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炭气凝胶是一种具有三文网络结构的纳米多孔碳材料。自上世纪90年代问世以来，便以质轻、孔洞率高、比表面积大，声、光、电、热、力学特性优越赢得广大科研工作者的青睐。其具有的高比表面积、高孔隙率、低密度且稳定性较好的网络结构，是催化剂载体的最佳材料之一。21881
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气凝胶
气凝胶是由纳米级胶体粒子或高聚物分子构成的多孔性非晶固体材料, 也是目前合成材料中最轻的凝聚态材料[1]. 其具有独特的开放性纳米级多孔结构和连续的三文网络, 因此表现出极低的密度、高比表面积和高孔隙率, 导致其具有强吸附催化能力, 低热导率, 低声阻抗及低折射率等特性; 因此气凝胶已成为良好的催化剂及其载体[2]、吸附剂[3] 及气体过滤材料[4], 并成功地应用于Cherenkov 探测器[5]、声阻抗藕合材料[6]、高效隔热材料[7,8]等。论文网
美国罗伦斯国家实验室R.W.Pekala等[9]在1989年首次以间苯二酚与甲醛为前驱体，通过溶胶凝胶法制得有三文结构的气凝胶。孔隙率高，比表面积大，密度变化广且有很好的电化学性能等优越的性质[10、11]使炭气凝胶广泛应用于超级电容器，燃料电池，吸附分离，催化剂载体等领域[12]，成为一种应用前景广阔的新型碳素材料。
有机气凝胶和炭气凝胶的研制成功进一步拓宽了气凝胶的应用领域，将有机气凝胶用作较低温冷冻靶吸附氘氚燃料，可用于惯性约束聚变的实验研究，最终实现廉价、清洁、安全的理想能源。炭气凝胶因在同类气凝胶材料中具有更好的导电性（5~40s•cm-1）。
炭气凝胶的性能和应用
炭气凝胶（Carbon aerogel）是一种由无定形碳纳米颗粒通过化学键连接构成的三文网络骨架的多孔材料，其比表面积大(活化后可以达到2500m2/g以上)、孔隙率大(可达到2 cm3/g以上)、孔径分布宽(0.3~100nm)、导电性优良(约100 S/cm)、结构可控、孔径和颗粒的大小都可以从微米到纳米级水平上进行调节。
因为炭气凝胶在力学、声学、热血及光学等方面具有独特的性能，在储氢、催化剂载体、隔热材料、气体分离、净化剂及吸附溶液中的金属离子等诸多方面被广泛应用。炭气凝胶独特的导电性能，可控的纳米孔洞、连续统一的网络结构、宽密度范围、较高的比表面积，使其具有功率密度大、能量密度高、电化学性能稳定等诸多优点，是一种理想的电极材料，在超级双电层电容器、可充电电池、染料电池和海水淡化等方面具有极高的应用潜力[13-17]。另外，作为一种惯性约束聚变（ICF）研究的重要靶材料，炭气凝胶也用于低温吸附氘、氚燃料，作为多层靶的填充材料用于激光等离子体相互作用的研究等[18]。
新型纳米多孔炭气凝胶材料，具有纳米级孔洞（1~100nm）丰富、孔洞率高（>80%）、比表面积大（400~3200ｍ2/g）、易成型、结构可控、易掺杂等优良特性，是一种很有潜力和竞争力的多孔吸附材料。作为超级电容器的炭气凝胶材料已经得到了国内外科研人员的充分研究，而本课题主要将其作为催化剂载体进行制备研究。
炭气凝胶的制备
炭气凝胶的主要制备方法是以间苯二酚和甲醛为原料，在碳酸钠为催化剂的条件下发生缩聚反应，形成间苯二酚-甲醛（Resocrinol-Formaldehyde,RF）有机气凝胶，经进一步高温碳化制得。一般孔洞率高达80%~90%，BET方法所得比表面积为250~1000m2/g，主要为微孔、介孔和少量大孔结构。
为了提高炭气凝胶的比表面积和多孔特性，目前国际上主要采用降低RF 有机气凝胶的反应物与催化剂的配比和改变反应物制备三聚氰胺−甲醛(Melamine−Formaldehyde, MF)有机气凝胶等技术路线. 以上两种方法虽然可使其比表面积达到1000m2/g，但前者在制备过程中要采用成本较高和危险性较大的超临界干燥工艺，否则比表面积会有明显的下降；后者的制备工艺过于复杂，二者的综合生产成本都过高，不适于产业化生产。本研究采用常压干燥工艺制备以RF有机气凝胶为前驱体的炭气凝胶，而后再采用二氧化碳气体活化工艺，确定制作气凝胶的最佳条件与配比。