什么是碳基材料？分類有哪些？

1.碳基材料

碳基材料主要指的是用碳纖維(CF)、碳化硅纖維、炭黑、碳納米管(CNT)、石墨烯等碳系材料作為填充材料與聚合物基體復合制成的屏蔽材料。碳基材料以碳原子形成的芳香環結構為主要骨架，具有比表面積大、表面形態較為均一、孔隙結構發達的特點，作為厭氧消化工藝中的功能載體被廣泛研究。到目前為止，已經發現的碳基材料有碳納米管、富勒烯、石墨烯、多孔碳、熒光碳及其復合材料。

2.碳基材料分類

(1)非金屬摻雜碳基材料

將雜原子引入到碳材料中可以調節碳骨架的電子結構分布、實現碳材料表面的功能化，是一種調控碳材料電催化性能的有效手段。由于異質雜原子和碳原子之間存在電負性差異，將雜原子引入到碳基底中會致使碳晶格的電荷密度及電子云發生重新排布，賦予碳材料新的物理化學特性。非金屬雜原子的原子尺寸、電負性大小及外層電子數是影響摻雜效果的主要因素。通過選擇和改變摻雜原子的種類和含量，可以有效地對碳材料進行改性。常用于碳材料改性的雜原子有硼(B)、氮(N)、氧(O)、磷(P)、硫(S)等。不同雜原子摻雜及雜原子間的協同作用會對碳材料催化性能的提升產生不同影響。

(2)過渡金屬及其化合物摻雜碳基材料

除了用非金屬原子對碳材料進行摻雜，還可以選用金屬元素來對碳材料進行修飾，提升碳材料的催化活性。由于在地球上的含量相對豐富并且價格也較為低廉，過渡金屬是一種易于獲得的原材料。最常見的用于碳材料摻雜的非貴金屬有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)等過渡金屬。通過選擇組分、控制形貌、調節過渡金屬存在狀態等，可以發展多種過渡金屬碳基材料。由于金屬和碳基底之間存在強相互作用以及碳材料本身具有的高導電性，過渡金屬碳基材料展現了增強的電催化活性，在各種領域均展現了廣闊的應用前景。

3. 碳基材料的合成方法

迄今為止，研究工作者們發展了多種碳基材料的合成方法。不同合成方法具有不同的特點，對材料的形貌和特性有不同的影響。目前，常用的制備碳基材料的方法有化學氣相沉積法(CVD)、熱處理法、水熱和溶劑熱法、球磨法等。

(1)CVD法

CVD法是一種可控合成各種類型材料的制備方法，可以使氣體反應物通過化學反應生成的固體產物沉積在加熱的介質表面，從而獲得固體材料。

(2)熱處理法

熱處理法也是一種常見的制備碳基材料的方法，通過高溫熱轉化可以得到石墨化程度不同、雜原子種類多樣及孔徑大小各異的碳材料。

(3)水熱和溶劑熱法

水熱和溶劑熱法是將配置好的水或溶劑前驅體溶液放在高壓反應釜內，經過一段時間的密閉加熱得到產物的方法。

(4)球磨法

球磨法是一種固相制備方法，通過施加機械力來引起物質結構的變化進而發生一系列化學反應。

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