂原子掺杂：提升性能的关键策略

通过引入其他元素（掺杂）来改变多孔炭的化学性质，是提升其性能的有效策略。深圳索理德新材料科技有限公司2024年申请的专利涉及一种氮磷双掺杂孔结构可控多孔炭的制备方法。

该方法包括：提供树脂低聚物、含磷化合物和含氮化合物进行聚合、交联固化，得到固化树脂；然后将固化树脂在惰性氛围下进行炭化，得到炭化树脂；接着进行活化，得到孔结构材料；最后进行表面掺杂。

这种杂原子掺杂的方法能够显著改善材料的电化学性能，为多孔炭在能源存储领域的应用提供了更多可能性。

三维定制：多孔炭的精密制造

西安交通大学的研究人员则另辟蹊径，开发了一种个性化定制型网状多孔碳及其制备方法。

该方法首先利用三维设计软件设计个性化定制型多孔支架数字模型的外形轮廓和内部孔隙结构，然后利用增材制造法制造网状多孔碳前驱体。

在多孔碳前驱体内部填充埋烧材料后，将其置于500-1000℃真空或保护气氛围下热解，最后去除埋烧材料，再经过1100-3000℃石墨化处理得到最终产品。

这种方法制备的网状多孔碳具有70%-99.5%的孔隙率，组成网状多孔碳的微观多面体各面的内接圆直径为0.2-3mm，多面体连接杆的横截面内接圆直径为0.02-1.5mm。

能源存储：多孔炭的主战场

多孔炭材料在能源存储领域扮演着重要角色。《Advanced Functional Materials》期刊2025年的一篇综述系统梳理了煤焦油沥青（CTP）基多孔碳的制备策略及其在储能与转换中的应用。

在超级电容器领域，CTP衍生碳材料的高导电性和离子可及表面使其在双电层电容（EDLC）中表现优异，比电容可达300 F g⁻¹以上。

而在锂/钠离子电池中，其分级孔隙结构有效缓冲了碱金属（Li/Na）嵌入/脱嵌过程中的体积膨胀，循环稳定性提升逾200%。

2024年公开的一项专利也显示，孔径可调分级多孔炭材料可用于超级电容器和锌离子电容器等器件领域，作为电极材料可以实现较高的电化学性能。

挑战与前景：多孔炭的未来发展

尽管多孔炭材料研究取得了显著进展，但仍然面临一些挑战。制备过程的精确控制、大规模生产的成本效益、以及材料性能的长期稳定性等都是需要进一步解决的问题。

未来研究需聚焦于低成本规模化制备工艺开发，以及多尺度模拟技术（如DFT计算）在材料优化中的应用，以推动其在柔性储能器件中的实际落地。

“组成-结构-性能”关联框架的建立为多孔炭材料的理性设计提供了理论支撑。随着对多孔炭材料制备工艺和构效关系理解的深入，这种材料在能源和环境领域的应用前景将更加广阔。

基于有序多孔碳材料的光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统，在野外测试中表现出色。它无需外部加热或额外能量输入，实现了全太阳能驱动、零碳排放的绿色制氢。

来源：硅碳微视界