什么是碳基材料？分类有哪些？

1.碳基材料

碳基材料主要指的是用碳纤维(CF)、碳化硅纤维、炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨烯等碳系材料作为填充材料与聚合物基体复合制成的屏蔽材料。碳基材料以碳原子形成的芳香环结构为主要骨架，具有比表面积大、表面形态较为均一、孔隙结构发达的特点，作为厌氧消化工艺中的功能载体被广泛研究。到目前为止，已经发现的碳基材料有碳纳米管、富勒烯、石墨烯、多孔碳、荧光碳及其复合材料。

2.碳基材料分类

(1)非金属掺杂碳基材料

将杂原子引入到碳材料中可以调节碳骨架的电子结构分布、实现碳材料表面的功能化，是一种调控碳材料电催化性能的有效手段。由于异质杂原子和碳原子之间存在电负性差异，将杂原子引入到碳基底中会致使碳晶格的电荷密度及电子云发生重新排布，赋予碳材料新的物理化学特性。非金属杂原子的原子尺寸、电负性大小及外层电子数是影响掺杂效果的主要因素。通过选择和改变掺杂原子的种类和含量，可以有效地对碳材料进行改性。常用于碳材料改性的杂原子有硼(B)、氮(N)、氧(O)、磷(P)、硫(S)等。不同杂原子掺杂及杂原子间的协同作用会对碳材料催化性能的提升产生不同影响。

(2)过渡金属及其化合物掺杂碳基材料

除了用非金属原子对碳材料进行掺杂，还可以选用金属元素来对碳材料进行修饰，提升碳材料的催化活性。由于在地球上的含量相对丰富并且价格也较为低廉，过渡金属是一种易于获得的原材料。最常见的用于碳材料掺杂的非贵金属有铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)等过渡金属。通过选择组分、控制形貌、调节过渡金属存在状态等，可以发展多种过渡金属碳基材料。由于金属和碳基底之间存在强相互作用以及碳材料本身具有的高导电性，过渡金属碳基材料展现了增强的电催化活性，在各种领域均展现了广阔的应用前景。

3. 碳基材料的合成方法

迄今为止，研究工作者们发展了多种碳基材料的合成方法。不同合成方法具有不同的特点，对材料的形貌和特性有不同的影响。目前，常用的制备碳基材料的方法有化学气相沉积法(CVD)、热处理法、水热和溶剂热法、球磨法等。

(1)CVD法

CVD法是一种可控合成各种类型材料的制备方法，可以使气体反应物通过化学反应生成的固体产物沉积在加热的介质表面，从而获得固体材料。

(2)热处理法

热处理法也是一种常见的制备碳基材料的方法，通过高温热转化可以得到石墨化程度不同、杂原子种类多样及孔径大小各异的碳材料。

(3)水热和溶剂热法

水热和溶剂热法是将配置好的水或溶剂前驱体溶液放在高压反应釜内，经过一段时间的密闭加热得到产物的方法。

(4)球磨法

球磨法是一种固相制备方法，通过施加机械力来引起物质结构的变化进而发生一系列化学反应。

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