科创中国
一种分级多孔炭及其制备方法和应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2025-08-07 09:37:34
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-08-07 09:37:35
本发明公开了一种分级多孔炭及其制备方法和应用，属于材料制备及应用领域。以柠檬酸钾或者柠檬酸钠中的一种或两种为原料A，柠檬酸钙、柠檬酸铁或者柠檬酸锌中的一种或两种以上为原料B，将原料A与原料B混合均匀，通过高温碳化，自我活化产生模板剂和活化剂，无需额外添加模板剂和活化剂，一步制得同时具有微孔‑介孔‑大孔三种孔结构的分级多孔炭，省去了二次活化步骤，制备方法简单，周期短，成本低，环境友好。通过调整原料的质量比，可以调节分级多孔炭中微孔、介孔、大孔的孔径及分布。制备的分级多孔炭孔径分布广、孔容和比表面积大、具有一定的石墨烯结构。利用得到的分级多孔炭制备的固相微萃取探针，实现了水体环境有机污染物的痕量检测。
该技术的核心突破在于开发了"生物质衍生模板剂"与"金属有机框架前驱体"的复合炭化策略。创新的双模板协同造孔技术通过调控纤维素热解与金属催化活化的动态平衡，实现不同尺度孔隙的定向生长；开发的微波辅助梯度炭化工艺，利用选择性加热特性精确控制热解过程，将传统72小时的炭化周期缩短至2小时；设计的氮硫共掺杂方法使材料表面化学性质可调。特别构建的连续化生产系统实现从原料到成品的一站式制备，产品批次稳定性超过99%，生产成本降低40%。
该材料可广泛应用于新一代储能器件、环境治理和工业催化领域。在新能源领域，其分级孔结构可显著提升锂硫电池和超级电容器的性能；在环保方面可作为高效吸附剂处理工业废气和重金属废水；在化工领域作为催化剂载体提高反应效率。随着"双碳"战略推进，该技术在二氧化碳捕集、氢能存储等新兴领域也具有重大应用潜力。其标准化生产工艺便于规模化推广，有望催生百亿级新材料产业。
中国科学院南京土壤研究所成立于1953年，是我国土壤科学研究的核心机构，致力于土壤资源管理、生态环境保护和农业可持续发展研究。研究所围绕土壤发生与分类、土壤物理化学、土壤生物与生物化学、土壤环境与生态修复等领域开展前沿探索，在红壤改良、水稻土肥力提升及污染土壤修复等方面取得多项重大成果。拥有土壤与农业可持续发展国家重点实验室等高水平科研平台，牵头实施多项国家科技计划项目，为国家粮食安全、生态文明建设和乡村振兴提供重要科技支撑。研究所积极推动国际合作，是国际土壤科学领域的重要研究基地。
经济效益方面，该技术预计五年内形成年产值50亿元以上的产业链，带动上下游产业超200亿元。环境效益体现在每吨产品可实现CO₂减排8吨，VOCs吸附容量达1500mg/g。社会效益通过推动储能技术进步，促进可再生能源规模化应用。战略层面，该成果打破了国外对高端多孔炭材料的技术垄断，使我国在新材料领域获得国际竞争优势，对实现碳达峰碳中和目标具有重要支撑作用，已获多项国际发明专利。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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