多級孔碳材料是具有兩種或兩種以上孔道結構（包括微孔-介孔，微孔-大孔，介孔-大孔，微孔-介孔-大孔等）的一種新型多孔碳材料，本書主要對這種新材料進行介紹。全書共分7章，第1章和第2章對典型的碳材料進行介紹，并重點闡述了多級孔碳材料的合成方法。第3～7章分別對多級孔碳材料在染料吸附，氣體吸附，儲氫，超級電容器和鋰離子電池等領域的應用前景和研究進展進行論述。本書可供高等院校材料學，化學等相關專業師生使用，為其從事相關教學和科學研究提供有益的參考。
多孔碳材料具有比表面積大，孔隙發達，性能穩定，價格低廉等優點，在吸附，催化，分離，超級電容器，鋰離子電池等領域具有廣泛的應用前景。然而，單一孔道結構的碳材料在實際應用中存在一定的局限性。現實迫切需要發展綜合各種孔道結構優點的新型多孔材料，即根據應用需求構建多級孔碳材料。因此特向讀者推出《多級孔碳材料的合成及應用》一書，期望為從事相關研究工作的讀者提供參考。
多孔碳材料具有比表面積大，孔隙發達，性能穩定，價格低廉等優點，在吸附，催化，分離，超級電容器，鋰離子電池等領域具有廣泛的應用前景。然而，單一孔道結構的碳材料在實際應用中存在一定的局限性。現實迫切需要發展綜合各種孔道結構優點的新型多孔碳材料，即根據應用需求構建多級孔碳材料。多級孔碳材料是具有兩種或兩種以上孔道結構（包括微孔-介孔，微孔-大孔，介孔-大孔，微孔-介孔-大孔等）的一種新型多孔碳材料，具有可控的分級孔結構，大的比表面積，開放的多孔構造和優異的表面特性，這些特點賦予了多級孔碳材料大的接觸面積，高的擴散性和高的存儲能力等優點，在吸附，儲氫，能源存儲等領域展示了優于單一孔結構碳材料的獨特優勢。本書編者根據多年從事新型碳材料的科研和教學經驗，特向讀者推出《多級孔碳材料的合成及應用》一書，期望為從事相關研究工作的讀者提供參考。本書全面，系統地闡述了多級孔碳材料的合成及應用，本書共分7章。第1章和第2章對典型的碳材料進行介紹，并重點闡述了多級孔碳材料的合成方法，包括硬模板法，軟模板法，雙模板法，模板活化相結合法，高溫炭化法，嵌段共聚物炭化法，炭化活化相結合法，高溫鹵化法和真空冷凍干燥法。第3～7章分別對多級孔碳材料在染料吸附，氣體吸附，儲氫，超級電容器和鋰離子電池等領域的應用進行論述，尤其介紹了多級孔石墨化碳塊體材料對甲基橙的吸附研究，多級孔氮摻雜碳材料對CO2氣體的吸附研究，鎳摻雜多級孔碳塊體材料的儲氫性能研究，鈷摻雜多級孔碳塊體材料在超級電容器中的應用以及多級孔碳材料在鋰離子電池領域的研究進展。特別提及的是，在初稿形成之時，承蒙重慶文理學院學術委員會專家們的垂青以及他們對本書出版的大力支持，本書有幸獲得重慶文理學院學術專著出版資助。在此，對重慶文理學院給予的厚愛與大力支持表示衷心的感謝！同時，也感謝重慶市科委項目（cstc2016jcyjA0140），重慶文理學院重大科研培育項目，重慶高校創新團隊建設計劃項目（CXTDX201601037）等為本專著提供了資金保障,感謝微納米光電材料與器件協同創新中心，重慶市高校微納米材料工程與技術重點實驗室，環境材料與修復技術重點實驗室，新型儲能器件及應用工程研究中心等科研平臺對本專著的大力支持！本書參考了大量相關的文獻資料，對這些文獻資料的作者表示衷心的感謝！由于時間和水平有限，難免有不當之處，敬請讀者不吝指教！劉玉榮 2016年11月于重慶永川
第1章多孔碳材料概述1
1.1碳材料簡介1
1.2多孔碳材料簡介2
1.3多孔碳材料的合成方法3
1.3.1活化法3
1.3.2有機凝膠炭化法4
1.3.3共混聚合物炭化法5
1.3.4模板法5
1.4典型的碳材料8
1.4.1活性炭8
1.4.2活性炭纖維13
1.4.3碳氣凝膠17
1.4.4介孔碳22
1.4.5碳納米管27
1.4.6石墨烯34
1.4.7碳化物衍生碳39
參考文獻43
第2章多級孔碳材料的合成方法48
2.1多級孔材料概述48
2.2多級孔碳材料概述49
2.3多級孔碳材料的合成方法50
2.3.1硬模板法51
2.3.2軟模板法54
2.3.3雙模板法55
2.3.4模板活化相結合法59
2.3.5高溫炭化法61
2.3.6嵌段共聚物炭化法62
2.3.7炭化活化相結合法62
2.3.8高溫鹵化法64
2.3.9真空冷凍干燥法64
參考文獻65
第3章多級孔碳在染料吸附中的應用69
3.1染料廢水概述69
3.1.1染料廢水的特點70
3.1.2染料廢水的分類71
3.1.3染料廢水的危害72
3.1.4染料廢水的處理方法72
3.2碳質材料吸附劑74
3.2.1活性炭75
3.2.2介孔碳76
3.2.3碳納米管76
3.2.4石墨烯77
3.3磁性碳吸附劑77
3.3.1磁性活性炭78
3.3.2磁性介孔碳78
3.3.3磁性碳納米管78
3.3.4磁性石墨烯78
3.4多級孔碳在染料吸附中的應用研究進展79
3.4.1多級孔碳對染料的吸附79
3.4.2磁性多級孔碳對染料的吸附81
3.5塊狀多級孔石墨化碳對甲基橙的吸附83
3.5.1合成與表征84
3.5.2結構與性能84
參考文獻89
第4章多級孔碳在CO2氣體吸附中的應用92
4.1CO2的吸附法簡介93
4.2碳基CO2吸附材料93
4.2.1活性炭94
4.2.2介孔碳95
4.2.3碳納米管96
4.2.4石墨烯96
4.2.5多級孔碳97
4.3氮摻雜碳基CO2吸附材料99
4.3.1氮摻雜提高CO2吸附性能的機理99
4.3.2氮摻雜方法99
4.3.3氮摻雜活性炭100
4.3.4氮摻雜介孔碳101
4.3.5氮摻雜碳納米管102
4.3.6氮摻雜石墨烯102
4.3.7氮摻雜多級孔碳102
4.4多級孔碳對CO2的吸附性能106
4.4.1合成與表征106
4.4.2結構與性能107
參考文獻111
第5章多級孔碳在儲氫領域的應用115
5.1儲氫技術簡介116
5.2碳基儲氫材料117
5.2.1活性炭118
5.2.2碳納米纖維119
5.2.3碳納米管119
5.2.4石墨烯121
5.3氫溢流概述122
5.3.1氫溢流機理122
5.3.2碳材料中產生氫溢流作用的方法123
5.3.3通過氫溢流作用提高碳材料儲氫量124
5.4多級孔碳在儲氫領域的應用研究進展126
5.5鎳摻雜多級孔碳塊體材料在儲氫中的應用127
5.5.1合成與表征127
5.5.2結構與性能128
參考文獻132
第6章多級孔碳在超級電容器中的應用136
6.1超級電容器概述137
6.1.1超級電容器的結構137
6.1.2超級電容器的特點138
6.1.3超級電容器的分類140
6.2超級電容器用碳電極材料141
6.2.1活性炭141
6.2.2活性炭纖維142
6.2.3碳氣凝膠142
6.2.4碳納米管142
6.2.5介孔碳143
6.2.6石墨烯143
6.2.7碳化物衍生碳144
6.3多級孔碳在超級電容器領域的應用研究進展144
6.3.1硬模板法制備的HPC145
6.3.2軟模板法制備的HPC147
6.3.3軟硬模板相結合法制備的HPC148
6.3.4模板活化相結合法制備的HPC149
6.3.5高溫炭化法制備的HPC151
6.3.6嵌段共聚物炭化法制備的HPC152
6.3.7炭化活化法制備的HPC153
6.3.8高溫鹵化法制備的HPC157
6.3.9真空干燥法制備的HPC158
6.4鈷摻雜多級孔碳塊體材料在超級電容器中的應用158
6.4.1合成與表征159
6.4.2結構與性能160
參考文獻165
第7章多級孔碳在鋰離子電池領域的應用169
7.1鋰離子電池概述169
7.1.1鋰離子電池的特點169
7.1.2鋰離子電池的工作原理171
7.1.3鋰離子電池的體系組成172
7.2鋰離子電池碳負極材料174
7.2.1石墨類碳材料175
7.2.2非石墨類碳材料177
7.2.3碳納米材料180
7.3多級孔碳在鋰離子電池領域的應用研究進展185
7.3.1硬模板法制備的HPC185
7.3.2軟模板法制備的HPC189
7.3.3雙模板法制備的HPC190
7.3.4模板活化相結合法制備的HPC192
7.3.5高溫炭化法制備的HPC192
7.3.6炭化活化法制備的HPC193
參考文獻196
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